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农业研究的多学科通力协作与保护性耕作
作者:管理员    发布于:2014-01-07 15:16:24    文字:【】【】【
摘要:农业研究的多学科通力协作与保护性耕作 --在黑龙江省科协农业科技发展与创新研讨会上的发言-- 报告人:蒋亦元 整理校对:孙伟

1 农业回归自然新动向与相应的装备发展
1.1 非农大企业纷纷投资农业(举例说明)
   全球第二位最大计算机企业——联想集团董事长柳传志讲,全球农业是最大的产业,应予重视。该企业投资蔬菜产业;
   电子商务平台京东商城投资水稻产业,从事生态型水稻生产,产品销售一空;
   商业不动产的领军企业——万达集团,投资蔬菜产业;
   易网——中文互联网大企业,投资养猪产业;
   双汇——曾买下了十多家猪场,后来投资2.5亿元,从事生猪养殖和猪肉加工业;
   青云(Tsing capital)创业投资公司,投资1000万美金,搞有机蔬菜和水果,2011年的利润达到5000万;
   中粮集团投资猪养殖业,改用散放饲养方式。规模扩大到40,000头/场。
1.2 农业、食品生产方式、技术需要逐步的革命性变革
   由于中产阶级扩大,追求健康生活方式,要求健康安全的食品;一般群众购买力也在提升;大企业的介入,为创新技术及所需人才提供了有力的保障,才能够建立起严格的质量监控,实现农业本身的生产技术革命性的变化。但是这些变化应该在现今行之有效的保护性耕作的基础上进行,使之成为“有机化的保护性耕作”。
   (1)减少甚至不用化肥、农药等,回归到某种程度的自然的、天然的生产方式,一定程度上需要采用传统生产方式的原理,如轮作与中耕除草。这些既是抑制杂草的措施,又是减少农药危害的有效途径。
   (2)猪、牛、鸡的养殖,少用人为的、过分强制的方式,改用散放饲养方式,使之自由采食与运动,促进产品的质量与产量;
   (3)加速对农产品、食品的外部与内部的品质监测与分级,以及农药残留、腐烂、病菌检测的研发与提高等等。
   上述变革,会促进农业装备进行相应的改进与发展,即向生物系统工程的逐步渗透。仅举例如下:
1.2.1 基于图像设别的农产品(苹果)质量评估与分级的技术与设备

  图1 农产品质量评估与分级技术原理
   水果表面的图像通过摄像头的镜头聚焦到芯片上,其上集聚了一定数量的、由所接受光强度决定的电荷量。在每个像素上集聚的电荷,经加工处理成为视频信号输出。
   基于上述原理,浙江大学创制出同时实时检测水果的外观品质的5个信号:如大小、形状、色彩、缺陷及重量等。通过软件进行评估、分辨等级,最后能按用户的要求分成若干等级。例如,第一道工序先将有缺陷的与不成熟的(按色彩)剔除出去。之后按用户要求,以大小、重量分成若干等级。
1.2.2 苹果内糖分分布及其基于近红外(NIR)检测技术

图2 苹果内糖分分布及其基于NIR检测技术简图
   NIR:波长780-2526nm电磁波。具有强的穿透力、反射力,它能吸收有机物的羟基(又称氢氧基,化学式-OH)产生的振动波,从而能传递有机物的结构和成分的信号。光源在两侧,光线穿透果皮,在果内由于多次的反射/折射形成了不规则的路径,期间它携带着有机物的成分,如糖分等信息射出果皮。
   在两个滚轮之间的缝隙下设置的检测器,它接受了在该缝隙宽度内射出的红外线光,(右图)经分析就可得到糖分的含量。
   左图是每个小块苹果内事先采用化学方法测出的糖含量(%);
   通过一系列实验,建立了整个苹果的平均含糖量与光密度之间的关系式,或称标定模式。由于苹果以1m/s左右的线速度运移的同时苹果不断地旋转,因而可获取苹果表面的全部信息。该装置检测效果好,精度高,生产率高达(单线)脐橙:3t/hr;苹果:2-3t/hr;柑橘则略低。
2 保护性耕作技术的发展与需求
   联合国粮农组织关于可持续、集约型农业的研讨会上曾提出:保护性耕作对发展可持续农业的具体关键作用,它增加了土壤内外有机物质,提供土壤内植物和动物群所需要的能量与营养,保护与改善土壤,是在有限资源下,保护可持续增产的最好方法。澳大利亚、巴西等国家证明可增产40%以上。美国在多年保护性耕作的土地上获得高产,且大幅降低肥料等的投入。保护性耕作首席专家高焕文教授曾指出:我国保护性耕作尚未出现证明可观的增产作用。
