湖南省塊莖類中藥材全程機械化現(xiàn)狀與對策建議
——以龍牙百合為例

方志超，雷雨田，代振維，吳明亮，2，張 嵐

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學 機電工程學院，湖南 長沙 410128；2.湖南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410128）

中藥材產(chǎn)業(yè)是我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是中醫(yī)藥工業(yè)和大健康產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。隨著中藥現(xiàn)代化與中藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，中藥材種植逐漸成為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與社會主義新農(nóng)村建設(shè)的重點發(fā)展方向。近年來，國家大力扶持發(fā)展中藥材產(chǎn)業(yè)，相繼出臺了《中藥材保護和發(fā)展規(guī)劃（2015—2020年）》、《中醫(yī)藥健康服務(wù)發(fā)展規(guī)劃（2015—2020年）》和《中醫(yī)藥發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃綱要（2016—2030年）》等文件[1]。目前，全國中藥材種植面積超過200萬公頃，百合等根莖類中藥材的種植面積約20萬公頃并主要集中在長江中下游南方地區(qū)。湖南省作為我國百合種植生產(chǎn)的五大省份之一，擁有全國五大百合種植基地中的兩個。這兩個基地分別為龍山百合種植基地和隆回龍牙百合種植基地，種植面積超過4600公頃且約占全國百合種植總面積的三分之一，年均產(chǎn)量5萬多噸，總產(chǎn)值超過2億元。隆回縣是著名的中藥材之鄉(xiāng)，盛產(chǎn)龍牙百合、金銀花、玉竹、黃精和天麻等，尤其以種植生產(chǎn)龍牙百合和金銀花最為突出，上世紀50年代被周恩來總理譽為“龍牙百合之鄉(xiāng)”[2-4]。

隨著政策導向的作用逐漸顯現(xiàn)，再加上以龍牙百合為代表的塊莖類中藥材附加值逐漸提高，藥農(nóng)的種植熱情逐年上漲，龍牙百合的種植規(guī)模也逐漸擴大。但是目前龍牙百合的種植、田間管理、收獲等生產(chǎn)環(huán)節(jié)依然以傳統(tǒng)的人工為主，機械化程度不高，生產(chǎn)技術(shù)與裝備水平比較落后，其耕種收綜合機械化水平與我國主要農(nóng)作物平均水平相比存在較大差距[5-7]。傳統(tǒng)的人工種植、噴藥、采收等不但勞動強度大、作業(yè)效率低，而且過長作業(yè)期會導致農(nóng)業(yè)季節(jié)性矛盾和中藥材品質(zhì)降低。實現(xiàn)龍牙百合等塊莖類中藥材機械化生產(chǎn)，可有效降低勞動強度，省工、省時、省力、節(jié)本，有效減少收獲損傷，提高塊莖類中藥材的品質(zhì)。塊莖類中藥材的生長特點決定了各生產(chǎn)環(huán)節(jié)作業(yè)機具結(jié)構(gòu)的特殊性、復雜性和高動力性。目前，塊莖類中藥材生產(chǎn)機械化面臨的技術(shù)難題主要包括減阻、降耗、果土分離、廂溝一次成型以及降低漏挖率和損傷率等，這一系列難題制約了龍牙百合生產(chǎn)機械化的發(fā)展。以上述問題為立足點，加強耕整地機具通用化、塊莖類中藥材種植規(guī)范化、田間管理和收獲機具標準化，實現(xiàn)農(nóng)機與農(nóng)藝間的融合是實現(xiàn)百合生產(chǎn)機械化的有效途徑[8-9]。

龍牙百合生產(chǎn)全程機械化不但可有效解決農(nóng)村勞動力結(jié)構(gòu)性、季節(jié)性、區(qū)域性矛盾日益突出的問題，而且對提高生產(chǎn)效率、提高百合品質(zhì)以及促進湖南省百合產(chǎn)業(yè)的發(fā)展均有重要意義。

1 湖南省龍牙百合物料特性及種植概述

龍牙百合作為百合的重要品種，形狀似白蓮花，鱗莖由二三十瓣重疊累生在一起，因“側(cè)看似彎月，正看似龍牙”而得名。龍牙百合由地上莖、根和鱗莖組成。

如圖1所示，地上莖一般立夏前后停止伸長，莖粗 1～2 cm，高可達 100～150 cm，不分枝，直立堅硬，表面光滑或有白色茸毛。葉散生，倒披針形。花乳白色有香氣，能結(jié)實產(chǎn)生種子[10]。

