





中国农业科学 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (5): 864-876.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2025.05.004
张洪程1(
), 邢志鹏1(
), 张瑞宏2, 单翔2, 奚小波2, 程爽1, 翁文安1, 胡群1, 崔培媛1, 魏海燕1
收稿日期:2024-07-10
接受日期:2024-09-07
出版日期:2025-03-07
发布日期:2025-03-07
联系方式:
张洪程,E-mail:hczhang@yzu.edu.cn。邢志鹏,E-mail:zpxing@yzu.edu.cn。张洪程与邢志鹏为同等贡献作者
基金资助:
ZHANG HongCheng1(
), XING ZhiPeng1(
), ZHANG RuiHong2, SHAN Xiang2, XI XiaoBo2, CHENG Shuang1, WENG WenAn1, HU Qun1, CUI PeiYuan1, WEI HaiYan1
Received:2024-07-10
Accepted:2024-09-07
Published:2025-03-07
Online:2025-03-07
摘要:
【目的】为创新小麦绿色丰产优质高效的无人化栽培技术体系提供理论和技术支撑。【方法】笔者团队根据土地流转与规模化经营加速、从事农业生产的劳动力不断减少、种田方式要求更为高效舒适的形势,通过“农艺-农机-农智”融合研究,研创了小麦整合化无人化栽培技术,即运用新技术、新产品、新装备,进行小麦全程生产农事操作的简化整合,以最少的作业次数、用最少的机具和无人化作业,完成小麦生产。在探索性试验的基础上,于2019—2020、2020—2021和2021—2022年度在江苏省盐城市大中农场,设置小麦整合化无人化栽培技术(IU)处理和试验区小麦常规全程机械化丰产栽培技术(CK)处理,研究不同处理间小麦产量形成特征及差异,分析小麦整合化无人化栽培的丰产特征,进而提出无人化栽培技术途径。【结果】IU处理较CK处理提高小麦产量3.0%—5.9%,部分品种和生长季下处理间差异显著。在产量构成上,穗数表现为IU>CK(部分品种和生长季下处理间差异显著),穗粒数为IU>CK(P>0.05),总实粒数为IU>CK(P<0.05),千粒重为IU<CK(P>0.05),说明IU处理通过稳定穗粒数和千粒重、增加穗数,实现小麦增产。在光合物质生产上,主要生育时期的茎蘖数、叶面积指数、干物质积累量和主要生育阶段的光合势、群体生长率以及茎蘖成穗率、粒叶比均表现为IU>CK(部分品种和生长季下处理间差异显著),为IU处理增产奠定物质基础。总结了所创建的整合化无人化栽培途径及基本技术,从整合化、无人化、“农艺-农机-农智”融合度、关键栽培技术、综合评价等方面进行了小麦整合化无人化栽培发展的若干讨论。【结论】小麦整合化无人化栽培与试验区小麦常规全程机械化丰产栽培的产量相当或显著增加,可以较少的机力人力投入与无人化作业实现小麦丰产栽培,是农业现代化生产发展的有效途径,未来应加强多方面协同创新与投入,以加快该技术的优化熟化和大面积示范推广。
张洪程, 邢志鹏, 张瑞宏, 单翔, 奚小波, 程爽, 翁文安, 胡群, 崔培媛, 魏海燕. 小麦整合化无人化丰产栽培的特征与技术途径[J]. 中国农业科学, 2025, 58(5): 864-876.
ZHANG HongCheng, XING ZhiPeng, ZHANG RuiHong, SHAN Xiang, XI XiaoBo, CHENG Shuang, WENG WenAn, HU Qun, CUI PeiYuan, WEI HaiYan. Characteristics and Technical Approaches of Integrated Unmanned High-Yield Cultivation of Wheat[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2025, 58(5): 864-876.