   黑龙江省的保护性耕作已取得较大成绩,仅是初步的。纬度高,难度大,需加强研究与坚持。在推广此技术中,就已经出现仅用化学除草措施引起杂草的抗药性、农产品的残毒等问题。防治杂草是推广保护性耕作的最大障碍。需要在推广的当时就要农艺与农机联手创建一种“有机化的保护性耕作体系”,也就是将有机农业的一些基本要素应用到保护性耕作上来,但需有一个过程与积累。
   (1)高纬度地区保护性耕作可行,国外也有将垄作作为少耕的先例;
   (2)难点:完善、普及免耕播种技术装备;
   (3)减少切碎秸秆尺寸、利于秸秆的分解与减少免(少)耕播种时覆盖物的堵塞;
   (4)增加秸秆覆盖量的灭草技术及中耕除草技术;
   (5)按地区特点,模式多样,需适度集中、规范,便于建立机械体系;
   (6)长期稳定的研究保护性耕作机制。
2.1 纬度与我省相仿的北美的保护性耕作
   美国保护性耕作发展新的动向:最佳模式不是免耕而是深松(少耕),加大秸秆覆盖量,达70%以上,甚至于100%,充分发挥保护性耕作的效益。覆盖作用大于免耕。大面积覆盖有利于抑制杂草和水分的蒸发。深松有利降雨的渗入,增加蓄水量,减少土壤侵蚀。我省垄作的保护性耕作比平作的难。垄作的主要优点有二:秋季防涝,春季防止种床低温,影响发芽。若逐步加大深松松度,扩大蓄水容量,解决秋涝。早春对种床耢地促地升温。再加近些年气候逐步变暖,春寒已不像几十年前那么严重。不妨在小面积作垄作改平作的试验。
   美国也在进行垄作的保护性耕作试验。将垄作作为保护性耕作的三种方式之一(其它为:免耕与带状耕作)。并在覆盖着许多玉米秸秆的垄沟里进行中耕除草试验。
   加拿大的萨斯卡彻旺省所跨纬度与我省大致相仿,垄作、玉米与大豆几乎没有。在2011年免耕将可以达到80%,其它省也有类似的增量。
   该省的Indian Head地区(在该省的东南部,离省城“里贾纳Regina”东69km)的免耕播种作业,凡是多年免耕的农田土壤比较疏松。表面70%以上面积覆盖有三年之内的农作物秸秆,水土不易流失,降雨容易下渗,蒸发较小。根据加拿大大草原地区半干旱农业研究中心Indian Head试验农场研究,免耕农田水分的利用高于传统耕作农田16.9%。
  Jim Halford(保护性耕作的创导者,发明了气流输种的免耕播种机)经营800公顷土地。年均降水量364mm,无霜期113天,积温1660摄氏度。黑褐色土壤。1980采用免耕方式,用的是传统设备,结果产量未变,投入增加。后经不断改进免耕播种与施肥方式和除草剂,2000年产量提高12%-15%。成本降低37.5加元/公顷。土壤结构、有机质含量都有很大改善。在同一块地上进行20年的免耕试验,土壤有机质高出30%。
   马尼托巴省玉米和大豆播种面积较少。玉米单产约为9.0t/hm2,机收玉米的损失率约为4%。
2.2 发展中的保护性耕作种植模式
   玉米平作、垄作的几种模式:模式一:双苗眼前后两年种植位置的交替更换(如90cm+40cm)。优点(1)作交替式的播种使得根茬有一整年的时间残留在田间,这就有利于其加速枯脆。(2)双苗眼播种有利于充分利用阳光和通风。(3)高留茬有利于防治土壤的风蚀。模式二:双苗眼的前后三年轮流交替换位播种(170cm+40cm),根茬就有两整年留存田间风化,非常有利于免耕播种,且有轮流养地之效。为了获得阳光对根部的照射,作物的行向应为东西向(中科院东北地理所成果)。
2.3 玉米机收时降低切碎茎秆长度技术
   国外已有玉米收割台下方设置茎秆纵向切开并切断的装置,利用一个摘穗辊的缝隙兼作圆盘切刀的支撑,在摘穗同时实现纵向剖开秸秆,横向是随机切断。长度不一。促进秸秆分解有利。它与后悬挂、旋耕刀粉碎秸秆相比,结构紧凑,作业质量好。十年前已上市。从保护性少耕作要求,希望切得更短些,便于秸秆分解、浅耕筑垄播种。
3. 农业生产技术的研究需要多学科的通力协作
  国内、外农艺与农机相互结合发展的实例:
3.1 大豆底荚过低的漏割损失
