藏北高原野生牧草种穗收获试验研究

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　　摘  要：藏北高原天然草地野生牧草种子的收获，一直是制约藏北退化草地修复的一个重要因素。文章以手持式野生牧草种子收获器为工具，以人工收获和机械收获两种方式，对藏北高原多种牧草种子进行收获，通过数据对比分析发现：（1）机械收获方式在收获效率、纯净度和收获率方面，均优于人工收获方式;（2）手持式收获器的工作能力较强，收获效率可替代10～30个人工，且对种子完整性没有影响;（3）手持式收获期对密实型种穗的收获效果更佳。
　　关键词：藏北高原;野生草种;收获器;收获效率
　　中图分类号：S54           文献标志码：A         文章编号：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，西藏藏北高寒区域的天然草地呈现持续退化趋势，草地生态状况不容乐观。[1-2]为此，西藏政府开展了大规模的天然草地建设与改良，从而对野生牧草种子的需求日益增加。然而，野生牧草种子的收获仍停留在人工收获的原始阶段，这种收获方式不但收获成本极高，还对人的体力要求很高，且工作舒适性不佳，更为关键的是工作效率低，远远不能满足大规模天然草地建设与改良对野生牧草种子的需求。
　　野生牧草种子的机械化收获，是解决需求的一个良好途径。[3]但是目前，西藏地区的草业机械仍处于未起步阶段，虽然农业领域对机械的需求十分巨大，由于没有相应的技术和自主知识产权，完全依靠引进设备，成本高昂的同时，不适应西藏自身实际情况。[4]因此，研究一套完整的适合西藏自身实际的野生牧草种子收获技术，形成自主知识产权并加以推广，同时带动草业机械领域的整体发展，用以解决大规模天然草地建设与改良对野生牧草种子的需求，具有十分重要的意义。
　　1 野生草种收获人机对比试验方案
　　检验机械对野生牧草种穗的收获能力，采用人工收获和机械收获两种方式，通过对草种收获量的对比的方式，得出收获机械对牧草种穗的收获效率。同时，通过人机对比试验，检验野生牧草种穗收获机械的工作情况，发现收获机械的改进空间，为后续改进提供技术依据。为此，2019年8月-9月，课题组人员赴藏北高原，沿当雄——色尼区——班戈县的公路沿线，针对藏北高原常见野生牧草进行种穗收获。
　　1.1 野生牧草种类的选择
　　藏北高原地区拥有非常丰富的野生牧草种质资源，有饲用植物2672种，分属于83科、557个属，分别占西藏自治区草地植物科、属、种总数量的71.55%、87.03%和84.26%。[5-7]本次试验，主要针对藏北高原地区的禾本科野生牧草，主要包括主要的野生牧草优势种禾本科有针茅属有：紫花针茅（Stipapurpurea）、沙生针茅（S.glareosa）、丝颖针茅（S.capillacea）。早熟禾属牧草有：早熟禾（Poaannua）、中华早熟禾（P.attenuata）、中亚早熟禾（P.litwinowiana）、西藏早熟禾（P.tibetica）;羊茅属牧草有：羊茅（Festucaovina）、紫羊茅（F.rubra）、小颖羊茅（F.parvigluma）;披碱草属牧草有：垂穗披碱草（Elymusnutans）、老芒麦（E.sibiricus）、黑紫垂穗披碱草（E.dahuricus）、麦薲草（E.tangutorum）。主要的野生牧草优势种莎草科嵩草属牧草有：高山嵩草（Kobresia Pygmaea）、线叶嵩草（K.capillifolia）、西藏嵩草（K.schoenoides）、藏北嵩草（K.littledalei）;苔草属牧草有：青藏苔草（Carexmoorcroftii）、大花嵩草（CarexatrofuscaSchkuhrRiedgr）。 　　 1.2 试验设备
　　本次试验设备，采用西藏农牧学院自主研发的手持式野生牧草种穗收获器，其特点是通用性较强，可在任意地形中进行多种野生牧草的种穗收获，尤其密实性种穗时的收获效率尤为明显。手持式野生牧草种穗收获器包括电机、收获刀具、机械外壳、把手、种子收集袋、电线和直流电源，其中，电机转速为300 r/min，刀具包括三角齿刀具、梯形齿刀具、圆弧齿刀具和波浪形刀具，本次试验采用梯形齿刀具（23齿）。其机械参数和结构组成如表1和图1所示。
　　1.3 试验方案
　　本次野生牧草种子收获试验，分为牧草种子人机收获效率对比试验和牧草种子收获率试验两类，其中，对比试验主要是检验收获器的工作能力，以机械收获种子的净重与人工收获种子的净重的比值来确定;收获率试验主要是考察种子收获器对野生牧草种子的收获率，并在以人工收获率为100%的基础上，进行核算;种子破碎率试验主要是考察收获器对各类牧草种子的破损概率。
　　考虑到藏北高原海拔普遍在4500m以上，对人的体能和精力提出了严峻的要求，在进行试验时，单次收获试验时间原则上控制在5min以内，特殊情况可以延长，但最多不超过10min。
