李 玲，鄧干然※，徐紅梅，黃亮舞，張 巖，王成龍，鄭 爽，李國杰，崔振德

（1.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，湛江 524091；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，武漢 430070；3.廣東豐硒良姜有限公司，湛江 524100；4.農(nóng)業(yè)部熱帶作物農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湛江 524091）

0 高良姜生產(chǎn)概況

高良姜（Alpinia officinarum Hance），別名高涼姜、良姜等，為姜科山姜屬常綠多年生草本植物。高良姜喜溫暖濕潤氣候環(huán)境，耐干旱、怕澇浸、不耐霜寒，原產(chǎn)于我國華南地區(qū)的熱帶、亞熱帶區(qū)域，現(xiàn)主要分布于我國的廣東、海南、廣西、云南等地區(qū)，其中廣東省湛江市徐聞縣為高良姜主產(chǎn)區(qū)，種植量約0.4萬hm2（6萬畝），最高種植量達(dá)到0.67萬hm2（10萬畝），產(chǎn)量占全國90%以上，主要集中于徐聞縣龍?zhí)?、前山、曲界、南山、城北、下洋、錦和、海安等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，其中徐聞縣龍?zhí)伶?zhèn)有“高良姜之鄉(xiāng)”的美稱[1，2]。

高良姜作為藥食兩用的熱帶植物，其化學(xué)成分主要包括揮發(fā)油類、黃酮類、二芳基庚烷類、苯丙素類、糖苷類等，具有抗菌、抗病毒、抗腫瘤、抗氧化、抗胃腸道出血、抗?jié)兒臀葛つけＷo(hù)等作用[3，4]?？捎糜谥谱鞲鞣N美食，如高良姜粥、湯等，亦可用于保健食品、調(diào)味料、醫(yī)藥、飼料等產(chǎn)品的生產(chǎn)與開發(fā)，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用價值，可帶來較好的市場效益和經(jīng)濟(jì)效益,應(yīng)用前景廣闊。

目前，國內(nèi)外在高良姜化學(xué)成分分析、活性成分提取、加工利用等方面展開了相關(guān)試驗(yàn)研究，并取得了較多成果，開發(fā)了高良姜茶、驅(qū)風(fēng)油、香水、調(diào)料，以及與其它藥材配合使用制成各種醫(yī)藥制劑[5-9]。但在高良姜田間機(jī)械化生產(chǎn)、管理方面，尚未見相關(guān)報道，其田間生產(chǎn)管理主要依賴人工作業(yè)。因此，建立現(xiàn)代化的高良姜產(chǎn)業(yè)，研發(fā)設(shè)計高良姜生產(chǎn)管理機(jī)械化技術(shù)與裝備，實(shí)現(xiàn)高良姜生產(chǎn)全程機(jī)械化是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)性工作。

1 高良姜生產(chǎn)農(nóng)藝模式與生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)需求分析

湛江市地處北回歸線以南的低緯地區(qū)，屬熱帶和亞熱帶季風(fēng)氣候，終年受海洋氣候調(diào)節(jié)，雨水陽光充足，是我國高良姜主產(chǎn)區(qū)，其產(chǎn)量達(dá)到全國總產(chǎn)量的90%。高良姜為多年生草本植物，大田種植，主要采用幼嫩根莖繁殖，一般種植3～6年可收獲。當(dāng)前高良姜的生產(chǎn)農(nóng)藝模式主要采用挖穴或開淺溝種植，一般株距約35～50 cm，行距約70～80 cm，生產(chǎn)過程主要包括耕整地、種植、田間管理、收獲等環(huán)節(jié)[9-12]。當(dāng)前除耕整地外，高良姜的種植、田間管理（除草、施肥等）、收獲等環(huán)節(jié)基本依靠人工。高良姜在種植農(nóng)藝方面亦有較大差別，主要有平種和起壟種植2種模式。

1.1 耕整地

高良姜種植前先犁地深松，翻曬土地 20～30 d，之后用3%辛硫磷顆粒劑摻入土中進(jìn)行施肥，再耙平，使得土壤疏松、土地平整[10]。如采用平種農(nóng)藝模式，則直接在平整土地上開淺溝或人工挖穴；采用壟種植農(nóng)藝模式，則先起壟，之后在壟上開淺溝或人工挖穴種植。不管采用何種模式，各作業(yè)環(huán)節(jié)均依靠人工，在實(shí)際作業(yè)過程中，壟寬、壟高等具體參數(shù)沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 種植

