半夏機械化播種技術的發展現狀與展望*

徐 曼 ， 張健偉 ， 陳永前 ， 穆亞平 ， 陶 波

（1.畢節市農業機械研究所，貴州 畢節 551700；2.畢節市農機安全服務中心，貴州 畢節 551700）

0 引言

半夏為天南星科植物半夏（Pinellia Ternata）的塊根，是我國傳統的中藥材[1]，為多年生草本植物，具有燥濕化痰、降逆止嘔、消痞散結的功效[2]。半夏作為重要中藥材以及農民致富的藥用經濟作物，在我國河北省、甘肅省、山西省、貴州省等省份廣泛種植，且種植面積逐年提升。近年來，半夏經濟效益顯著，農民種植積極性較高。由于中藥材半夏在抗擊新冠肺炎疫情中的有效作用，半夏的市場需求旺盛，每年的內需及出口總量為8 000 t~10 000 t，且呈逐年增加之勢。含半夏的中成藥較多，有516種中成藥都用到半夏。首個治療新冠肺炎的中成藥化濕敗毒顆粒涉及的14種藥材中就有半夏。日本還用半夏加工藥粥、藥飲料等保健食品，市場歡迎度很高。野生半夏常生長于山坡、溪邊陰濕的草叢或樹林下，但由于開墾荒地，荒地伐林使其生長環境遭到嚴重破壞。農田亦有生長，但由于大量使用滅草劑，農田中的半夏已基本絕跡。目前全國不少野生半夏基地幾乎名存實亡，且人工栽培發展緩慢。幾年來旱半夏貨源較緊，種植也少，半夏畝用種量較大，種植成本高，播種基本采用人工、半人工半機械化等勞動強度高的作業方式，讓藥農望而生畏，一般都不敢大規模發展，所以總產量不高，很難及時滿足市場供應。目前，半夏播種的農藝以人工為主[3]，種植環節機械化發展進程緩慢，需要加強科研工作者、農業技術人員等力量的投入力度。為加快半夏種植機械化發展，課題組梳理國內外先進塊莖類作物及現有的半夏機械化播種技術，并提出半夏種植機械化的發展需求和發展趨勢。

1 半夏機械化播種農藝技術要求

半夏機械化播種技術起步較晚，從亟需研究的內容角度而言，在設計好用且符合生產實際的半夏播種機時需要考慮農機農藝結合的原則，首先是確定半夏種子的形狀特征、尺寸特征、播種密度、土壤質地、不同種植地區的播種農藝要求等。

1.1 半夏的性狀特征

半夏外觀呈類球形，如圖1所示，有的稍偏斜，直徑1.0 cm~1.5 cm。表面白色或淺黃色，頂端有凹陷的莖痕，周圍密布麻點狀根痕，下面鈍圓，較光滑。質堅實，斷面潔白，富粉性[4]。半夏種球大小不一，對播種機的設計有重要影響。半夏種子的直徑等級有4種，分別為20 mm以上、15 cm~20 mm、10 cm~15 mm及10 mm以下，前3種可以用機械播種，最后一種種子過小多進行撒播[5]。

圖1 半夏種粒

1.2 播種密度、深度、播種期

裴國平等[6]研究了北方栽培半夏播種密度與總鮮產量、產量構成、繁殖系數間的關系，試驗結果表明：大田高產栽培時最適播種密度為488.5萬粒/hm2，試驗條件下可達總鮮產量17 914.3 kg/hm2；后又研究了半夏種球大小及播深與一級珠芽生長高度的關系[7]，探討半夏在不同種球大小［直徑：≤1 cm(a)；1 cm~2 cm(b)；≥2 cm(c)］、不同播種深度[8 cm(A)；16 cm(B)；24 cm(C)]與一級珠芽生長高度的數學關系以及半夏一級珠芽重量與總產量的關系。研究表明，半夏種球與一級珠芽的生長距離隨播深的增加和粒級的增大而增大，增加播深和增大粒級都能為半夏二級珠芽的產生提供條件，為增產提供可能性。但在試驗過程中發現，播種越深，粒級越大，出苗越少，珠芽的腐爛率越高。因此，播深、粒級與腐爛率三者之間的關系對指導半夏增產具有現實意義。播種機的參數設計要依據以上研究進行，才能滿足實際的生產需求。張雁萍等[8]研究了不同種植密度對半夏性狀及產量的影響，研究發現：玉米間套作半夏時，20 cm×7 cm和20 cm×6 cm（每窩2粒）是較理想的半夏播種密度。這些參數為半夏播種機的設計提供了數據支撐。

