湖南省块茎类中药材全程机械化现状与对策建议——以龙牙百合为例

方志超，雷雨田，代振维，吴明亮，2，张 岚

（1.湖南农业大学 机电工程学院，湖南 长沙 410128；2.湖南现代农业装备工程技术研究中心，湖南 长沙 410128）

中药材产业是我国战略性新兴产业，是中医药工业和大健康产业的重要组成部分。随着中药现代化与中药产业的发展，中药材种植逐渐成为农业产业结构调整与社会主义新农村建设的重点发展方向。近年来，国家大力扶持发展中药材产业，相继出台了《中药材保护和发展规划（2015—2020年）》、《中医药健康服务发展规划（2015—2020年）》和《中医药发展战略规划纲要（2016—2030年）》等文件[1]。目前，全国中药材种植面积超过200万公顷，百合等根茎类中药材的种植面积约20万公顷并主要集中在长江中下游南方地区。湖南省作为我国百合种植生产的五大省份之一，拥有全国五大百合种植基地中的两个。这两个基地分别为龙山百合种植基地和隆回龙牙百合种植基地，种植面积超过4600公顷且约占全国百合种植总面积的三分之一，年均产量5万多吨，总产值超过2亿元。隆回县是著名的中药材之乡，盛产龙牙百合、金银花、玉竹、黄精和天麻等，尤其以种植生产龙牙百合和金银花最为突出，上世纪50年代被周恩来总理誉为“龙牙百合之乡”[2-4]。

随着政策导向的作用逐渐显现，再加上以龙牙百合为代表的块茎类中药材附加值逐渐提高，药农的种植热情逐年上涨，龙牙百合的种植规模也逐渐扩大。但是目前龙牙百合的种植、田间管理、收获等生产环节依然以传统的人工为主，机械化程度不高，生产技术与装备水平比较落后，其耕种收综合机械化水平与我国主要农作物平均水平相比存在较大差距[5-7]。传统的人工种植、喷药、采收等不但劳动强度大、作业效率低，而且过长作业期会导致农业季节性矛盾和中药材品质降低。实现龙牙百合等块茎类中药材机械化生产，可有效降低劳动强度，省工、省时、省力、节本，有效减少收获损伤，提高块茎类中药材的品质。块茎类中药材的生长特点决定了各生产环节作业机具结构的特殊性、复杂性和高动力性。目前，块茎类中药材生产机械化面临的技术难题主要包括减阻、降耗、果土分离、厢沟一次成型以及降低漏挖率和损伤率等，这一系列难题制约了龙牙百合生产机械化的发展。以上述问题为立足点，加强耕整地机具通用化、块茎类中药材种植规范化、田间管理和收获机具标准化，实现农机与农艺间的融合是实现百合生产机械化的有效途径[8-9]。

龙牙百合生产全程机械化不但可有效解决农村劳动力结构性、季节性、区域性矛盾日益突出的问题，而且对提高生产效率、提高百合品质以及促进湖南省百合产业的发展均有重要意义。

1 湖南省龙牙百合物料特性及种植概述

龙牙百合作为百合的重要品种，形状似白莲花，鳞茎由二三十瓣重叠累生在一起，因“侧看似弯月，正看似龙牙”而得名。龙牙百合由地上茎、根和鳞茎组成。

如图1所示，地上茎一般立夏前后停止伸长，茎粗 1～2 cm，高可达 100～150 cm，不分枝，直立坚硬，表面光滑或有白色茸毛。叶散生，倒披针形。花乳白色有香气，能结实产生种子[10]。

根分上盘根和下盘根（如图2中箭头1、3所示）。上盘根又称纤维状根，为鳞茎之上茎秆基部茎节上长出的根，生长深度为5～10 cm；下盘根又称肉质根，多分布在20～30 cm深的土层，在土壤中吸收养分能力较强，隔年不枯死。

鳞茎（如图2中箭头2所示）是龙牙百合的食用和药用部分，呈白色、扁圆形，鳞片呈披针形、抱合紧密，每个鳞茎由2～4个小鳞茎组成。大的鳞片长8～10 cm、宽2 cm以上。单个鳞茎重0.3～0.5 kg，最大的重1 kg以上，淀粉含量高，营养丰富，味淡不苦。鳞茎有宿根越冬、越夏习性[11-13]。

近年来，隆回县依靠得天独厚的自然条件和生态优势，大力发展龙牙百合产业，取得了良好的生态效应。“十三五”期间，该县虽然不断加大龙牙百合产业投入、提高科技含量，但百合的附加值依然不高。该县地形地貌多为丘陵，百合往往被种植在山坡、梯田等狭长窄小的地块，再加上多年的传统种植习惯根深蒂固，导致龙牙百合生产的机械化程度依然不高。龙牙百合种植规模与日俱增和生产方式落后的矛盾日益突出，因此龙牙百合生产全程机械化需求日益迫切。

