藏北高原野生牧草種穗收獲試驗(yàn)研究

謝文棟 苗彥軍 旦久羅布 赫振明 劉志林

摘? 要：藏北高原天然草地野生牧草種子的收獲，一直是制約藏北退化草地修復(fù)的一個(gè)重要因素。文章以手持式野生牧草種子收獲器為工具，以人工收獲和機(jī)械收獲兩種方式，對(duì)藏北高原多種牧草種子進(jìn)行收獲，通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)：（1）機(jī)械收獲方式在收獲效率、純凈度和收獲率方面，均優(yōu)于人工收獲方式;（2）手持式收獲器的工作能力較強(qiáng)，收獲效率可替代10～30個(gè)人工，且對(duì)種子完整性沒(méi)有影響;（3）手持式收獲期對(duì)密實(shí)型種穗的收獲效果更佳。

關(guān)鍵詞：藏北高原;野生草種;收獲器;收獲效率

中圖分類(lèi)號(hào)：S54? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）03-0020-04

Abstract： The harvest of wild forage seeds in the natural grassland of northern Tibet has always been an important factor restricting the restoration of degraded grassland in northern Tibet. In this paper， hand-held wild forage seed harvester was used as a tool to harvest many kinds of forage seeds in northern Tibet plateau by manual harvesting and mechanical harvesting. through the comparative analysis of the data， it is found that： （1） the mechanical harvesting method is superior to the manual harvesting method in terms of harvest efficiency， purity and harvest rate; （2） the hand-held harvester has strong working ability， the harvesting efficiency can replace 10-30 manual workers， and has no effect on the seed integrity; （3） the hand-held harvester has a better effect on the harvest of dense seed ears.

Keywords： Northern Tibetan Plateau; wild grass species; harvester; harvest efficiency

引言

近年來(lái)，西藏藏北高寒區(qū)域的天然草地呈現(xiàn)持續(xù)退化趨勢(shì)，草地生態(tài)狀況不容樂(lè)觀。[1-2]為此，西藏政府開(kāi)展了大規(guī)模的天然草地建設(shè)與改良，從而對(duì)野生牧草種子的需求日益增加。然而，野生牧草種子的收獲仍停留在人工收獲的原始階段，這種收獲方式不但收獲成本極高，還對(duì)人的體力要求很高，且工作舒適性不佳，更為關(guān)鍵的是工作效率低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足大規(guī)模天然草地建設(shè)與改良對(duì)野生牧草種子的需求。

野生牧草種子的機(jī)械化收獲，是解決需求的一個(gè)良好途徑。[3]但是目前，西藏地區(qū)的草業(yè)機(jī)械仍處于未起步階段，雖然農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)C(jī)械的需求十分巨大，由于沒(méi)有相應(yīng)的技術(shù)和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，完全依靠引進(jìn)設(shè)備，成本高昂的同時(shí)，不適應(yīng)西藏自身實(shí)際情況。[4]因此，研究一套完整的適合西藏自身實(shí)際的野生牧草種子收獲技術(shù)，形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)并加以推廣，同時(shí)帶動(dòng)草業(yè)機(jī)械領(lǐng)域的整體發(fā)展，用以解決大規(guī)模天然草地建設(shè)與改良對(duì)野生牧草種子的需求，具有十分重要的意義。

1 野生草種收獲人機(jī)對(duì)比試驗(yàn)方案

檢驗(yàn)機(jī)械對(duì)野生牧草種穗的收獲能力，采用人工收獲和機(jī)械收獲兩種方式，通過(guò)對(duì)草種收獲量的對(duì)比的方式，得出收獲機(jī)械對(duì)牧草種穗的收獲效率。同時(shí)，通過(guò)人機(jī)對(duì)比試驗(yàn)，檢驗(yàn)野生牧草種穗收獲機(jī)械的工作情況，發(fā)現(xiàn)收獲機(jī)械的改進(jìn)空間，為后續(xù)改進(jìn)提供技術(shù)依據(jù)。為此，2019年8月-9月，課題組人員赴藏北高原，沿當(dāng)雄——色尼區(qū)——班戈縣的公路沿線，針對(duì)藏北高原常見(jiàn)野生牧草進(jìn)行種穗收獲。