1.3 半夏種植的土壤條件與種植模式

半夏喜濕潤、肥沃、質地疏松、富含有機質的中性砂質壤土。因此，半夏種植應選擇質地疏松、蓄水保墑能力較強、排灌性能良好的中性壤土地塊。為避免重茬種植，選擇前茬種植過豆科和禾本科作物的地塊為好。山丘區種植可選擇緩坡地塊，平原區種植若地塊排水性能較差，在種植時應充分考慮挖排水溝或配備排水設施裝備[9]。

2 半夏機械化播種技術的發展現狀

半夏播種是半夏生產的首要環節，在以往的播種中，基本上采用人工刨坑、開溝、撒種的方式作業，這種方法不僅用人多，工作效率還低。國內的半夏播種機大多是由玉米、馬鈴薯等與半夏種子相似的播種設備改進而成，目前還很少有專門針對半夏的種植環境要求和不同的地域需求來進行設計的播種機。從最早有半夏播種機的數據開始梳理，發現從2014年開始有半夏播種機的研究文獻報道，到現在，半夏播種機才進入起步研究的階段。半夏播種機械學術研究趨勢，如圖2所示。

圖2 半夏播種機械學術研究趨勢

2017年，李朝君設計了一種旱半夏種植播種耬，如圖3所示[10]，其工作原理是在儲種箱下部設有落種箱，落種箱呈漏斗狀，固定連接在支撐架上；落種箱下部設有落種桶，落種桶為圓筒狀；落種桶下部設有密封蓋，密封蓋用于阻止大量的種子直接下落入土壤內；密封蓋上設有漏種孔，漏種孔的直徑大于旱半夏種子的直徑，完全打開時，一次能夠使兩個左右的種子直接下落。封堵塊固定在連接桿的一端，采用重密度金屬材質制成，為圓球狀。在播種耬行進的過程中，由于連接桿的一端為活動連接，從而使封堵塊能夠在運動軌道內來回運動。但是該機具只能單行播種，生產效率較低，在使用過程中，容易歪斜，導致播種規范度較差。

圖3 旱半夏種植播種耬

2018年，張國帥等[11]設計了一種舀勺式半夏播種機排種器，其主要由隔離板、種勺、輸送帶、從動輪、導種筒、振動裝置、主動輪、間隙調整裝置、機架等構成。

根據半夏種徑不同等級設計了3種對應的種勺結構及排布形式；采用更換輸送帶的方式設計了行距株距的調整裝置，可根據半夏種徑等級便捷調整行距株距；采用圓柱滾子盤形凸輪機構振動式和加裝隔板措施設計的清種裝置能可靠保證種勺內只有1顆半夏種子；利用導種筒與機架的螺栓連接方式設計了間隙調整裝置，能方便地調整導種筒與種勺之間的距離，從而有效地避免重播、漏播等問題。該型號排種器，借鑒大蒜排種器，由種勺、輸送帶、行距株距調整裝置、清種裝置及間隙調整裝置等構成。由于半夏種子近似于球形，故設計的種勺形狀也近似于半球形，邊緣有向下翻折的過渡圓弧，這樣可以增大種勺的橫截面積，在舀種的過程中可增大與種子的接觸面積，從而降低種勺破壞種皮的概率。

2019年，陳集雙等發明了一種多管式半夏種莖播種裝置，其主要包括固定桿、定位桿、落種裝置、支撐裝置[12]。落種裝置包括落種槽、落種管、防護套、插孔錐，支撐裝置包括行走機構、伸縮支撐桿裝置；定位桿上設有多個落種孔，并且定位桿采用可伸縮桿。該播種裝置結構簡單、易于操控，可確保種植深度、種植密度和種植行距株距合理，適用于中小型面積的半夏種植。

針對半夏播種機因為根莖球大小不均勻而造成卡槽堆積、落種難的問題，2020年韓金龍等設計了一款半夏播種機[13]。通過傳送帶利用摩擦力將半夏種子從物料箱內帶出并送入落種管內實現播種，該方式解決了現有播種機無法針對半夏種子大小不均勻進行播種的問題，而且避免了種子卡槽堆積、落種難的情況，采用軟分種的方式實現了半夏種子的機械播種。相比于之前的半夏播種機，該播種機可極大地減少人工的參與。

