天冬机械化生产建议*

蒋辉霞 李光辉 蒋金巧 陈敏 罗俊 随顺涛 万先起 王林

四川省农业机械研究设计院，四川成都

目前，道地药材天冬主要以人工生产为主，劳动强度大、生产效率低、生产成本高，因此，迫切需要机械化生产技术及装备。但由于天冬的种植地块较小、不规则、坡度较大且分布分散，不利于机械化生产作业。为适应适度规模化、集约化的现代农业生产方式，亟需开展天冬种植地块宜机化改造，改善作业条件和作业环境，以满足机械化作业需求。

1 因地制宜开展天冬种植地宜机化改造

1.1 地形调整

由于机械化作业需要适宜的作业条件和作业环境，因此，需根据天冬种植地块当地实际情况进行归并整形。对于面积较小、无法满足天冬机具田间作业基本工作条件的地块，按照“小并大、短并长”的原则，适当增大单个地块面积，延长机具作业线路，减少机具折返频次；对于不规则的地块，按照“大弯就势、小弯取直”的原则，根据地形条件规整种植地块形状，尽量使地块顺直平整、无作业死角；对于坡度较大的地块，按照“陡变缓”的原则，适度降低种植地块坡度以满足天冬机具田间安全作业的要求；对于比较分散的地块，由于天冬为多年生道地药材，可通过土地流转、集中连片、统一规划布局。一般要求天冬种植地土方挖填最大挖填高度不大于2.0 m；田边地坎应筑牢，固土保水，应设置边坡，边坡高度与坡水平宽度之比随边坡高度确定，背坎边坡坡度为1∶（0.3～0.7）；边坡高度超过2.5 m，应设置边坡平台，边坡平台宽度不小于0.5 m。

1.2 地力提升

在天冬种植地开展土地宜机化改造过程中，应注意根据不同实际情况采取相应措施进行地力提升。对于挖填工程量不大的地块，可通过天冬种植地表土剥离和表土回填等措施，保持天冬种植地土层熟化；对于土壤中含有少量砾石的地块，可通过碎石处理或捡石处理，提升天冬种植地土层可耕性；对于生土较多的地块，可通过秸秆还田、施有机肥、深翻深耕等工程及农艺和生物措施，改良土壤，提升天冬种植地地力。天冬苗期生长缓慢，每年施肥2～3次，每次每公顷施农家肥15 000～22 500 kg 或尿素75～150 kg，经1～2年后培育即可移植；移植后注意适时、多次追肥，第一次追肥在种植后40 d 左右，苗长至40 cm 以上时进行。

1.3 道路建设

为满足天冬机具顺利到达作业地块，可在天冬种植区域内依现有道路布设生产道，做到合理规划密度，尽量少占耕地；为保证天冬生产机具能够顺利下田作业，可根据地块实际，合理布局下田坡道。结合四川丘陵山区宜机化技术要求、天冬种植农艺、天冬作业机具技术参数等实际情况，天冬种植区生产道路的路面宽度不应小于3.5 m，特殊路段不应小于2.5 m；天冬种植区下田坡道、跨田坡道的路面宽度不小于2.6 m。

2 采用先进高效的天冬机械化生产装备

根据天冬不同生产环节的不同作业需求及规律，采用先进高效的机械化生产装备。

2.1 天冬旋耕起垄机

天冬传统的起垄方式主要是采用人工起垄，需要耗费大量的人力，效率低、成本高；现有人工起垄方式已严重限制了天冬大规模种植。因此，应根据现有天冬种植模式及相关农艺措施、技术要求，结合农机自身特点及不同的地形，制定机械化种植模式。对于平坝地区，研制以拖拉机为动力的旋耕起垄技术及设备，并在平坝地区开展试验示范和推广应用；对于浅丘地区，针对地块较小，拖拉机转弯掉头不便、作业效率低、起垄作业易产生压垄压苗等问题，研制以微耕机为动力的旋耕起垄技术及设备，并在浅丘地区开展试验示范和推广应用。天冬种植起垄作业参数一般为：起垄宽度1 200 mm；起垄高度400 mm。