1.1 野生牧草種類(lèi)的選擇

藏北高原地區(qū)擁有非常豐富的野生牧草種質(zhì)資源，有飼用植物2672種，分屬于83科、557個(gè)屬，分別占西藏自治區(qū)草地植物科、屬、種總數(shù)量的71.55%、87.03%和84.26%。[5-7]本次試驗(yàn)，主要針對(duì)藏北高原地區(qū)的禾本科野生牧草，主要包括主要的野生牧草優(yōu)勢(shì)種禾本科有針茅屬有：紫花針茅（Stipapurpurea）、沙生針茅（S.glareosa）、絲穎針茅（S.capillacea）。早熟禾屬牧草有：早熟禾（Poaannua）、中華早熟禾（P.attenuata）、中亞早熟禾（P.litwinowiana）、西藏早熟禾（P.tibetica）;羊茅屬牧草有：羊茅（Festucaovina）、紫羊茅（F.rubra）、小穎羊茅（F.parvigluma）;披堿草屬牧草有：垂穗披堿草（Elymusnutans）、老芒麥（E.sibiricus）、黑紫垂穗披堿草（E.dahuricus）、麥薲草（E.tangutorum）。主要的野生牧草優(yōu)勢(shì)種莎草科嵩草屬牧草有：高山嵩草（Kobresia Pygmaea）、線葉嵩草（K.capillifolia）、西藏嵩草（K.schoenoides）、藏北嵩草（K.littledalei）;苔草屬牧草有：青藏苔草（Carexmoorcroftii）、大花嵩草（CarexatrofuscaSchkuhrRiedgr）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

本次試驗(yàn)設(shè)備，采用西藏農(nóng)牧學(xué)院自主研發(fā)的手持式野生牧草種穗收獲器，其特點(diǎn)是通用性較強(qiáng)，可在任意地形中進(jìn)行多種野生牧草的種穗收獲，尤其密實(shí)性種穗時(shí)的收獲效率尤為明顯。手持式野生牧草種穗收獲器包括電機(jī)、收獲刀具、機(jī)械外殼、把手、種子收集袋、電線和直流電源，其中，電機(jī)轉(zhuǎn)速為300 r/min，刀具包括三角齒刀具、梯形齒刀具、圓弧齒刀具和波浪形刀具，本次試驗(yàn)采用梯形齒刀具（23齒）。其機(jī)械參數(shù)和結(jié)構(gòu)組成如表1和圖1所示。

1.3 試驗(yàn)方案

本次野生牧草種子收獲試驗(yàn)，分為牧草種子人機(jī)收獲效率對(duì)比試驗(yàn)和牧草種子收獲率試驗(yàn)兩類(lèi)，其中，對(duì)比試驗(yàn)主要是檢驗(yàn)收獲器的工作能力，以機(jī)械收獲種子的凈重與人工收獲種子的凈重的比值來(lái)確定;收獲率試驗(yàn)主要是考察種子收獲器對(duì)野生牧草種子的收獲率，并在以人工收獲率為100%的基礎(chǔ)上，進(jìn)行核算;種子破碎率試驗(yàn)主要是考察收獲器對(duì)各類(lèi)牧草種子的破損概率。

考慮到藏北高原海拔普遍在4500m以上，對(duì)人的體能和精力提出了嚴(yán)峻的要求，在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，單次收獲試驗(yàn)時(shí)間原則上控制在5min以?xún)?nèi)，特殊情況可以延長(zhǎng)，但最多不超過(guò)10min。

2 野生草種收獲試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.1 收獲效率人機(jī)對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)

本次野生牧草種子收獲效率對(duì)比試驗(yàn)，時(shí)間為2019年9月14日至2019年9月28日共計(jì)15天，選取試驗(yàn)點(diǎn)（不同經(jīng)緯度坐標(biāo)點(diǎn)）14個(gè)，海拔跨度為4310m至4779m，試驗(yàn)樣地58塊2225m2，野生牧草種類(lèi)7種（藏北嵩草、垂穗披堿草、早熟禾、大花嵩草、三茅草、高山嵩草、雀麥），收獲種子樣本18種112份。收獲試驗(yàn)點(diǎn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

2.2 收獲率試驗(yàn)數(shù)據(jù)

本次野生牧草種子收獲率試驗(yàn)，時(shí)間為2019年9月14日至2019年9月28日共計(jì)15天，選取試驗(yàn)點(diǎn)（不同經(jīng)緯度坐標(biāo)點(diǎn)）4個(gè)，海拔跨度為4338m至4725m，試驗(yàn)樣地14塊87m2，野生牧草種類(lèi)4種（藏北嵩草、垂穗披堿草、針茅、大花嵩草），收獲種子樣本4種14份。需要指出的是：人工收獲采取100%收獲，即最大限度地將規(guī)定樣地內(nèi)的種子進(jìn)行收獲，機(jī)械收獲為一次收獲，即在規(guī)定樣地范圍內(nèi)整體收獲一次，對(duì)樣地內(nèi)未收獲到的種穗，不做二次收獲。收獲試驗(yàn)點(diǎn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

2.3 破損率試驗(yàn)數(shù)據(jù)

本次野生牧草種子破損率試驗(yàn)，與收獲率試驗(yàn)一同進(jìn)行，選取相同的試驗(yàn)位置，共收集野生牧草種類(lèi)4種（藏北嵩草、垂穗披堿草、針茅、大花嵩草），收獲種子樣本4份。收獲試驗(yàn)點(diǎn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示。

