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用科研成果为农民解忧 “纸上播种”照进现实

2021-08-16 14:05:48来源:广州日报

把稻种精准地“放”到“纸”中,再把“纸”铺到田里,不用育秧、插秧、撒种等繁重劳动,依靠全自动化、机械化操作,就能轻松种出高产水稻。

记者日从广东工业大学获悉,该校机电工程学院黎勉教师团队提出了“车间+田间”的绿色环保农业种植新理念,研发了农作物直播新技术及成套装备设计制造应用技术,与高校、企业和农业研究机构合作,突破了系列技术瓶颈,并于日的水稻直播田间试验中,一次获得成功,显示出了良好的技术与应用价值。

技术突破:

“车间”完成水稻播种

水稻种植是个重体力劳动,为了将广大农民从繁重的体力劳动中解放出来,抛秧、插秧机、无人机飞播、机械穴播等诸多新技术应运而生。但杂交水稻种子有着分蘖强、每穴只需1~2粒种子等特点,对栽培技术尤其是播种的均匀度和精度提出了更高要求,现有各种方法都难以达到。黎勉团队提出的“种膜直播”技术,为这一农业难题的破解提供了工业化的新思路。

“种膜直播技术主要分为两道工序,一是种膜成型,即按照最佳株行距将种子点放在满足一定强度要求、无污染的纸上,再覆盖一层面纸,制成种子膜。”据黎勉介绍,团队研发的种膜成型设备,把播种这个环节从田间搬到了车间,省时、省事、省力,且不受天气等环境因素的影响,实现全天候生产;种膜还有阻断杂草生长空间、有效抑制杂草的良好效果。“设备还可根据不同作物的生长特调节株行距、种植密度等参数,适用于多种农作物的直播。”

“第二道工序是施肥铺膜,即把制好的种膜铺到田地里。”团队研发自动铺膜施肥一体机,可同时完成铺膜与施肥,配合大颗粒缓释农家肥,按穴精准施肥,提高肥料的利用率,减少使用量。“把农机与农艺有机结合起来,实现农业生产的工业化、规模化。”

发挥余热:

用科研成果为农民解忧

黎勉说,几十年前就曾听说,把稻种放在蔗渣纸上,再把纸铺在田里就能完成种植。但究竟怎么放、怎么铺却无从得知,限于当时的技术条件,这种方法沦为“纸上谈兵”,黎勉却把它记在了心里。

1977年,黎勉从广东省机械学校(广东工业大学前身之一)毕业后留校任教。在校期间,他参加了伺服压力机、瓦楞纸板横切机、电动汽车驱动电机等多项科研项目,2次获得省科技进步奖。半生投身科研,在2017年退休后,一则云贵地区耕地丢荒的新闻引发了他的思考。黎勉深知农民艰辛不易,现在退休有时间了,能否发挥余热把自己几十年科研经验用在农业上?

黎勉将想法与团队的朱铮涛、陈益民两位老师一说,大家一拍即合,两位教师表示,“项目构思很好,完全符合国家战略需求,即使没有立项、不计入工作量,也愿意一起干,把智能制造的科研成果写在祖国大地上!”学校原副校长孙友松教授也十分支持,尽管年八旬,他也经常和课题组一起下工厂,到田间地头,为项目出谋划策,使他们深受鼓舞。

刻苦攻关:

“纸上播种”照进现实

说起来简单的事情,要实现却没那么容易。由于是个“自选项目”,尚未立项就启动,困难很多,最大的问题就是经费。黎勉联系校友获得经费、设备等赞助,解决了起步的困难。

技术上也面临重重难关。首先是制备种膜。稻种形状不规则,又很“娇贵”,不能受任何机械和温度的损伤,需要将“精准”数量的种子,“精准”地分布到膜上并固定,稻粒的抓取、分布、定位以及纸张的结合等技术难度大;“种膜制备的机械化、自动化,是实现种膜直播技术产业化的关键。”要实现连续、高速作业,在收卷、张力控制、漏种监测等自动化技术上也面临新的挑战;还要保证包覆在膜中的稻种能生根出苗,既要有生物学方面的考量,又要有机械工程、材料科学的智慧。

他们首先手工制作种膜,在盆里试验,探索解决基本技术问题,然后自己动手搭建了首台实验室自动制膜样机,并联系合作厂家,完成了工业化二代样机的研制,实现了种膜的小批量生产。在团队的不懈努力下,难题一个个被拿下。他们也获得多项技术成果,目前已获专利授权7件。

此外,由于项目涉及农作物栽培、轻工造纸、环保、机械、自动化等多个领域,团队还联系其他高校、企业、农业研究机构等寻求合作。为了解决水稻栽培的农业技术问题及进行种植试验,他们得到了广东省农科院水稻研究所的大力支持。团队还联系华南理工大学国家造纸重点实验室,开发基于稻草的无公害种膜专用纸。

2021年,直播技术的田间试验表明,种膜直播栽培的水稻与机械穴播的亩产量基本持,比飞机直播亩产增产21.1%;种膜直播的耗种量比机械穴播少约1/3,比无人机飞播少2/3,显示出了良好的技术与应用价值,当年的“纸上谈兵”终于成为实实在在、惠民为民的技术。

“‘工科人’讲究有想法就要去做,有梦想就要实现。”黎勉说。种膜直播技术及其设备除了运用在水稻种植中,还可广泛运用于其他作物的栽培及生产中,实现农作物田间播种的工厂化及自动化。未来,团队还将开展更多作物、更大范围的试验,并将借助广工在大数据、物联网等方面的研究优势,进一步发挥“互联网+”在智能农业装备制造中的优化和集成作用,推动农业智能装备的发展,为国家乡村振兴及粮食安全问题的解决贡献“广工智慧与力量”。(林霞虹 杜清)

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