2021年，邵顯雷設計了一款焦半夏播種裝置，其主要由機架、間隔播種控制裝置、漏種管道、種子倉、肥料倉、分隔板、施肥裝置、連接架、滾輪等構成[14]。該裝置包括機架，機架頂部設置有種子倉，種子倉底部連接到上部漏種管道，上部漏種管道右側連接到間隔播種控制裝置，間隔播種控制裝置固定在機架頂部右側，上部漏種管道底部穿過機架連接到播種管。該新型半夏播種機增加了施加肥料的裝置，不僅能夠進行播種施肥一體化，同時，能夠多維度地進行施肥，將種子播種在肥料中間，大幅度地提高了種子對肥料的吸收效果，提升了裝置的實用性，也更加契合實際的生產需要，半夏播種機的性能也得到了優化。

2022年，蘇微等[15]針對半夏種子形狀不規則、表皮易破損而造成播種中充種困難、易傷種等問題，在測定半夏種子物料特性的基礎上，設計了輪勺式半夏精密排種器，其主要由種勺、取種輪、回流板、種勺安裝板、種箱隔板、種箱、擋種毛刷、外殼、軸承、排種軸套、護種板等構成。田間試驗結果顯示，半夏播種合格指數的影響因素排行依次為取種輪轉速、種層高度、種勺型孔半徑。

輪勺式排種器同鏈勺式排種器取種原理基本一致，從充種區開始取種，經過清種區、護種區，在排種區進行排種，整個充種過程種子不受剪切力或擠壓力的作用，不會造成傷種現象，同時克服了鏈勺式排種器因鏈條抖動造成的漏播問題。

綜上所述，當前我國半夏播種機仍存在一些問題，主要體現在以下幾個方面：1）功能單一、生產效率低，因為我國現在半夏播種機以中小型為主，播種機生產效率低于國際平均水平；2）農機農藝結合度低，適應性和可靠性較差，我國國土面積大，半夏種植地區廣闊，有多種種植模式，致使我國生產的半夏播種機適應性差，并且在機械加工工藝、機械材料等方面與發達國家相比還有一定的差距，所以機具工作可靠性也有所欠缺；3）漏播率比較高，播種質量不高；4）智能化、自動化程度低。

3 半夏機械化播種技術的發展趨勢

通過文獻調研的方法，查詢我國半夏播種機及排種器的設計與發明，以及期刊論文的報道，發現我國的半夏機械化播種技術雖處于起步階段，但發展較為迅速。從最初的單行人力推動播種，到多行機械化播種，再到種子、化肥一體化施用，再到舀勺式、鏈勺式排種器的研究使用，我國半夏播種機已經從純人工走向半機械化，正在向全機械化、自動化方向邁進。通過文獻匯總，梳理出當前的半夏機械化發展特點，并提出未來的發展趨勢。

3.1 向綜合型播種機研發方向發展

未來，半夏播種機的發展方向之一就是向綜合型、復合型方向發展[16]。未來的半夏播種機將集深松、開溝、播種、施肥、覆土、覆膜（部分產區需要覆膜）等多種功能于一身，并且實現更多行的同時播種作業，提高播種的時效性和經濟性，可以更好地提升半夏播種環節的作業效率，減少農機 具的多次作業，減少農戶的作業成本。

3.2 加強半夏播種機關鍵零部件的研發

加強對半夏播種機關鍵部件的研究，結合農業生產條件，研發高性能排種器，提高制作工藝水平、降低產品價格，同時結合人工智能和自動控制等輔助手段提高播種質量，實現半夏生產智能化、高速化、精準化作業[17]。

3.3 提升農機農藝融合度

根據我國半夏種植地域以及不同地域種植農藝要求的特點，設計生產不同型號的半夏播種機，以滿足該地區半夏種植的農藝要求。在小地塊和丘陵地區以小型和中型半夏播種機為主；對于干旱和半干旱地區，在原有設計的基礎上增加覆膜裝置和滴灌裝置，以滿足該地區種植的農藝要求；對于北方平原地區，設計生產4行及4行以上的大型半夏聯合播種機，以滿足其大面積播種的實際需求。

3.4 智能化、精準化技術集成應用

通過高度融合的機電液一體化設備，研究播種株距自動控制系統、播種行距自動控制系統、播種深度控制系統、自動播種監控系統、漏播補種及重播取種系統等一系列自動控制系統。最終使我國半夏播種機達到世界一流水平。