工業大麻應用及種植技術裝備發展現狀

王德明， 張曉青， 朱士強， 徐宏揚， 王志遠， 趙世宏

（黑龍江省農業機械工程科學研究院綏化分院，黑龍江 綏化 152001）

0 引言

大麻為一年生直立草本植物，又稱火麻、漢麻。傳統觀點認為，大麻起源于亞洲，通過人類活動傳播到歐洲；19 世紀一些植物學家認為大麻起源于歐洲；2018 年John M.McPartland 從花粉粒形態和生物群落等方向開展研究，認為大麻起源于中國青藏高原[1-2]。大麻按照四氫大麻酚（THC）含量分為工業大麻、中間型大麻和毒品大麻，歐盟的劃分標準是四氫大麻酚（THC）含量<0.3%為工業大麻，四氫大麻酚（THC）含量0.3%～0.5%為中間型大麻，四氫大麻酚（THC）含量>0.5%為毒品大麻；也有一些國家限制可種植大麻品種的四氫大麻酚（THC）含量<0.2%。我國農業農村部2018 年發布實施的農業行業標準規定：工業大麻是指四氫大麻酚（THC）含量低于0.3%的大麻品種[3-4]。工業大麻抗干旱、產量高、耐貧瘠，在纖維紡織、食品加工、醫療衛生、工業原料和特供軍需物品等領域均有廣泛應用，在世界各地被廣泛種植。但大麻作為毒品吸食會對神經系統、免疫系統、運動系統造成損傷，我國較早認識到大麻可能帶來的危害，對大麻產業發展進行嚴格管控。《云南省工業大麻種植加工許可規定》于2010 年頒布實施，通過發放許可證對工業大麻種植、加工行業進行管控，云南省成為我國首個合法種植工業大麻的省份；2017 年4 月7 日，黑龍江省第十二屆人民代表大會常務委員會第三十三次會議通過修訂后的《黑龍江省禁毒條例》并頒布實施，指出符合國家規定的工業大麻品種經公安機關備案后，可在黑龍江省依法進行生產經營。因工業大麻良好的經濟價值，多個省（自治區）在合法、安全的前提下積極推進當地工業大麻產業發展。本研究對工業大麻的用途、種植農藝要求和種植機械發展現狀進行綜述，以期為工業大麻產業發展規劃提供參考。

1 用途

1.1 纖維紡織

纖維用和籽纖兼用大麻莖稈韌皮部經脫膠處理后的纖維進行紡紗可得到漢麻紗線，工業大麻纖維較其他麻類纖維細小，制成的衣物吸濕透氣性好、體感舒適。工業大麻纖維中含多種微量元素，擁有良好的防霉抗菌作用，大麻酚類物質可較好地抑制金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等，同時工業大麻纖維的中空多孔結構，能提高纖維內部氧氣含量，破壞厭氧菌的生長繁殖環境，因其纖維分子的螺旋狀結構還具有較好的防紫外輻射性能[5-7]。工業大麻纖維的抑菌、吸濕、透氣性能使其在個人護理用品方面具有較好的應用前景[6]。

1.2 食品加工

工業大麻籽粒含有豐富的蛋白質、維生素和礦物質，可直接用于榨油或脫殼后添加到糕點等食品中。工業大麻籽蛋白含有21 種氨基酸（其中8 種是人體必需的氨基酸），經水解后可生產功能性保健食品，如蛋白粉、蛋白乳飲料等[8]。工業大麻蛋白酶解物還可用于精釀啤酒，其產品香氣豐富、酒體醇厚深受消費者喜愛[9]。