   王金陵教授在五十年代经10年拼搏培育出“东农4号”(满仓金为母体、紫花4号为父体)底荚高、株型收敛、抗倒伏性强、适合机械化收获的品种。再加收获机的低割装置的出现相配合,解决了机收大豆剩夹损失大的问题。
3.2 插秧机研究
   机械地模仿手工操作、忽略与育秧的协调配合,全国二十余年研究成果付诸东流。我国研究插秧机简史:1953年开始,模仿插洗根秧苗的方式,用梳齿纵拉式分秧器既分秧又插秧。1956年第一次全国插秧机会议,12台样机。1957年第四次全国插秧机会议,9台样机。1958年第五次全国插秧机会议,40台样机。1959年第六全国插秧机会议,63台插秧机样机。会议推荐了18种样机。1960年第七次全国插秧机会议,84台样机,推荐定型18种样机。1960年11月第八次全国插秧机会议,3台机动插秧机。1969年东风74型大小苗两用机动插秧机初次出现了小苗带土移栽。1977年贯彻邓小平指示,组织了统型技术组,14个单位参加,之前保有量达10万台,型号杂乱,互不通用。而今综合了20种样机的优点,形成了2Z系列滚动直插式机动水稻插秧机。1979年8月部级鉴定:能满足大多数地区插拔洗苗的要求,可靠性90%以上。步进传动部分、移箱器、秧爪等在全系列通用。达到了零部件标准化、通用化、机型系列化的要求。但此插秧机系纯粹机械地模仿手工作业:拔、洗、分把运、分把装到秧箱,辅助工序太多。辅助劳动繁重,结果未能提高多少劳动生产率。还发明了拔秧机,它的结构比插秧机还复杂。
   日本后来者居上,育秧与插秧连成一体实现机械化,取消拔秧与洗秧,改插带土苗。秧苗根与苗床土连结成毯状苗,便于运输与装秧。曲柄连杆机构取代滑道与滚插。这套系统,其中的机械化育秧经我国简化后,在我国有些地区很快推广。
   结果我国动员了众多的科技工作者和能工巧匠奋斗了26年,获得的是真正我国创新的、性能已很不错的水稻插秧机。但是它刚诞生时就被扼杀在摇篮里。
   这一事件说明了两点:1、科技工作者不能被动地、机械地、或过于忠实地服务于农艺。为了真正有效实现机械化,必须切实地、不断地商讨两全其美的农艺技术路线。各自调整,相互融合,谈不上谁为谁服务,而是共同为最终效益服务。2、农机与农艺都不能孤立地只关注一个环节,要从整个系统来把握每个环节的机械化。
3.3 美国研发辣椒的年会有感(Pickle Report Proposal Meeting)
   作者曾参加美国的一个关于辣椒生产的会议,参会专家有:Agricultural Engineering(农业工程),Agronomy(农艺),Botany / Plant pathology(植物、作物生理),Horticulture(园艺),Entomology(昆虫),Microbiology / Public Health(微生物公共卫生),Food Science(食品科学),Packaging(包装),Agricultural Economy(农业经济),USDA(美国农业部)。
   这是一个专门讨论辣椒的会议,上午各位汇报一年来本专业所取得的进展和问题,下午汇报明年各自的计划与措施。各位专家要从本专业角度去审查其他8个领域的当年的成果与明年的计划内容与本专业的要求有无矛盾。如有,当场讨论研究解决,这就形成了人人审我,我审人人的机制。
   几点感触:竟动员了9个学科的专家,这就不仅从增产、提高品质的角度,而且从食品卫生、包装运输、经济社会效益等多方面对每个领域从技术措施的设计、试验等等的全过程进行监控。因为农业对环境保护、水土资源合理利用、农业的可持续发展等影响是十分重大的,对此要求也日趋严格。
4.结束语
   不言而喻,作为工具,农机为农艺服务是其天职。但绝对地、单方面地要求农机服务于农艺的思考已过时。今后是各自调整、共同融合,相辅相成,并肩为农业生产的综合效益服务。机械技术并非万能:有时由于机构过于复杂、制造难度过大、成本过高等而作罢。农艺研究者宜将“是否便于机械化”作为衡量其所制定的农艺要求的可行性的重要条件之一!保护性耕作要本着上述原则来进行长期探索,不断完善,发挥其最大效益。

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