2.2 天冬智能水肥一体化系统

水肥管理是天冬整个生产环节中重要的组成部分，水肥管理的好坏将直接影响其产量和品质。传统的水肥管理主要是依赖自然降雨和种植户的经验，存在不可控的人为因素及自然因素，极大地影响了天冬产出的稳定性，不利于天冬产业的可持续发展。为提高天冬水肥管理水平和效果，有必要将物联网、大数据、人工智能等现代信息技术、新能源综合利用技术与水肥一体化技术进行深度融合，应用于天冬的生长过程中。天冬为多年生药材，不同生育期需水需肥规律不同，不同种植区年降雨量等自然气候条件也不同，加之，种植的土壤类型、土壤肥力等土壤特性各有差异，因此，搭建天冬智能水肥一体化系统并在天冬种植区开展试验示范和推广应用十分必要。该系统可在因地制宜制定适合天冬生长的灌溉施肥制度基础上，通过喷、滴灌等灌溉型式的优化设计，智能设置系统的工作时长、灌水量、施肥量等，以满足天冬适时适量的水肥需求，极大地提升了天冬的产量和品质。对于交通不便或面积不大的天冬种植区水肥施灌，可考虑采用小型移动式太阳能灌溉系统，其典型应用技术参数为：流量2 m3/h，扬程50 m，功率0.6 kW；该系统采用太阳能专用水泵和智能远程控制装置，具有能量跟踪控制、自动缺水保护、智能故障保护等功能，可根据光照条件实现系统的自动运行和起停，效率高、能耗低、自动化程度高、运行安全、稳定、高效。

2.3 天冬收获机

由于天冬生长入土较深，根深平均可达400 mm，生长的土质粘重且含水率高，极大地增加了天冬的采挖难度。传统的人工采挖方式用工多、作业量大、劳动强度大，效率低、生产成本高，因此，研制并推广应用天冬收获机成为了推进天冬产业高质量发展的迫切需求。

2.3.1 天冬收获技术难点

天冬收获技术难点主要包括：低损、降阻挖掘技术不成熟，如何降低挖掘阻力，提高天冬挖净率，亟需开展低损、降阻挖掘技术研究；根土高效分离技术不成熟，如何提高天冬收获根土分离效果，降低伤损率，保证天冬品质和药效，亟需开展根土高效分离技术研究；天冬高效收集技术不成熟，如何提高天冬收获纯工作小时生产率，解决传统依靠人工捡拾收获效率低、劳动强度大的问题，亟需开展天冬高效收集技术研究。

2.3.2 天冬收获技术及装备研究

1）挖掘铲。通过运用现代科技3D 建模和动态仿真技术，对挖掘铲前端分别为长方体、三角锥、片状三角形等不同铲型的天冬挖掘铲进行建模和动态仿真，找出入土阻力最小的入土角度及铲型，开展天冬深层挖掘减阻技术及机具研究，持续进行田间试验并改进完善，不断降低挖掘阻力，提高天冬挖掘性能和天冬收获纯工作小时生产率。经过仿真实验数据分析和田间试验表明：对于生长深度分布在400 mm 左右、株距为600 mm、一垄双行的天冬收获而言，设计宽1 200 mm、入土角15 °、挖掘铲材质为锰钢的天冬收获齿式铲阻力较小，效果较好。

2）筛分机构。基于挤压碎土、多重筛分技术，通过分析对比不同的筛分方式，开展根茎与土壤分离技术及机具研究；通过开展不同分离方式对比试验，优化设计药土分离装置；通过持续进行田间试验反复验证药土分离技术性能，不断提高天冬收获根土分离效果，降低伤损率，保证天冬品质和药效，补齐天冬收获技术及装备短板。

3）高效收集装置。通过开展不同收集方式对比试验，优化设计天冬收集装置，提高天冬收获纯工作小时生产率，降低劳动强度，改善天冬收获作业条件。

4）整机。针对天冬收获环节劳动成本高、劳动强度大、“无机可用”等问题，重点开展集挖掘、振动碎土分离、收获为一体，实现流水线收获的智能高效天冬收获技术集成及装备研究；对天冬收获机的挖掘系统、传动系统、药土分离系统、收集系统等开展技术集成研究并试制样机；结合天冬种植地土壤耕作阻力随土质不同、土壤含水率不同变化很大的实际情况，通过调整设定天冬收获机入土角度后进行天冬采挖，持续进行田间试验并改进完善，不断提高天冬收获效果。研制的天冬收获机主要技术指标为：挖掘深度≥400 mm；明茎率≥90%；挖松率≥95%；损伤率≤5%。

3 结语

本文立足于分析研究困扰天冬生产的种植地块小和人工生产成本高的问题，着眼于其种植地块的宜机化改造和采用先进高效的农机装备，提出了天冬机械化生产建议，可为探索天冬科学的生产方法提供参考和借鉴。