表1
2017—2019年基于小麦耕种管整体机的试验示范产量及有关参数"
| 年份 Year | 地点 Site | 品种 Variety | 穗数 Spike number (×104·hm-2) | 穗粒数 Grains per spike | 千粒重 1000-kernels weight (g) | 实产 Yield (kg·hm-2) | 成熟期干物质量 Dry matter at maturity (kg·hm-2) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2017—2018 | 姜堰 Jiangyan | 扬麦23 Yangmai23 (n=6) | 501.9±15.3 | 39.1±1.5 | 37.9±0.6 | 7117.4±306.9 | 18705.2±606.2 |
| 2018—2019 | 姜堰 Jiangyan | 扬麦23 Yangmai23 (n=5) | 501.7±6.9 | 38.7±1.7 | 38.9±0.9 | 7239.8±223.9 | 18273.6±611.1 |
| 兴化 Xinghua | 扬麦23 Yangmai23 (n=8) | 519.0±7.8 | 39.7±1.1 | 37.9±0.9 | 7501.9±220.8 | 18595.6±397.0 |
图1
小麦无人化耕种管整体机与田间作业效果 A:2.5 m作业幅 2.5 m working width;B:3.5米作业幅 3.5 m working width;1:施肥系统 Fertilization system;2:无人驾驶动力系统 Unmanned driving power system;3:双轴分层切削旋耕整地系统 Biaxial layered cutting rotary tillage system;4:镇压开种行系统 Compacting system with seed furrow opening;5:播种系统 Sowing system;6:覆土系统 Soil covering system;7:二次镇压和开排水沟系统 Twice compacting and drainage ditch excavating system"
表2
不同栽培技术下小麦产量及其构成"
| 年度 Year | 品种 Variety | 处理 Treatment | 穗数 Spike number (×104·hm-2) | 穗粒数 Grains per spike | 总实粒数 Total grains (×104·hm-2) | 千粒重 1000-kernels weight (g) | 实产 Yield (kg·hm-2) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2019-2020 | 农麦88 Nongmai 88 | IU | 529.5±30.7a | 43.9±2.5a | 23217.4±30.7a | 42.4±1.1a | 9472.6±23.5a |
| CK | 516.3±24.3a | 42.6±1.7a | 21991.5±12.4b | 43.3±1.4a | 9146.6±18.4a | ||
| 宁麦13 Ningmai 13 | IU | 596.1±17.0a | 38.7±1.6a | 23091.8±27.0a | 40.1±1.6a | 8922.8±16.8a | |
| CK | 567.4±28.2b | 38.4±2.3a | 21783.3±16.4b | 40.9±1.5a | 8487.6±20.3b | ||
| 2020-2021 | 农麦88 Nongmai 88 | IU | 524.5±19.7a | 42.3±2.0a | 22161.1±21.9a | 40.8±1.7a | 8677.0±28.9a |
| CK | 499.0±18.4b | 41.9±2.2a | 20929.0±31.1b | 41.5±1.7a | 8262.4±16.4b | ||
| 宁麦13 Ningmai 13 | IU | 568.3±28.0a | 39.2±1.6a | 22288.3±29.0a | 39.1±1.4a | 8356.7±11.7a | |
| CK | 537.6±26.7b | 38.5±1.7a | 20675.0±9.1b | 40.1±1.9a | 7887.4±20.9b | ||
| 2021-2022 | 农麦88 Nongmai 88 | IU | 548.3±21.6a | 44.5±2.0a | 24388.6±26.3a | 42.0±1.4a | 9885.1±18.5a |
| CK | 538.4±29.4a | 43.1±2.6a | 23217.9±8.3b | 42.9±1.6a | 9595.3±19.3a | ||
