收获方式对油菜收获损失构成特征的影响

梁苏宁，沐森林，汤 庆，张 敏，吴崇友

(农业部南京农业机械化研究所，南京 210014)

0 引言

中国是世界油菜生产大国，常年种植面积为0.07亿hm2左右，产量1 200万t，均在世界前列。油菜已成为继水稻、小麦、玉米、大豆之后的第5大优势作物[1]。据统计，2014年全国油菜机械化收获水平为25.32%[2]，远低于主要粮食作物。我国油菜生产机械化发展缓慢，尤其是收获机械化更是薄弱环节；而加拿大、德国等欧美发达国家基本100%实现机械化收获。目前，中国油菜收获技术主要分为人工收获、机械分段收获及机械联合收获3种形式。因此，对人工收获、机械分段收获和机械联合收获3种方式的收获损失构成进行测定，研究油菜收获方式差异，比较分析油菜收获机械化技术先进性、适用性，对科学选择油菜收获方式及明确油菜收获机械化发展方向具有重要意义。

国内外专家对于油菜不同收获方式的损失构成有着广泛的研究。国外学者Ralph E．H．Sims早于1979年以新西兰春油菜为研究对象，对不同收获方式进行了比较研究[3]，以获取最大油菜籽产量和最高油菜籽含油量为目的进行了试验分析。刘德军等[4]研究了不同含水率条件下不同环节损失率的变化规律，研究表明：分段收获总损失大于联合收获总损失，随含水率的降低，脱粒损失和清选损失降低。陈红琳[5]通过不同收获方式对川油36和华海油1号两种油菜品种试验比较分析得出：两个品种不同收获方式的籽粒总损失率均表现为：机械联合收获>脱粒机分段收获>全人工收获。对于其机械收获的损失影响分析，已有较为详细的研究。朱云才等[6]以桂林-3全喂入联合收割机为研究对象，配套安装苏U(B)型油菜收割装置进行了油菜田间收获损失试验，试验时油菜成熟度为95%。分段收获和联合收获两种收获方式普遍应用却各有利弊[12-13]，且对于其单一收获方式的损失率的试验研究较多[7-11]。本文通过实测数据对3种收获的损失构成特征进行对比分析。

1 试验设计与方法

1.1 试验设计

试验设人工收获、机械联合收获和机械分段收获3种收获方式。

试验于2015年5月26日-6月4日在江苏省苏州市吴江区同里镇北联村进行。试验田是农业现代园区的标准农田，选择油菜长势好、均匀一致、无倒伏且面积不小于0.3hm2的田块进行实验测试。每个测区30m，其中机械收获试验数据采集区长20m，前稳定区长5m，后停车区5m×8m，测区有效宽度不少于8m宽，以便可连续同一工况条件下的3个行程测试；共选择5个测区，以完成不同前进速度的试验测试，共测定15组数据。

试验材料为人工育苗移栽种植的苏油6号，种植行距300mm，株距100～150mm，产量为5 500～6 000kg/hm2，底荚高度为68～100cm，株高130～190cm，寇状直径87～110cm，密度6～7万株/hm2。

1.2 试验方法

人工收获过程中测量油菜的割倒损失量、田间铺放-晾晒-打捆损失量、搬运损失量、脱粒损失量(飞溅损失量与未脱净损失量之和)及清选损失量数据。在测区两侧分别铺放接样布，并在测区内放入接样槽。人工收获过程如图1所示。

(a) 人工割倒、晾晒现场图

(b) 人工脱粒现场图 图1 人工收获现场图Fig.1 Artificial harvest scene

将5个测区处于乳熟期的油菜，人工割倒后就近放置于一侧接样布上，共晾晒了122h。

机械联合收获方式依据DG/T 057-2011油菜联合收获机推广鉴定大纲，选择当地主推机型星光4LL-2.0Y油菜联合收割机。联合收获测试割台损失率[18]、脱粒清选损失率(脱粒清选损失率包括未脱净损失率、分离清选损失率)、籽粒含水率等,收获过程如图2所示。