2 龙牙百合生产全程机械化技术现状

龙牙百合生产全程机械化是指以农机农艺融合为基础，实现龙牙百合鳞茎制备、种床整备（耕整地）、种植、田间管理、采挖收获以及后期剥片、烘干加工等环节的机械化。除耕整地、田间管理环节多采用通用机具外，其他环节均需要百合专用机具完成[14-21]。

2.1 耕整地环节

龙牙百合种植耕整地主要包括翻耕、灭茬、旋耕、开沟起垄等作业，相应作业机具以系列化和通用化为主[22-24]。开沟起垄、碎土成厢是百合播种前的重要工序。通过调研可知，目前龙牙百合种植厢面平整多采用旋耕机进行碎土，再采用小型微耕开沟机进行开沟。采用该方式耕整地，一方面需要机具多次下地作业，效率较低，对土壤扰动较大；另一方面如果开沟位置不同而导致厢面宽度不一致，将给后期田间管理、收获等机械化作业造成困难[25]。

本课题组联合湖南长沙桑铼特农业机械有限公司共同研制了开沟起垄机[26-29]，如图3所示。该开沟起垄机由动力传动装置、旋耕灭茬装置和开沟起垄装置组成，能一次性完成旋耕、灭茬、开沟、起垄等工序，是油菜种植苗床整理专用机具，也可为垄作作物开沟起垄，如图4所示。该机结合垄作技术，打破传统免耕、浅耕方式，创新采用深耕从动起垄成厢机理，实现起垄成厢平整、成沟可靠、沟型稳定的目的，可应用于龙牙百合的耕整地作业。

2.2 种植环节

龙牙百合的繁殖方式主要有分球繁殖、鳞片繁殖和快繁育种三种。其中鳞片繁殖又称为常规繁殖，是百合无性繁殖中较常用、繁殖系数很高的一种方法。种植是龙牙百合生产全程机械化中较为薄弱的环节，目前龙牙百合种植主要依靠传统人工的方式，作业效率低下[30-33]。通过田间实际调研可知，纯人工种植的龙牙百合的株距、行距变异系数较大，在厢面上成行率和成条率较差（如图5所示），给机械化收获带来了一定的困难。目前，有关龙牙百合鳞片种植的专用机械还未见报道。针对鳞片繁殖，往往采用条播、宽幅条播或小厢撒播的方式种植，与大蒜播种机（如图6所示）[34-37]的工作原理相类似。

2.3 田间管理环节

龙牙百合的田间管理主要包括培土追肥、病虫害防治等作业。加强田间管理是提高成品率及品质的基本保障。受地形地貌的限制，目前龙牙百合田间管理在湖南省主要是依靠人工完成，劳动强度大，作业效果差。少量田间管理作业使用通用机具，偏小型化，存在作业机械单一、技术落后、作业效果差、自动化程度低等问题[38-39]。

龙牙百合中耕培土可增加埋入土下的植株节数，增加匍匐茎的数量，形成更多更大的块茎，防止百合鳞茎裸露见光。中耕培土多采用通用小型培土机（如图7所示），虽能适应各种复杂地形，但行距不可调，需半人工作业，效率较低。

龙牙百合病虫害较多，尤其是叶斑病、病毒病、蚜虫和种蝇等病虫害多。为防止病虫害，目前多采用人工背负式喷药装置进行作业（如图8所示），不但工作效率低下，而且存在对作业者的安全隐患。在农业生产中使用较为广泛的喷药机或无人植保机非常适合龙牙百合种植的复杂田块和地形，但该类植保机械目前在龙牙百合的种植中还没有被投入使用。大型植保机如图9所示，航空植保如图10所示[40-45]。

2.4 收获环节

收获是龙牙百合生产中的重点环节。龙牙百合收获期短，易受天气影响。实现龙牙百合等块茎类中药材机械化收获，可有效降低劳动强度，减少龙牙百合收获损伤，提高药材品质[46-50]；从生态角度而言，机械化挖掘采收龙牙百合，土垡回位较好，作业后不搅乱原耕层，并可打破犁底层，疏松土壤，相当于深松，与保护性耕作契合；另外，机械化收获还可有效缓解农村劳动力结构性、季节性、区域性日益突出的矛盾。因此，实现龙牙百合等中药材采收机械化对促进湖南省中药材产业的发展有重要意义[51-54]。

目前，国内尚无成熟的百合收获机械。我国20世纪60年代才开始引进国外块根、块茎类农作物收获机技术，虽然起步较晚，但随着技术的积累，这些年也有相应的成熟机械投入市场并获得广泛认可，这对研制百合收获机械具有借鉴意义[55-57]。