根分上盤根和下盤根（如圖2中箭頭1、3所示）。上盤根又稱纖維狀根，為鱗莖之上莖稈基部莖節(jié)上長出的根，生長深度為5～10 cm；下盤根又稱肉質(zhì)根，多分布在20～30 cm深的土層，在土壤中吸收養(yǎng)分能力較強，隔年不枯死。

鱗莖（如圖2中箭頭2所示）是龍牙百合的食用和藥用部分，呈白色、扁圓形，鱗片呈披針形、抱合緊密，每個鱗莖由2～4個小鱗莖組成。大的鱗片長8～10 cm、寬2 cm以上。單個鱗莖重0.3～0.5 kg，最大的重1 kg以上，淀粉含量高，營養(yǎng)豐富，味淡不苦。鱗莖有宿根越冬、越夏習性[11-13]。

近年來，隆回縣依靠得天獨厚的自然條件和生態(tài)優(yōu)勢，大力發(fā)展龍牙百合產(chǎn)業(yè)，取得了良好的生態(tài)效應(yīng)。“十三五”期間，該縣雖然不斷加大龍牙百合產(chǎn)業(yè)投入、提高科技含量，但百合的附加值依然不高。該縣地形地貌多為丘陵，百合往往被種植在山坡、梯田等狹長窄小的地塊，再加上多年的傳統(tǒng)種植習慣根深蒂固，導致龍牙百合生產(chǎn)的機械化程度依然不高。龍牙百合種植規(guī)模與日俱增和生產(chǎn)方式落后的矛盾日益突出，因此龍牙百合生產(chǎn)全程機械化需求日益迫切。

2 龍牙百合生產(chǎn)全程機械化技術(shù)現(xiàn)狀

龍牙百合生產(chǎn)全程機械化是指以農(nóng)機農(nóng)藝融合為基礎(chǔ)，實現(xiàn)龍牙百合鱗莖制備、種床整備（耕整地）、種植、田間管理、采挖收獲以及后期剝片、烘干加工等環(huán)節(jié)的機械化。除耕整地、田間管理環(huán)節(jié)多采用通用機具外，其他環(huán)節(jié)均需要百合專用機具完成[14-21]。

2.1 耕整地環(huán)節(jié)

龍牙百合種植耕整地主要包括翻耕、滅茬、旋耕、開溝起壟等作業(yè)，相應(yīng)作業(yè)機具以系列化和通用化為主[22-24]。開溝起壟、碎土成廂是百合播種前的重要工序。通過調(diào)研可知，目前龍牙百合種植廂面平整多采用旋耕機進行碎土，再采用小型微耕開溝機進行開溝。采用該方式耕整地，一方面需要機具多次下地作業(yè)，效率較低，對土壤擾動較大；另一方面如果開溝位置不同而導致廂面寬度不一致，將給后期田間管理、收獲等機械化作業(yè)造成困難[25]。

本課題組聯(lián)合湖南長沙桑錸特農(nóng)業(yè)機械有限公司共同研制了開溝起壟機[26-29]，如圖3所示。該開溝起壟機由動力傳動裝置、旋耕滅茬裝置和開溝起壟裝置組成，能一次性完成旋耕、滅茬、開溝、起壟等工序，是油菜種植苗床整理專用機具，也可為壟作作物開溝起壟，如圖4所示。該機結(jié)合壟作技術(shù)，打破傳統(tǒng)免耕、淺耕方式，創(chuàng)新采用深耕從動起壟成廂機理，實現(xiàn)起壟成廂平整、成溝可靠、溝型穩(wěn)定的目的，可應(yīng)用于龍牙百合的耕整地作業(yè)。

2.2 種植環(huán)節(jié)

龍牙百合的繁殖方式主要有分球繁殖、鱗片繁殖和快繁育種三種。其中鱗片繁殖又稱為常規(guī)繁殖，是百合無性繁殖中較常用、繁殖系數(shù)很高的一種方法。種植是龍牙百合生產(chǎn)全程機械化中較為薄弱的環(huán)節(jié)，目前龍牙百合種植主要依靠傳統(tǒng)人工的方式，作業(yè)效率低下[30-33]。通過田間實際調(diào)研可知，純?nèi)斯しN植的龍牙百合的株距、行距變異系數(shù)較大，在廂面上成行率和成條率較差（如圖5所示），給機械化收獲帶來了一定的困難。目前，有關(guān)龍牙百合鱗片種植的專用機械還未見報道。針對鱗片繁殖，往往采用條播、寬幅條播或小廂撒播的方式種植，與大蒜播種機（如圖6所示）[34-37]的工作原理相類似。

2.3 田間管理環(huán)節(jié)

