工业大麻应用及种植技术装备发展现状

王德明， 张晓青， 朱士强， 徐宏扬， 王志远， 赵世宏

（黑龙江省农业机械工程科学研究院绥化分院，黑龙江 绥化 152001）

0 引言

大麻为一年生直立草本植物，又称火麻、汉麻。传统观点认为，大麻起源于亚洲，通过人类活动传播到欧洲；19 世纪一些植物学家认为大麻起源于欧洲；2018 年John M.McPartland 从花粉粒形态和生物群落等方向开展研究，认为大麻起源于中国青藏高原[1-2]。大麻按照四氢大麻酚（THC）含量分为工业大麻、中间型大麻和毒品大麻，欧盟的划分标准是四氢大麻酚（THC）含量<0.3%为工业大麻，四氢大麻酚（THC）含量0.3%～0.5%为中间型大麻，四氢大麻酚（THC）含量>0.5%为毒品大麻；也有一些国家限制可种植大麻品种的四氢大麻酚（THC）含量<0.2%。我国农业农村部2018 年发布实施的农业行业标准规定：工业大麻是指四氢大麻酚（THC）含量低于0.3%的大麻品种[3-4]。工业大麻抗干旱、产量高、耐贫瘠，在纤维纺织、食品加工、医疗卫生、工业原料和特供军需物品等领域均有广泛应用，在世界各地被广泛种植。但大麻作为毒品吸食会对神经系统、免疫系统、运动系统造成损伤，我国较早认识到大麻可能带来的危害，对大麻产业发展进行严格管控。《云南省工业大麻种植加工许可规定》于2010 年颁布实施，通过发放许可证对工业大麻种植、加工行业进行管控，云南省成为我国首个合法种植工业大麻的省份；2017 年4 月7 日，黑龙江省第十二届人民代表大会常务委员会第三十三次会议通过修订后的《黑龙江省禁毒条例》并颁布实施，指出符合国家规定的工业大麻品种经公安机关备案后，可在黑龙江省依法进行生产经营。因工业大麻良好的经济价值，多个省（自治区）在合法、安全的前提下积极推进当地工业大麻产业发展。本研究对工业大麻的用途、种植农艺要求和种植机械发展现状进行综述，以期为工业大麻产业发展规划提供参考。

1 用途

1.1 纤维纺织

纤维用和籽纤兼用大麻茎秆韧皮部经脱胶处理后的纤维进行纺纱可得到汉麻纱线，工业大麻纤维较其他麻类纤维细小，制成的衣物吸湿透气性好、体感舒适。工业大麻纤维中含多种微量元素，拥有良好的防霉抗菌作用，大麻酚类物质可较好地抑制金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等，同时工业大麻纤维的中空多孔结构，能提高纤维内部氧气含量，破坏厌氧菌的生长繁殖环境，因其纤维分子的螺旋状结构还具有较好的防紫外辐射性能[5-7]。工业大麻纤维的抑菌、吸湿、透气性能使其在个人护理用品方面具有较好的应用前景[6]。

1.2 食品加工

工业大麻籽粒含有丰富的蛋白质、维生素和矿物质，可直接用于榨油或脱壳后添加到糕点等食品中。工业大麻籽蛋白含有21 种氨基酸（其中8 种是人体必需的氨基酸），经水解后可生产功能性保健食品，如蛋白粉、蛋白乳饮料等[8]。工业大麻蛋白酶解物还可用于精酿啤酒，其产品香气丰富、酒体醇厚深受消费者喜爱[9]。