1.3 醫藥衛生

目前已經從工業大麻中分離出565 種化學成分，這些成分具有抑制腫瘤、緩解疼痛、穩定情緒等作用[10]。特別是工業大麻中提取的大麻二酚（CBD），近年來在醫藥領域受到了廣泛關注。安娜[11]對APP/PS1 轉基因模型小鼠長期給藥大麻二酚，探討大麻二酚對阿爾茲海默癥的認知功能改善作用，同時考察大麻二酚對神經元病理學形態及神經炎癥等方面作用，得出大麻二酚可能通過促進5-HT、DA 的合成，進而提高神經元活性，改善認知功能的結論。蔣鴻雁[12]對大麻二酚干預大鼠創傷性腦損傷（TBI）致傷后腦組織含水量情況開展研究得出，大麻二酚能改善創傷性腦損傷大鼠神經功能缺損，減弱星形膠質細胞激活和增加緊密連接蛋白表達，從而改善BBB 結構完整性和滲透性，減輕創傷性腦損傷后繼發性腦水腫。

1.4 工業原料

工業大麻莖稈含有大量的纖維素與半纖維素，并且具有天然納米級孔隙結構，是生產高比表面積活性炭的優質原材料[13]。工業大麻莖稈還可用于制備食用菌的培養基，張鵬等[14]以猴頭菇黑威9910 為試驗材料，分別以工業大麻莖稈和木屑為主要培養基質進行對照試驗，工業大麻莖稈相較木屑更能促進猴頭菇菌絲生長，縮短猴頭菇成熟時間，同時降低猴頭菇畸形率、提高其蛋白質含量。工業大麻纖維強度高、耐熱性能好，纖維內部為多孔空腔結構，該結構使其制品具有隔熱和緩解熱量傳導作用，是良好的保溫隔熱材料[6]。工業大麻莖稈在新型建材、生物能源領域也有廣泛的應用。

2 種植技術

工業大麻按應用方向可分為纖維用、籽纖兼用、藥用和籽用，不同用途的大麻品種種植農藝要求存在差異。

2.1 纖維用工業大麻種植技術要求

工業大麻纖維有“天然纖維之王”的美譽，日照充足、晝夜溫差大的氣候環境有利于大麻纖維形成，纖維用工業大麻不宜連作，前茬作物以大豆、玉米、蔬菜為宜，輪作年限應在3 年以上。前茬作物收獲后應及時整地，利于土壤熟化、蓄水保墑。纖維用工業大麻種子含油率高，陳種發芽率低，應選用飽滿新鮮的種子播種，要求種子純度>98%，發芽率>85%，晾曬滅菌消毒4～5 d，根據土壤微生物情況選擇種衣劑拌種[15]。我國纖維用工業大麻種植比較粗放，根據品種特性和土壤肥力合理配置行距是實現纖維用工業大麻高產的重要栽培措施[16]。

2.2 籽纖兼用工業大麻種植技術要求

籽纖兼用工業大麻在土壤條件、前茬作物、種子選擇方面的要求與纖維用工業大麻相近，基于工業大麻“纖用密植，籽用稀植”的種植經驗，對籽纖兼用工業大麻種植密度和行距的調配是控制植株群體結構的有效措施，合理的種植密度能讓工業大麻在整個生育期保持合理的群體結構，實現大麻植株葉、莖、籽協調生長，提升土壤使用效能，充分利用光能，進而提高產量[16]。

2.3 藥用工業大麻種植技術要求

藥用工業大麻是指四氫大麻酚含量<0.3%、大麻二酚含量>0.5% 的具有藥用價值的漢麻，藥用工業大麻主要收獲雌株新鮮花葉。藥用工業大麻的生理結構決定其耐旱不耐澇，排水不良會導致爛根，應選擇土質疏松肥沃，容重0.8～1.0 g /cm3、pH 值6.5 左右，近3 年未施用過廣滅靈等長效除草劑的地塊種植。前茬以玉米、大豆、馬鈴薯和小麥為佳，不喜甜菜、向日葵和谷糜茬，忌連作。應選用雌化的種子，對種子進行精選，挑選粒大、新鮮、千粒質量高的種子，陳種發芽率低不宜用于播種。播深3～4 cm、株距80 cm、行距130 cm 為宜[17]。全雌扦插育苗與常規播種同時作為重要栽培方式，全雌扦插育苗采用工廠化無性繁殖，能更好地保持品種的優良特性，全雌秧苗，確保大麻植株不結實，能明顯提高花葉產量和花葉中有效成分含量[18]。