本课题组针对这一现状试制出了4B-160型百合收获机。该机主要由挖掘装置、动力传动装置、输送装置、振动分离装置和集料装置组成，外形尺寸为2.4 m×1.94 m×1.2 m。一次作业即可完成龙牙百合入土采挖、后置输送、振动分离和物料收集四项工序（图 11）。

该机采用三点悬挂，作业幅宽为1.6 m，挖掘深度不小于200 mm，配套动力不小于59.9 kW。动力经拖拉机万向节传递至百合收获机变速箱，再分配至各级传动部件。创新利用三点悬挂位置调节装置与挖掘铲入土角度同步调节系统，保证挖掘铲入土角度的稳定性，实现不同种植深度下百合的无损挖掘；设计的分体式挖掘铲可有效提高挖掘阶段土壤的破碎率和收净率，同时降低了整机的作业功耗；设计了主动链轮与从动光轮配合的传动系统、可调自激励振动频率发生装置，提高了果土分离率并降低损伤度。该机的研制和推广对降低采收劳动强度、提高生产效率具有重要作用。田间现场演示表明，该机对百合的采挖效果较好（如图12所示）。正常工况下，作业效率为0.2～0.3 hm2/h，收净率可达95%，损伤率不大于2%。但针对南方丘陵山区的地形地貌，该机存在着下地困难、田间掉头不易、前期拔秆工序需人工作业等一系列需要解决的问题，其适用性还有待进一步提高。

3 存在的问题及对策建议

近年来，随着我国农业机械化的快速发展，块茎类作物生产机械化发展也较为迅速。例如，马铃薯机械化收获已朝着大型自走式、联合作业、较高稳定性和实现互换性的方向发展。但是，块茎类中药材机械化生产的整体水平还有较大提升空间。作为农业生产的一部分，中药材生产的机械化发展具有良好前景。要实现我国块茎类中药材全程机械化健康、稳定发展，未来需要从以下几个方面努力。

3.1 以农业现代化为目标，促进农机与农艺的相互融合

农机与农艺息息相关，均是现代农业生产中的重要组成部分。现实中，我国农机与农艺在许多方面相互割裂，未能有效地融合，阻碍了我国农业机械化的推进和农业生产效率的提高。由于龙牙百合种植多为以散户为主的人工种植，造成种植厢面与拖拉机轮距不一致，导致收获过程中龙牙百合被碾压损伤。分析原因，主要是种植的行距设置与农机具的相关参数不匹配。因此，促进农机与农艺的有效融合是发展龙牙百合生产机械化的重要手段。要解决农机与农艺相互融合的问题，需要加强相关领域研究人员之间的交流和沟通，相关部门共同制定合适的技术方案，实现农作物的规范化种植和农机的标准化生产。

3.2 以高效为原则，发展功能多样化的联合复式作业机具

为促进龙牙百合产业发展，推动龙牙百合生产实现全程机械化，需围绕百合生产各环节（包括耕整地、种植、管理、收获以及加工等），确保各环节机具作业参数对应，实现不同环节间的融合。研制单一环节的机具时，应以适应各环节的特点和需求为原则，使机具能够单次完成多项工序，减少机具的下地次数并提高作业效率。根据龙牙百合的机械收获特点，采挖前需先对地上茎秆进行拔除。可研制拔秆、采挖、集料于一体的龙牙百合联合收获机，既减轻了劳动强度，又提高了作业效率，还丰富了机具的功能。

3.3 以质量为核心，提高机具的设计制造水平和加工工艺

在技术方面，应对龙牙百合各生产环节涉及到的机具进行全面、深入的理论和试验研究。采用新材料、新方法和新工艺，提升产品的技术水平和技术含量，并在充分生产试验考核中熟化技术，使产品定型，实现标准化、系列化批量生产。组织有关科研单位、院校、企业进行联合攻关，实现产学研一体化，解决技术难题，提供操作方便、适应性强、功能全、互换性好以及技术含量较高的机具，满足龙牙百合生产全程机械化需求。提高农机生产企业的加工工艺水平，选用符合要求的材料和高质量的标准件与外协件，保证机具制造质量。

3.4 以政策为导向，完善百合生产机械化技术的推广应用体系

相关部门应大力扶持、发展龙牙百合机械化生产服务组织、农机合作社及农机大户，积极引导其购置龙牙百合生产专用机具，健全技术培训体系以提高机手的操作水平和熟练程度。构建信息网络，建立运行机制，提高机具的利用率。机具制造企业应增强责任感，合理设计、优化工艺、保障质量，完善售后服务体系，必要时可以对用户进行针对性的培训。