| 宁麦13 Ningmai 13 | IU | 605.2±19.8a | 40.2±1.2a | 24305.8±9.1a | 40.9±1.3a | 9564.9±16.6a | |
| CK | 579.3±25.1a | 39.4±1.6a | 22807.9±276b | 41.8±0.6a | 9153.8±12.0a |
表3
2019—2022年各基地小麦整合化无人化栽培技术试验示范田产量及有关参数"
| 年份 Year | 地点 Site | 品种 Variety | 穗数 Spike number (×104·hm-2) | 穗粒数 Grains per spike | 千粒重 1000-kernels weight (g) | 实产 Yield (kg·hm-2) | 成熟期干物质量 Dry matter at maturity (kg·hm-2) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2019-2020 | 姜堰 Jiangyan | 扬麦23 Yangmai23 (n=6) | 515.5±13.6 | 41.1±1.1 | 39.6±0.3 | 8010.9±216.3 | 20746.1±871.5 |
| 大中农场 Dazhong farm | 农麦88 Nongmai88 (n=5) | 504.6±10.2 | 43.6±0.7 | 42.1±0.9 | 8886.7±236.3 | 23525.2±744.2 | |
| 宁麦13 Ningmai13 (n=5) | 569.4±14.4 | 40.1±0.7 | 39.8±0.5 | 8687.3±277.7 | 23495.1±413.8 | ||
| 2020-2021 | 泗洪 Sihong | 淮麦35 Huaimai35 (n=5) | 554.0±22.4 | 36.0±0.3 | 41.9±0.6 | 7893.5±325.1 | 22678.8±677.2 |
| 大中农场 Dazhong farm | 农麦88 Nongmai88 (n=8) | 510.4±12.1 | 43.1±0.6 | 40.9±0.5 | 8638.2±124.9 | 22493.5±521.7 | |
| 宁麦13 Ningmai13 (n=8) | 569.4±6.4 | 38.3±0.9 | 39.9±0.6 | 8303.9±271.3 | 22533.7±558.1 | ||
| 扬麦28 Yangmai28 (n=4) | 505.8±21.0 | 40.6±0.9 | 41.8±0.8 | 8201.0±343.0 | 22764.1±603.1 | ||
| 2021-2022 | 泗洪 Sihong | 淮麦35 Huaimai35 (n=6) | 548.2±10.2 | 36.4±0.6 | 42.4±0.6 | 8075.0±285.4 | 21274.6±742.0 |
| 淮麦33 Huaimai33 (n=6) | 561.8±9.3 | 38.3±1.4 | 40.3±0.7 | 8327.4±271.0 | 21758.8±612.5 | ||
| 大中农场 Dazhong farm | 农麦88 Nongmai88 (n=8) | 559.2±10.6 | 43.1±1.2 | 42.1±0.9 | 9787.8±317.3 | 24963.0±991.2 | |
| 宁麦13 Ningmai13 (n=4) | 599.8±18.7 | 39.3±0.5 | 40.9±0.8 | 9283.6±276.3 | 24276.4±857.9 | ||
| 农麦128 Nongmai128 (n=8) | 596.6±12.6 | 39.3±0.9 | 42.0±0.7 | 9480.3±323.7 | 24422.6±828.1 |
| [1] |
国家统计局. 中国统计年鉴. https://www.stats.gov.cn/sj/ndsj/2023/indexch.htm.
|
|
National Bureau of Statistics. China Statistical Yearbook. https://www.stats.gov.cn/sj/ndsj/2023/indexch.htm. (in Chinese)
|
|
| [2] |
刘慧. 小麦耕种收综合机械化率逾97%——挖掘丰产丰收的农机化潜力. 经济日报, 2022-07-05: 1.
|
|
|
|
| [3] |
张洪程, 胡雅杰, 戴其根, 邢志鹏, 魏海燕, 孙成明, 高辉, 胡群. 中国大田作物栽培学前沿与创新方向探讨. 中国农业科学, 2022, 55(22): 4373-4382. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2022.22.004.
|
|
|
|
| [4] |
康孟珍, 王秀娟, 华净, 王浩宇, 王飞跃. 平行农业: 迈向智慧农业的智能技术. 智能科学与技术学报, 2019, 1(2): 107-117.