2.4 籽用工業大麻種植技術要求

工業大麻種子具有較高的營養特性和抗氧化潛力，是人類和動物蛋白質、油脂和膳食纖維的重要來源[19]。籽用型工業大麻需水較多，耐大氣干旱不耐土壤干旱，是喜光、短日照作物。種子在溫度1 °C 以上即可發芽，苗期在低溫條件下如果水分和營養物質充足，只延緩生長速度，對后期的生長發育和產量形成無顯著影響；開花期不耐低溫，并且雄株較雌株對低溫敏感。喜土層深厚、肥沃、疏松的土壤，具備灌溉條件的砂壤土可以種植，pH 值6.0～6.5 為宜。生長期不耐澇，前茬以大豆茬為佳，不宜重、迎茬，嚴禁種植在前茬施用過普施特或磺隆類除草劑的地塊，應對土壤進行深耕、耙碎，利于根系發育、提高籽實產量[20]。

3 種植機械發展現狀

3.1 纖維用、籽纖兼用工業大麻種植機械

為提高工業大麻纖維產量及適合后續機械化收獲，纖維用工業大麻種植通常采用矮化密植模式；若為籽纖兼用工業大麻，可根據品種特性和土壤條件適當降低密度。通常采用撒播或者條播，根據品種不同播種量一般在45～90 kg/hm2，條播行距15～25 cm。很長一段時期纖維用工業大麻都是使用24/48 行谷物條播機進行播種作業，雖然能完成機械化播種，但播種質量不能滿足工業大麻高產、優質栽培農藝要求。沈宇峰等[21]根據工業大麻種子規格和播種農藝要求研究設計了型孔輪式排種器，重點研究型孔輪式排種器的轉速與播種量、排種均勻度之間的相關性，建立排種器轉速與排種量的數學模型，考察了排種器對工業大麻、紅麻和亞麻的適用情況，轉速10～30 r/min 時，能夠保證在滿足均勻性變異系數的前提下，排種量滿足農藝要求，但未檢索到應用該排種器的在用機型。黑龍江省農業科學院黑河分院[22]設計了一種纖維大麻播種機，其排種器圓盤外壁根據纖維用工業大麻種子形態大小及播種密度設置了等距離凹槽，解決了種子掉落造成的排種圓盤卡頓問題，對工作效率有所提高，并對覆土部件進行了優化，提升了覆土效果，也未檢索到該播種機在實際生產中的應用案例。黑龍江省青岡縣采用德國進口豪獅條播機進行播種作業，一次進地可完成苗床耕整、施肥、播種和鎮壓等作業環節，行距14.3 cm、播種深度3～4 cm、保苗株數315 萬～345 萬株/hm2，該條播機配備了電子監控系統，能實時監控投種狀態，提高播種均勻度；但是播種機價格高昂，而且零部件供應周期長、維修成本高，一旦發生故障易延誤農時[23]。

2021 年，黑龍江省農業機械工程科學研究院綏化農業機械化研究所根據纖維用工業大麻農藝要求研制生產了工業大麻（纖維）播種機，播種機的三橫梁機架由Q345 材質型材焊接而成，在滿足設計強度的前提下兼顧了播種機輕量化并有效控制制造成本。排種單體設計為自動化單獨控制，可根據田地情況和播種需求單獨控制每個排種單體，適用于多種播種需求。播種機覆土器采用拖鏈式，能夠滿足纖維用工業大麻覆土厚度不宜超過5 cm 的要求。工業大麻（纖維）播種機既解決了纖維用工業大麻播種行距、種肥相對位置及施用量問題，而且售價低于進口播種機，降低了纖維用工業大麻種植戶種植成本，適宜后續收獲環節機械化作業。