1.3 医药卫生

目前已经从工业大麻中分离出565 种化学成分，这些成分具有抑制肿瘤、缓解疼痛、稳定情绪等作用[10]。特别是工业大麻中提取的大麻二酚（CBD），近年来在医药领域受到了广泛关注。安娜[11]对APP/PS1 转基因模型小鼠长期给药大麻二酚，探讨大麻二酚对阿尔兹海默症的认知功能改善作用，同时考察大麻二酚对神经元病理学形态及神经炎症等方面作用，得出大麻二酚可能通过促进5-HT、DA 的合成，进而提高神经元活性，改善认知功能的结论。蒋鸿雁[12]对大麻二酚干预大鼠创伤性脑损伤（TBI）致伤后脑组织含水量情况开展研究得出，大麻二酚能改善创伤性脑损伤大鼠神经功能缺损，减弱星形胶质细胞激活和增加紧密连接蛋白表达，从而改善BBB 结构完整性和渗透性，减轻创伤性脑损伤后继发性脑水肿。

1.4 工业原料

工业大麻茎秆含有大量的纤维素与半纤维素，并且具有天然纳米级孔隙结构，是生产高比表面积活性炭的优质原材料[13]。工业大麻茎秆还可用于制备食用菌的培养基，张鹏等[14]以猴头菇黑威9910 为试验材料，分别以工业大麻茎秆和木屑为主要培养基质进行对照试验，工业大麻茎秆相较木屑更能促进猴头菇菌丝生长，缩短猴头菇成熟时间，同时降低猴头菇畸形率、提高其蛋白质含量。工业大麻纤维强度高、耐热性能好，纤维内部为多孔空腔结构，该结构使其制品具有隔热和缓解热量传导作用，是良好的保温隔热材料[6]。工业大麻茎秆在新型建材、生物能源领域也有广泛的应用。

2 种植技术

工业大麻按应用方向可分为纤维用、籽纤兼用、药用和籽用，不同用途的大麻品种种植农艺要求存在差异。

2.1 纤维用工业大麻种植技术要求

工业大麻纤维有“天然纤维之王”的美誉，日照充足、昼夜温差大的气候环境有利于大麻纤维形成，纤维用工业大麻不宜连作，前茬作物以大豆、玉米、蔬菜为宜，轮作年限应在3 年以上。前茬作物收获后应及时整地，利于土壤熟化、蓄水保墒。纤维用工业大麻种子含油率高，陈种发芽率低，应选用饱满新鲜的种子播种，要求种子纯度>98%，发芽率>85%，晾晒灭菌消毒4～5 d，根据土壤微生物情况选择种衣剂拌种[15]。我国纤维用工业大麻种植比较粗放，根据品种特性和土壤肥力合理配置行距是实现纤维用工业大麻高产的重要栽培措施[16]。

2.2 籽纤兼用工业大麻种植技术要求

籽纤兼用工业大麻在土壤条件、前茬作物、种子选择方面的要求与纤维用工业大麻相近，基于工业大麻“纤用密植，籽用稀植”的种植经验，对籽纤兼用工业大麻种植密度和行距的调配是控制植株群体结构的有效措施，合理的种植密度能让工业大麻在整个生育期保持合理的群体结构，实现大麻植株叶、茎、籽协调生长，提升土壤使用效能，充分利用光能，进而提高产量[16]。

2.3 药用工业大麻种植技术要求

药用工业大麻是指四氢大麻酚含量<0.3%、大麻二酚含量>0.5% 的具有药用价值的汉麻，药用工业大麻主要收获雌株新鲜花叶。药用工业大麻的生理结构决定其耐旱不耐涝，排水不良会导致烂根，应选择土质疏松肥沃，容重0.8～1.0 g /cm3、pH 值6.5 左右，近3 年未施用过广灭灵等长效除草剂的地块种植。前茬以玉米、大豆、马铃薯和小麦为佳，不喜甜菜、向日葵和谷糜茬，忌连作。应选用雌化的种子，对种子进行精选，挑选粒大、新鲜、千粒质量高的种子，陈种发芽率低不宜用于播种。播深3～4 cm、株距80 cm、行距130 cm 为宜[17]。全雌扦插育苗与常规播种同时作为重要栽培方式，全雌扦插育苗采用工厂化无性繁殖，能更好地保持品种的优良特性，全雌秧苗，确保大麻植株不结实，能明显提高花叶产量和花叶中有效成分含量[18]。