3 野生草種收獲試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.1 收獲效率對(duì)比與分析

從表2收獲效率人機(jī)對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出，相對(duì)于人工收獲方式，手持式采集器的機(jī)械收獲方式在野生草種收獲效率和純凈度方面都具有較好的表現(xiàn)，將數(shù)據(jù)做平均處理，得出機(jī)械對(duì)不同種類(lèi)草種的平均收獲效率和純凈度，如表5所示。

從表5中可以看出，在機(jī)械收獲效率方面，手持式收獲器在收獲不同類(lèi)型牧草種穗時(shí)，均有較好表現(xiàn)，其中，收獲藏北嵩草表現(xiàn)尤為優(yōu)異，平均為31.1，最高達(dá)到126;收獲針茅時(shí)，表現(xiàn)也較為優(yōu)異，平均達(dá)到30.4;而其他類(lèi)型牧草，均在10～15范圍內(nèi)，效果良好。值得注意的是，手持式收獲器對(duì)高山嵩草的收獲效果極其不佳，主要原因在于高山嵩草生長(zhǎng)高度太矮，致使收獲時(shí)摻入的沙石過(guò)多，此外，該種牧草結(jié)實(shí)率較低，種穗分布分散，導(dǎo)致機(jī)械收獲難度大。

在收獲純凈度方面，機(jī)械收獲方式普遍優(yōu)于人工收獲方式，其中，收獲藏北嵩草和垂穗披堿草表現(xiàn)尤為優(yōu)異，平均達(dá)到95%左右，純凈度高的原因，是因?yàn)椴乇贬圆莺痛顾肱麎A草種穗比重較大;收獲大花嵩草時(shí)，純凈度較低，主要是大花嵩草的種穗比較小的原因所導(dǎo)致。人工收獲的純凈度，總體低于機(jī)械收獲的純凈度，主要是因?yàn)槿斯な斋@時(shí)的穗桿等雜質(zhì)較多所導(dǎo)致;對(duì)不同牧草種子純凈度的總體規(guī)律與機(jī)械收獲一致，主要是受到種穗重量比的影響。

3.2 收獲率分析

從表3收獲率試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，手持式收獲器對(duì)不同類(lèi)型牧草在收獲率均普遍集中在40%～90%范圍內(nèi)?？紤]到種子繁衍等問(wèn)題，對(duì)于野生牧草，不能將草種進(jìn)行100%收獲，該收獲器的收獲率總體符合預(yù)期。

3.3 破損率分析

從表4破損率試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，機(jī)械收獲方式對(duì)牧草種子的完整性沒(méi)有任何影響，說(shuō)明收獲器上電機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)置符合要求。

4 結(jié)論與討論

（1）通過(guò)藏北高原野生牧草種穗收獲試驗(yàn)，采用手持式收獲器的機(jī)械收獲方式在收獲效率、純凈度和收獲率方面，均優(yōu)于人工收獲方式。

（2）手持式收獲器的工作能力方面：對(duì)于不同類(lèi)型的禾本科牧草種穗，手持式收獲器的機(jī)械收獲效率可替代10～30個(gè)人工;機(jī)械收獲草穗的純凈度普遍集中在40%～90%范圍內(nèi)，優(yōu)于人工收獲方式;機(jī)械收獲方式對(duì)種子的完整性沒(méi)有影響。

（3）種穗收獲器工作方式對(duì)不同牧草種穗收獲效果的影響：對(duì)于密實(shí)型和蓬松型牧草種穗，種穗收獲器更偏好于密實(shí)型種穗，表現(xiàn)在收獲密實(shí)型種穗時(shí)的機(jī)械收獲效率和機(jī)械收獲率均高于蓬松型種穗，這得益于種穗收獲器采用的整體捋奪式工作方式。

（4）機(jī)械收獲條件的探討：本次種穗收獲試驗(yàn)中，課題組人員采用手持式種穗收獲器對(duì)高山嵩草進(jìn)行收獲，結(jié)果不甚理想。分析其原因，主要是高山嵩草草穗過(guò)矮，多為2～4cm，收獲時(shí)刀具與沙石接觸，對(duì)刀具產(chǎn)生較大磨損和破壞，且收集袋中多為沙石，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)高山嵩草種子的有效收集。通過(guò)討論認(rèn)為：現(xiàn)有技術(shù)對(duì)高山嵩草種子的收獲不具備機(jī)械操作的條件。

（5）種穗收獲器改進(jìn)的討論：通過(guò)本次種穗收獲試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，重量為2.25kg的手持式收獲器在海拔4000m以上的藏北高原地區(qū)還偏重，在工作5～10min左右時(shí)，普遍表現(xiàn)出體力不足等現(xiàn)象，需要在結(jié)構(gòu)和材料上進(jìn)一步改進(jìn);針對(duì)上述問(wèn)題，經(jīng)討論，可在不改變工作方式的前提下，改變操作方式，如改為肩背式或手拉式，同時(shí)適當(dāng)增加收獲器寬度以擴(kuò)大作業(yè)寬幅，在節(jié)省人體能的情況下，提高收獲效率。

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