机械分段收获方式采用4SY-2型油菜割晒机脱粒机[14-15]及4SJ-1.8型油菜捡拾机[16-17]。机具质量可靠,作业状况良好，性能稳定。

机械分段收获测量割晒机割台损失、捡拾脱粒机割台捡拾损失及脱粒清选损失两部分。机械分段收获过程如图3所示。

图2 机械联合收获现场图Fig.2 Combined harvest scene

(a) 机械分段收获割晒机作业现场图

(b) 机械分段收获捡拾机作业现场图 图3 机械分段收获作业现场图Fig.3 Segment harvest scene

1.3 损失率的定义与计算方法

参照国家标准并根据检测的数据，按照以下方法分别计算各种收获方式的损失率。

人工收获总损失率：经过收割、后熟晾晒、脱粒、清选及秸秆处理等一系列步骤过程中，计算割倒损失量、搬运损失量、脱粒损失量及清选损失量的总损失量占收获总籽粒质量的比率，即

(1)

式中wg―割倒损失量(g)；

wp―田间铺放、晾晒、打捆损失量(g)；

wb―搬运损失量(g)；

wt―脱粒损失量(g)；

wq―清选损失量(g)；

∑w―收获总籽粒质量(g)。

其中，割倒损失量Wg的计算公式为

(2)

式中wg―每个测区割倒损失量(g)；

wy―5个接样槽中籽粒质量的平均值(g)；

B―测区宽度(m)；

L―测区长度(m)；

a―接样槽槽内口长度(m)；

b―接样槽槽内口宽度(m)。

其中，脱粒损失量wt为飞溅损失和夹带量与未脱净损失量之和。清选损失量wq在籽粒含杂率不大于6%条件下，收集所有的清选脱出物，提取籽粒并称量籽粒质量，即为清选损失量。

依据GB/T 8097-2008[19]，机械收获总损失率包括割台损失量wg与脱粒分离和清选总损失量wb占收获总籽粒质量的比率，即

(3)

式中wg―割台损失量(g)；

wb―脱粒分离和清选总损失量(g)；

∑w―收获总籽粒质量(g)。

2 结果与分析

收获时期油菜籽含水率不同，为方便比较，将测定油菜收获过程中从收割、铺放晾晒(人工收获及分段收获)、捡拾至脱粒清选各阶段的籽粒含水率转换成清选后相同的籽粒含水率。

2.1 人工收获方式的结果与分析

油菜割倒并晾晒122h后，随机取5个区域按人工收获试验方法，测量并计算各测区的油菜人工收获各相应环节的损失率，如表1所示。

表1 人工收获损失率统计表Table1 Loss ratio of artificial harvest %

从表1中可以看出：人工收获割倒损失率0.326%、脱粒与清选损失率3.286%，均较低，仅占总损失比例的7.76%；而搬运和铺放-晾晒-打捆过程中损失率占总损失比例92.24%，这是人工收获损失率较高的主要原因。角果晾晒后易爆裂[20-21]，在进行打捆及搬运时轻微的扰动都会造成角果开裂。收获时如遇阴雨天，直接搬运到场院晾晒，也会导致搬运损失率随之增大。

2.2 机械联合收获方式的结果与分析

从5月26日-6月5日进行不同收获时间点的油菜联合收获测试，具体数据如图4所示。

图4 收获含水率与损失率随收获时间变化统计图Fig.4 Loss ratio and moisture content of harvesting

由图4数据观察到：6月1-3日，割台损失与捡拾损失、脱粒清选损失相差不大，均处于较小值，总损失率为8%～9%。此时分段收获籽粒含水率条件适宜，此范围内总损失率降到最低点。籽粒含水率进一步降低后，割台损失快速增加，虽然脱粒清选损失有进一步降低趋势，但总损失相对来说会进一步增大，这说明收获在含水率为15%～20%左右的油菜是最佳收获期。

在6月1日进行了多测区机械联合收获测试，测试当天籽粒平均含水率为18.1%，按油菜联合收获试验方法，通过对实际测试结果进行统计分析，得出星光油菜联合收割机4LL-2.0Y型的割台损失率、脱粒清选损失率统计如表2所示。