龍牙百合的田間管理主要包括培土追肥、病蟲害防治等作業(yè)。加強田間管理是提高成品率及品質(zhì)的基本保障。受地形地貌的限制，目前龍牙百合田間管理在湖南省主要是依靠人工完成，勞動強度大，作業(yè)效果差。少量田間管理作業(yè)使用通用機具，偏小型化，存在作業(yè)機械單一、技術(shù)落后、作業(yè)效果差、自動化程度低等問題[38-39]。

龍牙百合中耕培土可增加埋入土下的植株節(jié)數(shù)，增加匍匐莖的數(shù)量，形成更多更大的塊莖，防止百合鱗莖裸露見光。中耕培土多采用通用小型培土機（如圖7所示），雖能適應(yīng)各種復雜地形，但行距不可調(diào)，需半人工作業(yè)，效率較低。

龍牙百合病蟲害較多，尤其是葉斑病、病毒病、蚜蟲和種蠅等病蟲害多。為防止病蟲害，目前多采用人工背負式噴藥裝置進行作業(yè)（如圖8所示），不但工作效率低下，而且存在對作業(yè)者的安全隱患。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用較為廣泛的噴藥機或無人植保機非常適合龍牙百合種植的復雜田塊和地形，但該類植保機械目前在龍牙百合的種植中還沒有被投入使用。大型植保機如圖9所示，航空植保如圖10所示[40-45]。

2.4 收獲環(huán)節(jié)

收獲是龍牙百合生產(chǎn)中的重點環(huán)節(jié)。龍牙百合收獲期短，易受天氣影響。實現(xiàn)龍牙百合等塊莖類中藥材機械化收獲，可有效降低勞動強度，減少龍牙百合收獲損傷，提高藥材品質(zhì)[46-50]；從生態(tài)角度而言，機械化挖掘采收龍牙百合，土垡回位較好，作業(yè)后不攪亂原耕層，并可打破犁底層，疏松土壤，相當于深松，與保護性耕作契合；另外，機械化收獲還可有效緩解農(nóng)村勞動力結(jié)構(gòu)性、季節(jié)性、區(qū)域性日益突出的矛盾。因此，實現(xiàn)龍牙百合等中藥材采收機械化對促進湖南省中藥材產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有重要意義[51-54]。

目前，國內(nèi)尚無成熟的百合收獲機械。我國20世紀60年代才開始引進國外塊根、塊莖類農(nóng)作物收獲機技術(shù)，雖然起步較晚，但隨著技術(shù)的積累，這些年也有相應(yīng)的成熟機械投入市場并獲得廣泛認可，這對研制百合收獲機械具有借鑒意義[55-57]。

本課題組針對這一現(xiàn)狀試制出了4B-160型百合收獲機。該機主要由挖掘裝置、動力傳動裝置、輸送裝置、振動分離裝置和集料裝置組成，外形尺寸為2.4 m×1.94 m×1.2 m。一次作業(yè)即可完成龍牙百合入土采挖、后置輸送、振動分離和物料收集四項工序（圖 11）。

該機采用三點懸掛，作業(yè)幅寬為1.6 m，挖掘深度不小于200 mm，配套動力不小于59.9 kW。動力經(jīng)拖拉機萬向節(jié)傳遞至百合收獲機變速箱，再分配至各級傳動部件。創(chuàng)新利用三點懸掛位置調(diào)節(jié)裝置與挖掘鏟入土角度同步調(diào)節(jié)系統(tǒng)，保證挖掘鏟入土角度的穩(wěn)定性，實現(xiàn)不同種植深度下百合的無損挖掘；設(shè)計的分體式挖掘鏟可有效提高挖掘階段土壤的破碎率和收凈率，同時降低了整機的作業(yè)功耗；設(shè)計了主動鏈輪與從動光輪配合的傳動系統(tǒng)、可調(diào)自激勵振動頻率發(fā)生裝置，提高了果土分離率并降低損傷度。該機的研制和推廣對降低采收勞動強度、提高生產(chǎn)效率具有重要作用。田間現(xiàn)場演示表明，該機對百合的采挖效果較好（如圖12所示）。正常工況下，作業(yè)效率為0.2～0.3 hm2/h，收凈率可達95%，損傷率不大于2%。但針對南方丘陵山區(qū)的地形地貌，該機存在著下地困難、田間掉頭不易、前期拔稈工序需人工作業(yè)等一系列需要解決的問題，其適用性還有待進一步提高。

