申世龍， 連政國， 王東偉， 何曉寧， 尚書旗， 鄭效帥， 趙 壯， 時延鑫

（青島農業(yè)大學機電工程學院，山東 青島 266109）

0 引言

西洋參是根莖類中藥，根部可入藥，是具有特殊治療價值的重要補益藥品，也是現(xiàn)代中醫(yī)重要的藥材之一[1]。西洋參原產美國、加拿大，我國從1981 年開始大規(guī)模引種[2]。依托充足的勞動力和低廉的雇傭成本優(yōu)勢，西洋參逐步占據(jù)國內市場。經(jīng)過40 多年的發(fā)展，我國已成為繼加拿大、美國之后的第3 大西洋參生產國，逐漸形成了西洋參種植、加工到產品開發(fā)與銷售的完整產業(yè)鏈[3]。目前，我國西洋參種植面積已超過1 萬hm2，年產量約8 000 t，主要產區(qū)有河北、遼寧、吉林、黑龍江、山東、北京、陜西、福建、甘肅、浙江、山西、云南和四川等17 個省（市）[4]。

國內西洋參生產機械化主要包括土地整理、播種、田間管理（越冬管理、生產期管理）、收獲等環(huán)節(jié)[5]。其中，西洋參機械化播種與收獲技術比較落后，大部分種植區(qū)還是通過人力播種與收獲，或對同類中草藥材播種機、收獲機改造后進行作業(yè)，主要表現(xiàn)為生產效率低、作業(yè)質量差、農機農藝融合度不足，以及智能化水平亟待提高等問題[6]。隨著國家對農業(yè)機械化發(fā)展的重視，西洋參機械化生產取得突出進展，青島農業(yè)大學的山東省現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)體系中草藥創(chuàng)新團隊在西洋參、丹參等生產機械化方面研發(fā)了諸多新型農機裝備，滿足了生產需求，為后期的研發(fā)提供了依據(jù)。

本文主要圍繞西洋參土地整理、播種和收獲3 個環(huán)節(jié)總結機械化現(xiàn)狀，提出西洋參生產機械化發(fā)展趨勢，為后續(xù)西洋參生產機械的研發(fā)提供參考[7]。

1 種植模式與農藝

根據(jù)西洋參的生長發(fā)育條件和方便后期田間管理，結合壟作模式的諸多優(yōu)點，西洋參主要采用壟作種植模式。從山東省威海市文登區(qū)西洋參種植情況來看，西洋參一般播種前先將耕地整理為高45 cm、寬150 cm的弧形壟面，其壟間距為45 cm，株行距為10 cm×10 cm，播種完成后均勻覆土[8]。

西洋參播種時間有秋播和春播兩種。其中春季在4月上、中旬播種，秋季在10-11 月中、下旬采用點播播種。西洋參種子較小且價格昂貴，為防止土壤中的病蟲害對種子造成侵害，在西洋參直播之前首先包衣處理，然后用清水清洗種子后拌沙處理，拌沙后盛于盆箱等置于陰涼處，待種子催生出種芽后方可播種，且播種時注意保護參種種芽。

西洋參另一種種植方式是秧苗移栽。秧苗移栽分為秋季移栽和春季移栽，秋季移栽一般在播種2 年后秋季土壤結凍前進行，春季移栽一般在播種3 年后春季土壤解凍后進行，選擇根須完整、表面無破損、蘆頭完好、無病斑的種苗移栽。西洋參屬喜陰植物，怕強光，忌直射光，喜漫射光、斜射光，栽種期間注意遮蔭處理[9]。

2 生產機械化現(xiàn)狀

2.1 起壟機械化

西洋參耕整機械化主要實現(xiàn)土壤疏通、透氣蓄水，覆蓋雜草與殘茬，防治病蟲害，為秧苗生長發(fā)育創(chuàng)造良好的種床條件[10]。完成前茬作物的收割后，相隔15 d左右對土地進行翻耕，深秋季節(jié)，在移栽或播種前15 d左右，進行平整土地及起壟作業(yè)。

我國對西洋參起壟機械化技術研究較少，功能也比較單一。傳統(tǒng)的西洋參起壟根據(jù)當?shù)氐姆N植農藝主要有兩種方式：人工輔助小型旋耕機起壟和特制的旋耕起壟機起壟。如圖1 所示，人工輔助小型旋耕機起壟費時費力，而且效率較低，易貽誤農時，壟的直立度無法保證，因此不適宜大面積規(guī)?；N植起壟。