　　2 野生草种收获试验数据
　　2.1 收获效率人机对比试验数据
　　本次野生牧草种子收获效率对比试验，时间为2019年9月14日至2019年9月28日共计15天，选取试验点（不同经纬度坐标点）14个，海拔跨度为4310m至4779m，试验样地58块2225m2，野生牧草种类7种（藏北嵩草、垂穗披碱草、早熟禾、大花嵩草、三茅草、高山嵩草、雀麦），收获种子样本18种112份。收获试验点和试验数据如表2所示。
　　2.2 收获率试验数据
　　本次野生牧草种子收获率试验，时间为2019年9月14日至2019年9月28日共计15天，选取试验点（不同经纬度坐标点）4个，海拔跨度为4338m至4725m，试验样地14块87m2，野生牧草种类4种（藏北嵩草、垂穗披碱草、针茅、大花嵩草），收获种子样本4种14份。需要指出的是：人工收获采取100%收获，即最大限度地将规定样地内的种子进行收获，机械收获为一次收获，即在规定样地范围内整体收获一次，对样地内未收获到的种穗，不做二次收获。收获试验点和试验数据如表3所示。
　　2.3 破损率试验数据
　　本次野生牧草种子破损率试验，与收获率试验一同进行，选取相同的试验位置，共收集野生牧草种类4种（藏北嵩草、垂穗披碱草、针茅、大花嵩草），收获种子样本4份。收获试验点和试验数据如表4所示。
　　3 野生草种收获试验数据分析
　　3.1 收获效率对比与分析
　　从表2收获效率人机对比试验数据中可以看出，相对于人工收获方式，手持式采集器的机械收获方式在野生草种收获效率和纯净度方面都具有较好的表现，将数据做平均处理，得出机械对不同种类草种的平均收获效率和纯净度，如表5所示。
　　从表5中可以看出，在机械收获效率方面，手持式收获器在收获不同类型牧草种穗时，均有较好表现，其中，收获藏北嵩草表现尤为优异，平均为31.1，最高达到126;收获针茅时，表现也较为优异，平均达到30.4;而其他类型牧草，均在10～15范围内，效果良好。值得注意的是，手持式收获器对高山嵩草的收获效果极其不佳，主要原因在于高山嵩草生长高度太矮，致使收获时掺入的沙石过多，此外，该种牧草结实率较低，种穗分布分散，导致机械收获难度大。
　　在收获纯净度方面，机械收获方式普遍优于人工收获方式，其中，收获藏北嵩草和垂穗披碱草表现尤为优异，平均达到95%左右，纯净度高的原因，是因为藏北嵩草和垂穗披碱草种穗比重较大;收获大花嵩草时，纯净度较低，主要是大花嵩草的种穗比较小的原因所导致。人工收获的纯净度，总体低于机械收获的纯净度，主要是因为人工收获时的穗杆等杂质较多所导致;对不同牧草种子纯净度的总体规律与机械收获一致，主要是受到种穗重量比的影响。
　　3.2 收获率分析
　　从表3收获率试验数据可以看出，手持式收获器对不同类型牧草在收获率均普遍集中在40%～90%范围内。考虑到种子繁衍等问题，对于野生牧草，不能将草种进行100%收获，该收获器的收获率总体符合预期。
　　3.3 破损率分析
　　从表4破损率试验数据可以看出，机械收获方式对牧草种子的完整性没有任何影响，说明收获器上电机的转速设置符合要求。
　　4 结论与讨论
　　（1）通過藏北高原野生牧草种穗收获试验，采用手持式收获器的机械收获方式在收获效率、纯净度和收获率方面，均优于人工收获方式。
　　（2）手持式收获器的工作能力方面：对于不同类型的禾本科牧草种穗，手持式收获器的机械收获效率可替代10～30个人工;机械收获草穗的纯净度普遍集中在40%～90%范围内，优于人工收获方式;机械收获方式对种子的完整性没有影响。
　　（3）种穗收获器工作方式对不同牧草种穗收获效果的影响：对于密实型和蓬松型牧草种穗，种穗收获器更偏好于密实型种穗，表现在收获密实型种穗时的机械收获效率和机械收获率均高于蓬松型种穗，这得益于种穗收获器采用的整体捋夺式工作方式。
　　（4）机械收获条件的探讨：本次种穗收获试验中，课题组人员采用手持式种穗收获器对高山嵩草进行收获，结果不甚理想。分析其原因，主要是高山嵩草草穗过矮，多为2～4cm，收获时刀具与沙石接触，对刀具产生较大磨损和破坏，且收集袋中多为沙石，无法实现对高山嵩草种子的有效收集。通过讨论认为：现有技术对高山嵩草种子的收获不具备机械操作的条件。
　　（5）种穗收获器改进的讨论：通过本次种穗收获试验中发现，重量为2.25kg的手持式收获器在海拔4000m以上的藏北高原地区还偏重，在工作5～10min左右时，普遍表现出体力不足等现象，需要在结构和材料上进一步改进;针对上述问题，经讨论，可在不改变工作方式的前提下，改变操作方式，如改为肩背式或手拉式，同时适当增加收获器宽度以扩大作业宽幅，在节省人体能的情况下，提高收获效率。
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