高良姜的繁殖可采用種子繁殖亦可采用根莖繁殖，大田栽培多采用根莖繁殖。選擇芽頭密集、無病蟲害的幼嫩根莖做種，放置淺溝或種穴中，并同時覆土壓實(shí)，覆土厚度約5～6 cm，株距約35～50 cm，行距約70～80 cm。

在高良姜的種植作業(yè)過程中，從選種、開溝或挖穴到下種、覆土等環(huán)節(jié)基本依靠人工完成，需要消耗大量的勞動力。為提高工作效率，降低人工成本和勞動強(qiáng)度，應(yīng)根據(jù)種植農(nóng)藝設(shè)計專用的高良姜種植機(jī)械化技術(shù)與裝備，解決種植機(jī)械化問題。

1.3 田間管理

高良姜較粗生易種，但在種植初期，雜草較多，影響姜苗生長，需進(jìn)行除草、施肥，后期在植株封行后，多采用粗放型管理，根據(jù)生長情況施農(nóng)家肥或復(fù)合肥等。

高良姜的田間生長周期約3～6年，管理方式較為粗放，作業(yè)亦全部依靠人工，且除草、施肥是勞動強(qiáng)度較高的工作。過于粗放的田間管理是導(dǎo)致高良姜產(chǎn)量下降、經(jīng)濟(jì)效益降低的主要因素之一，因此，研制開發(fā)相應(yīng)的高良姜田間管理機(jī)械以降低田間管理成本，是高良姜產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程亟待解決的關(guān)鍵問題之一。

1.4 收獲

高良姜種植3～6年后收獲，因此植株形態(tài)較大、姜苗茂盛而密實(shí)，采用現(xiàn)在的農(nóng)藝模式種植，采收時已無行無壟，地下高良姜連接成片、根須多，收獲難度較大。當(dāng)前收獲高良姜基本依靠人工采挖，先是采用鐮刀砍除地上莖稈，堆積到田間地頭，然后采用鋤頭或耙逐株挖掘，再人工清理泥土和根須，人均收獲僅200 kg/d，效率很低，人工挖姜成本約0.7元/kg，按照產(chǎn)量60 000～90 000 kg/hm2計算，收獲人工成本達(dá)到4.2萬～6.3萬元/hm2。這種高強(qiáng)度的人工勞動，隨著農(nóng)村勞動力的日漸缺乏，將越來越難雇到合適的勞工，收獲成本亦持續(xù)攀升。

高良姜采收環(huán)節(jié)在高良姜整個生產(chǎn)過程中用工最多、勞動強(qiáng)度最大，成本支出最高。當(dāng)前高良姜收獲過程中勞動力短缺、人工成本高、效率低，是影響高良姜產(chǎn)業(yè)效益的最關(guān)鍵問題。

2 高良姜生產(chǎn)機(jī)械化的技術(shù)思路

發(fā)展機(jī)械化，農(nóng)機(jī)和農(nóng)藝融合統(tǒng)一是基礎(chǔ)，兩者只有高度結(jié)合才能充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)機(jī)械和種植技術(shù)的潛力[13]。當(dāng)前高良姜生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)主要依靠人工作業(yè)，種植模式無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，再加上高良姜本身生長形態(tài)的復(fù)雜性，給高良姜機(jī)械化田間管理和采收造成較大困難，特別是種植行距不規(guī)范，造成田間管理和收獲過程中，拖拉機(jī)無法進(jìn)入田間作業(yè)。鑒于這些問題，要實(shí)現(xiàn)高良姜生產(chǎn)機(jī)械化，首先要考慮高良姜生產(chǎn)的農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝結(jié)合。在高良姜種植農(nóng)藝上，要充分考慮后續(xù)作業(yè)過程中的機(jī)械化問題，為農(nóng)機(jī)具進(jìn)出田間留出作業(yè)空間，避免姜苗、高良姜在作業(yè)過程中受到損傷。

按照上述分析，當(dāng)前生產(chǎn)中推行的農(nóng)藝模式，顯然不適宜使用機(jī)械化作業(yè)，要另行研究制定新型的高良姜栽培模式。從有利于機(jī)械化采收的角度考慮，相比之下，起壟式高良姜種植模式更利于實(shí)現(xiàn)高良姜生產(chǎn)的全程機(jī)械化，因此以下主要從起壟種植農(nóng)藝模式考慮高良姜的種植、管理、收獲等環(huán)節(jié)的機(jī)械化技術(shù)思路。