圖1 人工輔助旋耕機起壟Fig. 1 Rotary tiller ridging with manual assistance

圖2 所示是一種特制的西洋參旋耕起壟機，主要由旋耕刀、對置式起壟犁和弧形刮土板組成。其工作原理主要是3 點懸掛在大功率拖拉機上，由前置旋耕刀將土壤打碎，而后對置式起壟犁將土壤向中間歸攏，然后由弧形刮土板將松軟的土壤及時鎮(zhèn)壓整成特制壟形。該機結構簡單，整地作業(yè)速度快，但由于壟形整理主要是由簡易的弧形刮土板處理，壟面平整度較差，導致西洋參播種時高處播種過深、低處種子播不到土壤里，影響播種質量。

圖2 西洋參旋耕起壟機Fig. 2 American ginseng rotary tilling ridging machine

2.2 播種機械化

播種是西洋參生產過程中的重要環(huán)節(jié)之一，播種質量好壞對出苗、苗全、苗壯和后期生長影響較大。傳統(tǒng)西洋參播種方式是由人工抬著壓穴器在弧形壟面上壓出均勻的種穴，隨后人工將西洋參種子一粒一粒放入種穴內，最后用掃把進行覆土，如圖3 和圖4 所示。

圖3 西洋參壓穴Fig. 3 Pressing hole of American ginseng

圖4 西洋參人工點播Fig. 4 American ginseng manual seeding

隨著中草藥機械化的發(fā)展，相繼出現(xiàn)了西洋參機械式點穴播種機、人力平播滾筒式播種機、精密點播機和軸針孔式西洋參氣力播種機等。這些播種機不僅減輕了勞動強度、提高了工作效率，而且趁墑?chuàng)尫N，保證播種質量，使西洋參獲得良好的生長發(fā)育條件，但也存在一些問題[11]。

2.2.1 西洋參機械式點穴播種機

西洋參機械式點穴播種機如圖5 所示，由人工將機器抬起后放置在壟面上，隨后搖動把手將種子從種箱內舀出并通過振動裝置將種子排入鴨嘴中，繼續(xù)轉動把手，弧形排列的鴨嘴在壟面上壓出種穴并將種子排入種穴，最后用掃把進行覆土完成播種。該機一定程度上實現(xiàn)了西洋參機械化播種，但需要兩個人緊密配合才能完成作業(yè)，因此其效率較低，不宜在大田推廣使用。

圖5 西洋參機械式點穴播種機Fig. 5 American ginseng mechanical point seeder

2.2.2 西洋參精密點播機

西洋參精密點播機如圖6 所示，由懸掛式電磁振動光控制，一次作業(yè)完成開溝、點種、覆土和鎮(zhèn)壓4 道工序，在1.2 m 寬的西洋參床上，能同時開出23 條播種溝。該機實現(xiàn)了西洋參的窄行小株距精密點播，工作效率較高、播種效果較好，體積較小適合小地塊作業(yè)，但是穩(wěn)定性較低，重播率高，刮種器容易損傷已開口的種子。

圖6 西洋參精密點播機Fig. 6 American ginseng precision seeder

2.2.3 軸針孔式西洋參精密播種機

該播種機采用氣吸方式排種，解決傳統(tǒng)播種方式對參種的傷害，同時又保證播種精度，實現(xiàn)同步28 行精密播種。可一次性完成弧面整形、精密播種、定深開溝和覆土鎮(zhèn)壓等工序，比較適合威海市文登區(qū)西洋參種植要求。該播種機創(chuàng)新性設計基于定軌跡的凸輪-連桿組合取、送種機構，確保種子吸附后在送排種過程中的連續(xù)性和穩(wěn)定性；平行四邊形仿形機構和可調弧度仿形排種盤，解決播深不一致的技術難題，保證西洋參的成活率[12]。其結構如圖7 所示。

圖7 西洋參精密播種機結構Fig. 7 Structure of American ginseng precision seeder

2.2.4 西洋參秧苗移栽

西洋參另一種播種方式是參苗移栽，起苗一般在移栽的前1 d 進行，參苗存放過多或時間過長，易發(fā)熱而影響出苗率[13]。移栽時既要保證根須完整，又要防止損傷芽孢，做到邊起苗、邊選苗，以提高成活率。由于西洋參特殊的弧形壟面生長環(huán)境，所以比較成熟的人參移栽機并不能完全適應西洋參移栽，西洋參移栽還是依靠人工進行。移栽時，先用壓穴機在弧形壟面上壓出參穴，隨后人工將參苗放入?yún)⒀▋?，最后覆?.0～2.5 mm 的泥土，完成移栽。