表2 机械联合收获损失率统计表Table 2 Loss ratio of combined harvest %

由表2实测数据可以得出：在油菜籽粒平均含水率为18.1%时，机械联合收获的损失率中，割台损失基本稳定在3%左右，脱粒清选损失稳定在4%左右，总损失率平均为7.84%。这说明近些年国产联合收割机通过改进优化性能得到提高，在油菜适宜收获的期间内收获，损失率可以控制在较低的水平，达到国家标准小于8%的要求[22-25]。

2.3 机械分段收获方式的结果与分析

油菜机械分段收获试验，分别在5月26日至6月2日，测定不同收获时期割晒损失率、捡拾损失率、脱粒清选损失率与籽粒含水率的数据，统计后的数据如表3所示。

表3 机械分段收获损失率统计表Table3 Loss ratio of segment harvest %

收获时间为2015 年；分段收获时间前者为割晒日期，后者为脱粒日期。

由表3数据观察到:分段收获的损失率随着割晒时间推迟，呈现逐步升高的趋势。这是由于随油菜成熟度提高，角果易开裂造成割晒的损失率增加；随着晾晒时间增长，油菜角果含水率降低，脱粒清选损失率逐步达到较低水平。

在油菜机械分段收获的损失率中，捡拾损失率大于割晒损失率大于脱粒清选损失率。其原因是，稻后油菜田块小、田间布满三沟(畦沟、腰沟、边沟)，影响割晒和捡拾作业速度稳定性。分段收获割晒时速度不稳定影响铺放质量，铺放不整齐、不均匀，直接影响到后续机器捡拾作业的效果，铺放不均匀，铺层下部油菜没有晾好，脱粒损失增大；另一方面，铺放不均匀导致捡拾喂入不均匀，增大脱粒和清选损失。因此，田块条件和割晒铺放质量是造成捡拾的损失大的主要原因。

3 比较与讨论

油菜收获损失受多因素的影响，代表油菜成熟度的籽粒含水率，是影响油菜收割、脱粒清选损失的主要因素之一。通过对田间实测数据进行单因素方差分析，讨论人工收获、机械联合收获及机械分段收获损失的构成。

3.1 不同收获方式割台损失的比较

对不同收获方式根据实测数值割台损失率进行数据处理得到方差分析，如表4所示。

表4 不同收获方式对割台损失率的方差分析Table 4 Variance analysis of header loss rate

*p<0.05 为显著；**p<0.01 为极显著；下同。

由表4可得出：收获方式对割台损失率影响极显著。由实测数据可知：人工割倒损失较小，均在0.2%～0.5%以内。这是因为人工割晒时，油菜还只有70%～80%的成熟度，故割倒时损失较小；但人工收获的铺放-晾晒-打捆损失属于脱粒清选前的损失，为方便比较应将铺放-晾晒-打捆损失核算在割倒损失中，该环节的损失率平均为3.99%。

机械收获随收获时期的不同及籽粒的含水率不同有着较大的差异，只有把握适宜的含水率，才能降低收获损失[26]，籽粒的含水率在15%～20%时为好[27]是适宜收获期。试验数据表明：5月26日-6月5日测得机械分段收获的割晒损失约为2%～5%，主要由于机械分段收获数据采集时段内，籽粒含水率范围较大，籽粒含水率大于15%时割晒损失率较小；籽粒含水率小于15%后，数值提升幅度大。割晒损失率包括割台损失率和铺放损失率，分段收获与联合收获割台损失率数值相近，而铺放损失率随着科研人员的研发、改进可控制在0.8%，故分段收获与联合收获割台损失率总体相差不大。5月26日-6月3日,分段收获割晒损失率均值为3.25%。

通过上述试验数据对比可知：在籽粒含水率相同收获条件下，3种收获方式割台损失率大小为：人工收获(4.316%)>机械分段收获(3.25%)>机械联合收获(3.12%)，收获方式对籽粒损失率影响极显著。

3.2 不同收获方式脱粒清选损失的比较

对不同收获方式的脱粒清选损失率实测数值进行数据处理得到方差分析表如表5所示。

表5 不同收获方式对脱粒清选损失率的方差分析Table 5 Variance analysis of threshing and cleaning loss rate