3 存在的問題及對策建議

近年來，隨著我國農(nóng)業(yè)機械化的快速發(fā)展，塊莖類作物生產(chǎn)機械化發(fā)展也較為迅速。例如，馬鈴薯機械化收獲已朝著大型自走式、聯(lián)合作業(yè)、較高穩(wěn)定性和實現(xiàn)互換性的方向發(fā)展。但是，塊莖類中藥材機械化生產(chǎn)的整體水平還有較大提升空間。作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一部分，中藥材生產(chǎn)的機械化發(fā)展具有良好前景。要實現(xiàn)我國塊莖類中藥材全程機械化健康、穩(wěn)定發(fā)展，未來需要從以下幾個方面努力。

3.1 以農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化為目標，促進農(nóng)機與農(nóng)藝的相互融合

農(nóng)機與農(nóng)藝息息相關(guān)，均是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要組成部分。現(xiàn)實中，我國農(nóng)機與農(nóng)藝在許多方面相互割裂，未能有效地融合，阻礙了我國農(nóng)業(yè)機械化的推進和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的提高。由于龍牙百合種植多為以散戶為主的人工種植，造成種植廂面與拖拉機輪距不一致，導致收獲過程中龍牙百合被碾壓損傷。分析原因，主要是種植的行距設(shè)置與農(nóng)機具的相關(guān)參數(shù)不匹配。因此，促進農(nóng)機與農(nóng)藝的有效融合是發(fā)展龍牙百合生產(chǎn)機械化的重要手段。要解決農(nóng)機與農(nóng)藝相互融合的問題，需要加強相關(guān)領(lǐng)域研究人員之間的交流和溝通，相關(guān)部門共同制定合適的技術(shù)方案，實現(xiàn)農(nóng)作物的規(guī)范化種植和農(nóng)機的標準化生產(chǎn)。

3.2 以高效為原則，發(fā)展功能多樣化的聯(lián)合復式作業(yè)機具

為促進龍牙百合產(chǎn)業(yè)發(fā)展，推動龍牙百合生產(chǎn)實現(xiàn)全程機械化，需圍繞百合生產(chǎn)各環(huán)節(jié)（包括耕整地、種植、管理、收獲以及加工等），確保各環(huán)節(jié)機具作業(yè)參數(shù)對應(yīng)，實現(xiàn)不同環(huán)節(jié)間的融合。研制單一環(huán)節(jié)的機具時，應(yīng)以適應(yīng)各環(huán)節(jié)的特點和需求為原則，使機具能夠單次完成多項工序，減少機具的下地次數(shù)并提高作業(yè)效率。根據(jù)龍牙百合的機械收獲特點，采挖前需先對地上莖稈進行拔除。可研制拔稈、采挖、集料于一體的龍牙百合聯(lián)合收獲機，既減輕了勞動強度，又提高了作業(yè)效率，還豐富了機具的功能。

3.3 以質(zhì)量為核心，提高機具的設(shè)計制造水平和加工工藝

在技術(shù)方面，應(yīng)對龍牙百合各生產(chǎn)環(huán)節(jié)涉及到的機具進行全面、深入的理論和試驗研究。采用新材料、新方法和新工藝，提升產(chǎn)品的技術(shù)水平和技術(shù)含量，并在充分生產(chǎn)試驗考核中熟化技術(shù)，使產(chǎn)品定型，實現(xiàn)標準化、系列化批量生產(chǎn)。組織有關(guān)科研單位、院校、企業(yè)進行聯(lián)合攻關(guān)，實現(xiàn)產(chǎn)學研一體化，解決技術(shù)難題，提供操作方便、適應(yīng)性強、功能全、互換性好以及技術(shù)含量較高的機具，滿足龍牙百合生產(chǎn)全程機械化需求。提高農(nóng)機生產(chǎn)企業(yè)的加工工藝水平，選用符合要求的材料和高質(zhì)量的標準件與外協(xié)件，保證機具制造質(zhì)量。

3.4 以政策為導向，完善百合生產(chǎn)機械化技術(shù)的推廣應(yīng)用體系

相關(guān)部門應(yīng)大力扶持、發(fā)展龍牙百合機械化生產(chǎn)服務(wù)組織、農(nóng)機合作社及農(nóng)機大戶，積極引導其購置龍牙百合生產(chǎn)專用機具，健全技術(shù)培訓體系以提高機手的操作水平和熟練程度。構(gòu)建信息網(wǎng)絡(luò)，建立運行機制，提高機具的利用率。機具制造企業(yè)應(yīng)增強責任感，合理設(shè)計、優(yōu)化工藝、保障質(zhì)量，完善售后服務(wù)體系，必要時可以對用戶進行針對性的培訓。