doi: 10.11959/j.issn.2096-6652.201904 |
|
|
|
| [5] |
赵春江. 智慧农业的发展现状与未来展望. 华南农业大学学报, 2021, 42(6): 1-7.
|
|
|
|
| [6] |
罗锡文, 胡炼, 何杰, 张智刚, 周志艳, 张闻宇, 廖娟, 黄培奎. 中国大田无人农场关键技术研究与建设实践. 农业工程学报, 2024, 40(1): 1-16.
|
|
|
|
| [7] |
人民政协网. 我国种植业安全形势判断与战略举措. http://www.rmzxb.com.cn/c/2023-01-31/3284528.shtml.
|
|
People's political consultative conference network. China's planting industry security situation judgment and strategic measures. http://www.rmzxb.com.cn/c/2023-01-31/3284528.shtml. (in Chinese)
|
|
| [8] |
叶伟伟, 奚小波, 金亦富, 单翔, 张剑峰, 张瑞宏. 双轴旋耕施肥贴地播种复式作业机设计与试验. 中国农机化学报, 2019, 40(2): 6-12.
doi: 10.13733/j.jcam.issn.2095-5553.2019.02.02 |
|
|
|
| [9] |
顾宸嘉, 奚小波, 韩连杰, 张翼夫, 张宝峰, 张瑞宏. 双轴旋耕压槽播种开沟匀覆土作业机设计与试验. 中国农机化学报, 2021, 42(11): 17-22.
doi: 10.13733/j.jcam.issn.20955553.2021.11.04 |
|
doi: 10.13733/j.jcam.issn.20955553.2021.11.04 |
|
| [10] |
奚小波, 史扬杰, 单翔, 张琦, 金亦富, 龚俊杰, 张剑峰, 张瑞宏. 基于Bezier曲线优化的农机自动驾驶避障控制方法. 农业工程学报, 2019, 35(19): 82-88.
|
|
|
|
| [11] |
|
| [12] |
陈国奇, 宋杰辉, 王茂涛, 邢志鹏, 朱凤, 李尧, 魏海燕, 黄元炬. 稻麦病虫草害飞防技术. 北京: 中国农业出版社, 2020.
|
|
|
|
| [13] |
|
| [14] |
|
| [15] |
张振, 赵俊晔, 石玉, 张永丽, 于振文. 不同播幅对小麦花后叶片光合特性和产量的影响. 作物学报, 2024, 50(4): 981-990.
doi: 10.3724/SP.J.1006.2024.31042 |
|
doi: 10.3724/SP.J.1006.2024.31042 |
|
| [16] |
|
| [17] |
丁锦峰, 徐东忆, 丁永刚, 朱敏, 李春燕, 朱新开, 郭文善. 栽培模式对稻茬小麦籽粒产量、氮素吸收利用和群体质量的影响. 中国农业科学, 2023, 56(4): 619-634. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.04.003.
|
|
|
|
| [18] |
陈立, 钱晨诚, 徐东忆, 钱彩虹, 李春燕, 丁锦峰, 朱敏, 李天兵, 郭文善, 朱新开. 不同释放期缓释尿素配合一次基施对稻茬冬小麦产量及氮肥利用率的影响. 麦类作物学报, 2022, 42(10): 1231-1239.
|
|
|
|
| [19] |
孟志军, 王昊, 付卫强, 刘孟楠, 尹彦鑫, 赵春江. 农业装备自动驾驶技术研究现状与展望. 农业机械学报, 2023, 54(10): 1-24.
|
|
|
|
| [20] |
祝清震, 武广伟, 朱志豪, 张恒源, 高原源, 陈立平. 冬小麦精准分层施肥宽苗带播种联合作业机研究. 农业机械学报, 2022, 53(2): 25-35.