3.2 藥用工業大麻種植機械

藥用工業大麻種植密度小，大約保苗1 株/m2，大田直播播種深度3～5 cm、施肥深度種下3～7 cm；采用穴播，播種株距 60～100 cm、行距 60～120 cm，雌化的種子每穴播種2 粒，未雌化的種子每穴播種 2～5 粒。藥用工業大麻在國外多采用棚室育苗移栽，很少采用大田直接播種，因此在國外藥用工業大麻精密播種機鮮見使用。國內種植區域主要使用改裝后的玉米播種機維持播種作業，播種質量不高，難以滿足農藝要求、造成種肥浪費。

2021 年，黑龍江省農業機械工程科學研究院綏化農業機械化研究所設計制造的2BYM-3 型麻類（藥用）播種機通過了黑龍江農墾農業機械試驗鑒定站的性能測試，性能指標達到設計預期。播種機根據藥用工業大麻播種株距遠、壟距大、播種密度小的農藝要求和種子的特點設計，一次作業可完成側深施肥、精密播種和覆土鎮壓等環節。采用新型小粒種子大株距精密氣吸排種器，優化排種盤型孔尺寸與分布、充種和清種方式，實現精準、穩定投種。播種單體采用獨立平行四桿仿型機構與扁擔輪仿型機構相結合的仿形機構形式，綜合兩種仿型機構的優點，有效降低投種點高度，提升仿型效果。藥用工業大麻播種株距大，為節約肥料、提高肥料利用率采用間斷施肥，僅在投種點位置前后各15 cm 范圍內施肥，依據播種與施肥關聯性，優化了播種、施肥相關參數，保證微量調節株距時種子能夠播在肥料的中心位置，實現同步定量精準施肥。裝配電子監測系統，根據種子外形尺寸和株距對電子監控系統編程，能準確監測投種數量。覆土部件采用V 字形刮板覆土，確保覆土質量符合農藝要求。

3.3 籽用工業大麻播種機械

籽用工業大麻目前多采用高粱、甜菜播種機進行播種，壟作播種行距65 cm、株距40～50 cm、播種量1.5～2.3 kg/hm2；施肥深度8～10 cm，肥料宜施用長效復合肥，多采用整地施肥、封壟夾肥，不采用種肥同播，施肥量120～150 kg/hm2為宜，肥量大易造成麻苗徒長、分枝減少使籽粒減產[20]。

黑龍江哈工智慧漢麻科技有限責任公司[24-26]設計了漢麻播種機種子吸盤驅動裝置、吸盤式播種機構及開土裝置。其中，種子吸盤驅動裝置主要由架體、4 個盒體、3 根轉軸、8 個斜齒輪及2 個連桿組成，動力由播種機地輪提供，通過3 根轉軸上設置的8 個斜齒輪間傳動比配合調節種子吸盤的旋轉角速度，實現播種株距調節。吸盤式播種機構主要由吸風腔體、吸風機、吸盤、分隔板和清種毛刷組成，在吸盤的同一圓周均勻設置多個吸種槽，分隔板將腔體分隔成吸種區和投種區，吸盤與吸風腔體密封配合，由吸風機提供負壓使種子吸附在吸種槽上，當被吸附在吸種槽上的種子隨吸盤旋轉至投種點時，由毛刷輔助投種，完成充種、投種作業。開土裝置主要由被牽引橫梁、固定臂、行走輪、連接臂、開土盤、安裝架和覆土輪組成，被牽引橫梁隨前方牽引裝置向前移動，由開土盤破開土壤開出播種溝槽，行走輪起限深作用，覆土輪在安裝架的牽引下完成覆土作業。3 項專利技術理論上能夠滿足籽用大麻播種農藝要求，但未檢索到應用該技術制造的播種機在實際生產中的應用案例，適用性與可靠性還有待進一步驗證。