2.3 收獲機械化

收獲是西洋參生產作業(yè)中的關鍵環(huán)節(jié)之一，收獲質量直接影響西洋參的最終產量。我國西洋參收獲機械在西洋參主產區(qū)發(fā)展比較迅速，但是推廣面積還不大，大部分還是以通用的中草藥挖掘機為主，這種挖掘機針對性不強，存在土塊分離不凈、破碎率較高、動力消耗大等問題，并且工作效率不高。目前西洋參收獲依靠簡易的挖掘機挖掘后人工撿拾，勞動強度高、效率低、收獲損失率高，西洋參的品質低；而且西洋參具有比較嚴格的時節(jié)性，如不能及時收獲，其品質將大大降低，限制了產業(yè)的發(fā)展，影響了參農的經(jīng)濟效益[14]。

青島農業(yè)大學聯(lián)合青島洪珠農業(yè)機械有限公司等單位共同研發(fā)、生產的4DS-2 型西洋參收獲機，在威海市文登區(qū)西洋參種植基地通過田間試驗取得了較好效果，填補了我國西洋參收獲機械的空白，其結構如圖8所示。該機通過配套拖拉機3 點懸掛機構的支撐與約束，結合拖拉機后動力輸出與變速箱的匹配與動力傳遞，驅動挖掘機構，以支撐輪與3 點懸掛及傾角對挖掘的組配實現(xiàn)挖掘深度的控制，進行切土、入土，直至挖掘鏟在土中均勻、定位運行。隨著機具前行，土參反向后推，鏈式輸送機構抖振結合，實現(xiàn)參土分離導送，進入雙組循環(huán)鏈，輸至清土匯集機構，將西洋參匯集于土壤表面，后續(xù)由人工撿拾。

圖8 4DS-2 型西洋參收獲機Fig. 8 4DS-2 type American ginseng harvester

經(jīng)過近幾年的發(fā)展，西洋參收獲機由機械挖掘鋪放田間的粗放式收獲，發(fā)展成為收獲后通過特殊裝置直接匯集的聯(lián)合式收獲，這將進一步節(jié)省勞動力。與西洋參鋪放收獲機工作原理類似，西洋參側鋪收獲機也是將西洋參挖掘出來輸送至分離鏈上完成參土分離，不同的是該機在后方增加了側向輸送裝置，可將清土干凈的西洋參側鋪，然后由人工撿拾裝箱。西洋參側鋪收獲機如圖9 所示。

圖9 西洋參側鋪收獲機Fig. 9 American ginseng side laying harvester

3 發(fā)展趨勢

目前，國外的西洋參生產機械正向大型化、機電一體化、智能化，以及更可靠、更安全的方向發(fā)展[15]。發(fā)達國家不斷將高、精、尖技術應用到西洋參生產機械上，其生產技術正向智能化方向發(fā)展。但由于國外機械價格較高，并且與我國實際的西洋參種植農藝不配套，因此我國西洋參生產機械發(fā)展思路應該是消化吸收國外先進技術、研發(fā)生產適合我國生產條件的國產機具。發(fā)展趨勢：①加強基礎性能研究，通過研究西洋參種子與土壤性質，確定西洋參種子播種方式、機器的受力特性，合理選擇結構設計參數(shù)；②提高可靠性，從結構、工藝和材料方面綜合分析，提高零部件的可靠性；③合理設計，降低動力消耗，提高機器利用率，降低損失與機收成本；④進一步優(yōu)化集成相關功能，提高生產效率。

4 結束語

實現(xiàn)西洋參全程機械化是調整優(yōu)化農業(yè)產業(yè)結構、提高土地生產效率、減輕農民勞動強度的有效途徑，機械化生產可以提高西洋參生產的綜合效率，以及產量和質量。從我國西洋參的種植現(xiàn)狀入手，闡述了西洋參的種植模式，歸納總結了點播和移栽兩種種植方式的農藝要求，著重從起壟、播種和收獲3 個環(huán)節(jié)分析我國西洋參生產機械化發(fā)展現(xiàn)狀，提出研究重點與發(fā)展趨勢。我國西洋參生產機械發(fā)展思路應該是消化吸收國外先進技術、研發(fā)生產適合我國生產條件的國產機具，并加強基礎性能研究、提高可靠性、降低損失率、提高生產效率。