|
|
|
|
| [21] |
|
| [22] |
管春松, 崔志超, 高庆生, 王树林, 陈永生, 杨雅婷. 双轴旋耕碎土试验台设计与分层耕作试验. 农业工程学报, 2021, 37(10): 28-37.
|
|
|
|
| [23] |
郭新送, 丁方军, 陈士更, 孟庆羽. 控释肥不同施肥位置及深度对小麦产量及根区土壤养分的影响. 中国农学通报, 2018, 34(4): 9-15.
doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb17010099 |
|
|
|
| [24] |
赵凌天, 咸云宇, 刘光明, 姜恒鑫, 廖平强, 赵灿, 王维领, 霍中洋. 不同机械化耕播模式对冬小麦幼苗质量和产量的影响. 农业工程学报, 2021, 37(17): 31-38.
|
|
|
|
| [25] |
马尚宇, 王艳艳, 黄正来, 韩笑, 张文静, 樊永惠, 马元山. 渍水对小麦生长的影响及耐渍栽培技术研究进展. 麦类作物学报, 2019, 39(7): 835-843.
|
|
|
|
| [26] |
何明, 高焕文, 董培岩, 崔德杰, 赵文阁. 一年两熟地区保护性耕作深松试验. 农业机械学报, 2018, 49(7): 58-63.
|
|
|
|
| [27] |
张会娟, 顾峰玮, 吴峰, 徐弘博, 高学梅, 胡志超. 江苏省稻茬麦机械化播种概况与发展. 中国农机化学报, 2021, 42(11): 186-192.
doi: 10.13733/j.jcam.issn.20955553.2021.11.28 |
|
doi: 10.13733/j.jcam.issn.20955553.2021.11.28 |
|
| [28] |
|
| [29] |
刘成良, 林洪振, 李彦明, 贡亮, 苗中华. 农业装备智能控制技术研究现状与发展趋势分析. 农业机械学报, 2020, 51(1): 1-18.
|
|
|
|
| [30] |
麦逸辰, 卜容燕, 韩上, 雷之萌, 李敏, 王慧, 程文龙, 唐杉, 武际, 朱林. 添加不同外源氮对水稻秸秆腐解和养分释放的影响. 农业工程学报, 2021, 37(22): 210-219.
|
|
|
|
| [31] |
高树琴, 胡兆民, 王竑晟, 张晓博, 张玉成. 智慧农业助力粮食生产节本增产增效的“九步法”. 中国科学院院刊, 2024, 39(1): 198-209.
|
|
|
|
| [32] |
周冬冬, 张军, 李福建, 葛梦婕, 李必忠, 刘忠红, 张永进, 李春燕, 朱新开. 稻秸还田与耕作方式对小麦产量形成及籽粒品质的影响. 麦类作物学报, 2022, 42(10): 1273-1282.
|
|
|
|
| [33] |
魏佳朔, 高鸣. 农业劳动力老龄化如何影响小麦全要素生产率增长. 中国农村经济, 2023(2): 109-128.