4 存在問題與發展建議

4.1 健全管控措施加強宣傳引導

雖然國內多個省份已經陸續出臺相關政策，按照程序合法種植工業大麻，但是全產業鏈的法律、法規、政策仍需進一步完善。目前工業大麻品種認定標準與方法基本完備，但對于工業大麻田間管理環節、收獲加工后副產物處理、初加工技術規范、成分提取及產品開發領域仍需出臺詳細的政策措施和規范[27]。需要由權威媒體加強科普宣傳和輿論引導，讓民眾客觀認識工業大麻產業發展的意義，吸引更多的技術研發機構、生產經營單位、產品開發團隊加入到工業大麻產業隊伍，推動產業綠色、健康、快速發展[28]。

4.2 加強種植機械研發

我國工業大麻種植機械化配套技術和裝備發展滯后，現階段纖維用工業大麻主要應用谷物條播機進行播種作業，籽用工業大麻由高粱、甜菜播種機械進行播種，藥用工業大麻大田播種機械多是由玉米播種機改裝、移栽作業一般采用蔬菜移栽機完成或者部分區域采用人工移栽。這些機械作業效率低、成本高、種植質量參差不齊，不利于工業大麻高產和后續機械化作業，制約了工業大麻產業發展。引進的國外纖維用工業大麻大田播種機械技術比較成熟，播種質量能夠滿足農藝要求，但購機成本較高。我國工業大麻播種機械開發還處于發展健全階段，產業鏈還不完備；工業大麻總種植面積較少，相應農業機械裝備市場需求量有限，企業投資研發相關配套機具積極性不高。為此，需要政府加大補貼力度，打造工業大麻全產業鏈，增設急需農機裝備的研發、推廣項目，提高工業大麻種植機械化程度。

4.3 形成先進適用的種植模式

工業大麻沒有成熟穩定的種植模式，各地仍在探索提高土地利用效率、提升目標產出的栽培技術模式。在部分活動積溫達到2 600～3 200 °C，種植兩季作物積溫不足的區域，嘗試推廣與農作物套種工業大麻的栽培模式，內蒙古自治區鄂爾多斯市嘗試推廣小麥套種籽用工業大麻，小麥播種25～30 d 后采用專用播種器人工穴播籽用工業大麻[29]。張麗霞等[30]通過田間小區試驗，研究工業大麻收獲后種植黃麻或紅麻的種植模式。秦四春[31]對北美地區藥用大麻棚室種植模式進行研究，通過對棚室配備補光燈、空氣循環過濾系統、溫度控制系統和滴灌系統等，精確調控藥用工業大麻各生長時期氣候條件，能夠有效提高大麻二酚等產量。張治國等[32]設計了大麻育種室自動控制系統，根據漢麻生長特點調控育種室環境參數，解決了工業大麻種苗的優質、批量培育技術。國內藥用工業大麻種植開始從大田直接播種向育苗移栽轉變，藥用工業大麻大田播種機的市場需求將大幅萎縮；企業研制的工業大麻種植機械在市場化推廣之前隨著栽培技術模式的改進就被淘汰，降低了企業投入資金研制工業大麻種植機械的積極性。為此，政府應加強對工業大麻領域的科研資金投入，包括優質種質資源的引進與培育、種植模式的研究與推廣及與之配套機械設備的研發等，加快工業大麻種植模式的研究與推廣。

5 結束語

工業大麻因其廣泛的用途和廣闊的市場前景吸引了一批科研機構、企業、種植戶投入到其生產、開發過程中。目前在育種、種植模式、配套裝備和產品開發等環節取得了一定的進展，但隨著種子繁育技術的突破和種植模式的改進，需要研發新的配套機械及設施來實現機械化、標準化生產，為后續產品開發生產提供更為優質的原料，同時健全管控措施加強宣傳引導，推動工業大麻產業健康、高效發展。