由表5可得出：收获方式对脱粒清选损失率影响极显著。田间测量数据显示：人工脱粒、清选损失率均值为3.29%；机械联合收获脱粒、清选的损失率均值为4.72%；机械分段收获脱粒清选损失率随收获时间点的不同有着较大的差异，籽粒含水率小于20%时脱粒清选损失率较小，5月26日-6月3日分段收获，籽粒含水率16.3%～19.4%，脱粒清选损失率均值为1.99%。

试验测得油菜经晾晒后脱粒清选时，脱粒清选损失率与收获时间关系较小，损失率数值范围变化不大。这主要在于无论是人工收获还是机械分段收获时，收获后经过了一段时间的晾晒，脱粒清选时油菜籽粒含水率降低，角果一致性好、成熟度变高，因此脱粒清选时，形成脱粒清选损失率低的良好收获效果[28]。

通过上述试验数据对比可知：在籽粒含水率相同收获条件下，3种收获方式脱粒清选损失率大小为：机械联合收获(4.72%)>人工收获(3.286%)>机械分段收获(1.99%)；收获方式对脱粒清选损失率影响显著。

3.3 不同收获方式总损失的比较

对不同收获方式根据实测数值割台损失率进行数据处理得到方差分析表如表6所示。

表6 不同收获方式对总损失率的方差分析Table 6 Variance analysis of total loss rate

由表6可以看出：收获方式对总损失率影响极显著。从收获损失率构成试验指标对比分析可知：虽然在人工收获的总损失构成中割台损失及脱粒清选损失所占比例相对不高，但由于人工收获时需进行打捆及搬运，油菜籽损失量增加，且人工收获总损失率随收脱时间间隔长短、晾晒时间段天气情况在12%上下波动，总体效益很低。

机械联合收获随着收获时间的不断延后，籽粒含水率不断下降，脱粒损失率随收获时间先快速下降后保持稳定，收获总损失先随收获时间快速下降后缓慢增加。联合收获作业效率高、省工省时，尤其在气候条件不好的情况下，有利于进行抢收,但这种方式对收获时机要求较严，既不能偏早，也不能偏晚。在适宜含水率条件下，收获总损失率才能得到有效控制。机械分段收获方式利用作物的后熟原理，可以在油菜成熟度≥75%时开始提前收获，减少了收割过程的落粒损失，且收获的籽粒饱满，菜籽含水率≤12%，便于菜籽的后期存储，提高了油菜籽的产量和质量。

田间实测数据表明：油菜收获方式对收获损失构成影响极显著，机械收获总损失低于人工收获总损失。这与前人研究结果：“总损失率表现为人工收获>机械分段收获>机械联合收获”结论有很大的不同。而机械收获损失率的减少也是科研工作者对收获机不断进行研究、改进的结果。油菜机械化联合收获和分段收获均能实现秸秆粉碎还田，可增加土壤的有机质，减少秸秆焚烧造成环境污染。

4 结论

1)收获方式对油菜收获损失构成影响显著。在籽粒含水率相同收获条件下，割台损失率大小为人工收获(4.316%)>机械分段收获(3.25%)>机械联合收获(3.12%)；脱粒清选损失率大小为机械联合收获(4.72%)>人工收获(3.286%)>机械分段收获(1.99%)；总损失率表现为人工收获>机械分段收获>机械联合收获。

2)通过油菜人工收获、机械联合、机械分段收获进行田间收获效果实测试验，从收获损失构成对比分析可知：人工收获损失率高，劳动强度大，最不可取；机械联合收获在把握好收获时机的前提下可以获得高效率、少损失的良好效果；机械分段收获在稻油轮作区由于受到田块条件的限制，损失率较高，便捷性也不如联合收获，这个结论可为收获方式的选择提供参考。

3)国产联合收割机损失较低，是近些年不断研究改进的结果，随着分段收获机械的进一步研究开发，机器性能会得到进一步提升，并随着土地流转、经营规模的扩大，油菜集中连片种植的发展，分段收获的优势也会得到进一步显现。

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