|
|
|
| [1] | 彭廷燊, 陆久焱, 吴美林, 严雨欣, 刘宏周, 南文斌, 秦小健, 李明, 龚俊义, 梁永书. 多年生水稻黄糯2号和长白7号产量相关性状的QTL分析[J]. 中国农业科学, 2026, 59(7): 1361-1379. |
| [2] | 朱琦, 贾振鹏, Tahir SHAH, 徐晨晟, 李芷琦, 吕会帅, 朱鹏超, 韦小敏, 黄冬琳, 孙艳妮, 曹卫东, 高亚军, 王朝辉, 张达斌. 绿肥配施增效产品降低旱地麦田温室气体排放及碳足迹[J]. 中国农业科学, 2026, 59(7): 1507-1522. |
| [3] | 王玉萍, 符质, 孙佳莹, 穆晓萌, 刘慧淋, 郭进云, 宋文菁, 侯雷平, 赵海亮. 苗期施用褪黑素对番茄短期低温胁迫的缓解作用与应用效果评价[J]. 中国农业科学, 2026, 59(7): 1523-1535. |
| [4] | 叶美金, 吴雷, Lohani Md Nahibuzzaman, 尹丽, 胡欣荣, 刘亚西, 蒋云峰, 陈国跃, 蒲至恩, 李阳, 李婷, 邹亚亚, 吴佳怡, 马建. 基于GWAS的中国地方小麦成熟胚大小位点的鉴定及其遗传效应解析[J]. 中国农业科学, 2026, 59(6): 1157-1171. |
| [5] | 王佳诺, 陈桂平, 李盼, 王丽萍, 南运有, 何蔚, 樊志龙, 胡发龙, 柴强, 殷文, 赵连豪. 免耕地膜两年覆盖提高绿洲灌区玉米产量的灌浆期光合生理机制[J]. 中国农业科学, 2026, 59(6): 1189-1202. |
| [6] | 周新杰, 任昊, 陈应龙, 张吉旺, 赵斌, 任佰朝, 刘鹏, 王洪章. 过氧化钙对渍涝农田夏玉米根系形态及产量形成的影响[J]. 中国农业科学, 2026, 59(6): 1203-1216. |
| [7] | 何继航, 张擎, 吕相月, 薛吉全, 徐淑兔, 刘建超. 不同保绿型玉米杂交种氮效率评价[J]. 中国农业科学, 2026, 59(6): 1217-1230. |
| [8] | 李文虎, 礼海风, 杜宇鹏, 丁玉兰, 罗一诺, 李宇珂, 佘文婷, 张丰, 滕宇, 张思琦, 黄翠, 李小涵, 刘金山, 王朝辉. 小麦锌吸收转移对土施锌肥响应的区域差异[J]. 中国农业科学, 2026, 59(5): 1034-1047. |
| [9] | 焦文娟, 何万龙, 耿洪伟, 白斌, 李剑峰, 程宇坤. 155份春小麦品种(系)条锈病抗性评价与抗病基因分子检测[J]. 中国农业科学, 2026, 59(5): 937-950. |
| [10] | 郝琨, 陈洪德, 张威, 钟韵, 党美荣, 朱士江, 黄志坤, 金英. 基于柑橘产量、品质及水氮利用的涌泉根灌水氮综合评价[J]. 中国农业科学, 2026, 59(4): 862-873. |
| [11] | 崔士友, 陈澎军, 缪源卿, 韩继军, 沈俊明. EMS诱变抗草甘膦小麦新种质的创制与大田评价[J]. 中国农业科学, 2026, 59(4): 723-733. |
| [12] | 郭富城, 唐海江, 郝馨怡, 马国林, 杨九菊, 黄霖锋, 田蕾, 王彬, 罗成科. 不同灌溉方式对宁夏盐渍化土壤水盐运移、水稻产量及水分利用效率的影响[J]. 中国农业科学, 2026, 59(4): 750-764. |
| [13] | 钱瑾, 李映雪, 吴芳, 邹晓晨. 集成光谱降维的冬小麦叶片磷含量估算[J]. 中国农业科学, 2026, 59(4): 781-792. |
| [14] | 孔媛, 崔沙沙, 李美, 李健, 杨思雨, 房锋, 刘帅帅, 刘明平, 曾艳, 高兴祥, 柏连阳. 黄淮海冬小麦田多花黑麦草等5种禾本科杂草时空分布变化规律[J]. 中国农业科学, 2026, 59(4): 807-823. |
| [15] | 王勇胜, 牛丽, 王长杰, 马立花, 廉潇潇, 孟亚雄, 马小乐, 姚立蓉, 张宏, 杨轲, 李葆春, 王化俊, 司二静, 汪军成. 冬小麦千粒重的全基因组关联分析及候选基因预测[J]. 中国农业科学, 2026, 59(3): 499-514. |
|
||