2.1 高良姜種植機(jī)械化

高良姜種植主要包括施肥起壟和種植等環(huán)節(jié)，主要設(shè)備包括施肥起壟機(jī)和種植機(jī)。其中施肥起壟機(jī)技術(shù)比較成熟，考慮到廣東地區(qū)土壤和氣候特點(diǎn)，建議采用旋耕起壟和圓盤式施肥的方式，結(jié)合適宜高良姜生產(chǎn)機(jī)械化的農(nóng)藝模式，充分考慮后續(xù)高良姜的種植、管理、收獲機(jī)械化配套問題，設(shè)計相應(yīng)的起壟高度與壟型。

高良姜種植包括開溝、下種、覆土等工序，因高良姜姜種不規(guī)則，形狀復(fù)雜，自動下種難度較大，所以設(shè)計的人工輔助排種的半自動高良姜種植機(jī)應(yīng)具有較高的可行性。

2.2 高良姜田間管理機(jī)械化

高良姜種植初期雜草較多，對壟溝進(jìn)行機(jī)械化培土、除草作業(yè)能有效減輕雜草繁殖。對于小面積的高良姜種植地塊，可以考慮使用微耕機(jī)進(jìn)行中耕管理。微耕機(jī)可進(jìn)行溝內(nèi)雜草粉碎、培土等作業(yè)，市場上成熟產(chǎn)品較多。對于大面積的高良姜種植地塊，可使用中型拖拉機(jī)為動力進(jìn)行田間中耕管理，配套除草、施肥、培土等作業(yè)機(jī)具，工作效率較微耕機(jī)要顯著提高。

2.3 高良姜收獲機(jī)械化

高良姜收獲包括兩個方面，一是地上姜稈的處理，二是地下高良姜的挖掘收獲。其中姜稈處理又可分為粉碎還田、粉碎收集，對應(yīng)的機(jī)具為高良姜秸稈粉碎還田機(jī)和高良姜秸稈粉碎收集機(jī)。隨著姜稈綜合利用技術(shù)研究的深入，姜稈的粉碎收集將是主要趨勢。在高良姜的挖掘收獲方面，要實(shí)現(xiàn)高良姜的機(jī)械化收獲，應(yīng)以實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝結(jié)合為基礎(chǔ)，在高良姜起壟種植模式和有效的田間管理下，高良姜機(jī)械化挖掘收獲難度將顯著降低。結(jié)合高良姜地下生長形態(tài)設(shè)計挖掘機(jī)具，以實(shí)現(xiàn)高良姜的低損挖掘和姜土分離，是高良姜生產(chǎn)機(jī)械化過程中最首要的任務(wù)。

2.4 高良姜初加工機(jī)械化

高良姜初加工是高良姜生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。其中太陽晾曬干燥能耗低，但受天氣影響較大，晾曬時間長且需要硫磺熏蒸；熱風(fēng)干燥能耗相對較高，但干燥速度快，生產(chǎn)能力較大且操作方便。如何優(yōu)化裝載量和設(shè)備結(jié)構(gòu)、設(shè)備規(guī)模，是當(dāng)前高良姜初加工機(jī)械化需要解決的問題之一。

3 高良姜生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)展望

高良姜在我國有著悠久的種植歷史，同時也是徐聞縣龍?zhí)伶?zhèn)等地的特色支柱產(chǎn)業(yè)，隨著對高良姜食用、藥用研究的深入，高良姜的食用、藥用價值得到廣泛認(rèn)可，作為藥食兩用的作物，高良姜在國內(nèi)外存在巨大的潛在消費(fèi)市場。種植不規(guī)范、田間管理粗放、產(chǎn)量低等一系列問題制約了高良姜產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展，現(xiàn)代化的高良姜產(chǎn)業(yè)必須依靠生產(chǎn)管理的機(jī)械化，因此加強(qiáng)高良姜生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)與裝備的研發(fā)設(shè)計是當(dāng)務(wù)之急。但當(dāng)前高良姜種植農(nóng)藝模式，農(nóng)機(jī)具作業(yè)難度大，農(nóng)業(yè)機(jī)械化難以實(shí)現(xiàn)。因此，應(yīng)建立適宜生產(chǎn)機(jī)械化的種植農(nóng)藝，研發(fā)設(shè)計合適的高良姜生產(chǎn)機(jī)械技術(shù)與設(shè)備，形成經(jīng)濟(jì)、高效的新模式，從而提高高良姜生產(chǎn)機(jī)械化水平。