2.4 籽用工业大麻种植技术要求

工业大麻种子具有较高的营养特性和抗氧化潜力，是人类和动物蛋白质、油脂和膳食纤维的重要来源[19]。籽用型工业大麻需水较多，耐大气干旱不耐土壤干旱，是喜光、短日照作物。种子在温度1 °C 以上即可发芽，苗期在低温条件下如果水分和营养物质充足，只延缓生长速度，对后期的生长发育和产量形成无显著影响；开花期不耐低温，并且雄株较雌株对低温敏感。喜土层深厚、肥沃、疏松的土壤，具备灌溉条件的砂壤土可以种植，pH 值6.0～6.5 为宜。生长期不耐涝，前茬以大豆茬为佳，不宜重、迎茬，严禁种植在前茬施用过普施特或磺隆类除草剂的地块，应对土壤进行深耕、耙碎，利于根系发育、提高籽实产量[20]。

3 种植机械发展现状

3.1 纤维用、籽纤兼用工业大麻种植机械

为提高工业大麻纤维产量及适合后续机械化收获，纤维用工业大麻种植通常采用矮化密植模式；若为籽纤兼用工业大麻，可根据品种特性和土壤条件适当降低密度。通常采用撒播或者条播，根据品种不同播种量一般在45～90 kg/hm2，条播行距15～25 cm。很长一段时期纤维用工业大麻都是使用24/48 行谷物条播机进行播种作业，虽然能完成机械化播种，但播种质量不能满足工业大麻高产、优质栽培农艺要求。沈宇峰等[21]根据工业大麻种子规格和播种农艺要求研究设计了型孔轮式排种器，重点研究型孔轮式排种器的转速与播种量、排种均匀度之间的相关性，建立排种器转速与排种量的数学模型，考察了排种器对工业大麻、红麻和亚麻的适用情况，转速10～30 r/min 时，能够保证在满足均匀性变异系数的前提下，排种量满足农艺要求，但未检索到应用该排种器的在用机型。黑龙江省农业科学院黑河分院[22]设计了一种纤维大麻播种机，其排种器圆盘外壁根据纤维用工业大麻种子形态大小及播种密度设置了等距离凹槽，解决了种子掉落造成的排种圆盘卡顿问题，对工作效率有所提高，并对覆土部件进行了优化，提升了覆土效果，也未检索到该播种机在实际生产中的应用案例。黑龙江省青冈县采用德国进口豪狮条播机进行播种作业，一次进地可完成苗床耕整、施肥、播种和镇压等作业环节，行距14.3 cm、播种深度3～4 cm、保苗株数315 万～345 万株/hm2，该条播机配备了电子监控系统，能实时监控投种状态，提高播种均匀度；但是播种机价格高昂，而且零部件供应周期长、维修成本高，一旦发生故障易延误农时[23]。

2021 年，黑龙江省农业机械工程科学研究院绥化农业机械化研究所根据纤维用工业大麻农艺要求研制生产了工业大麻（纤维）播种机，播种机的三横梁机架由Q345 材质型材焊接而成，在满足设计强度的前提下兼顾了播种机轻量化并有效控制制造成本。排种单体设计为自动化单独控制，可根据田地情况和播种需求单独控制每个排种单体，适用于多种播种需求。播种机覆土器采用拖链式，能够满足纤维用工业大麻覆土厚度不宜超过5 cm 的要求。工业大麻（纤维）播种机既解决了纤维用工业大麻播种行距、种肥相对位置及施用量问题，而且售价低于进口播种机，降低了纤维用工业大麻种植户种植成本，适宜后续收获环节机械化作业。

3.2 药用工业大麻种植机械

药用工业大麻种植密度小，大约保苗1 株/m2，大田直播播种深度3～5 cm、施肥深度种下3～7 cm；采用穴播，播种株距 60～100 cm、行距 60～120 cm，雌化的种子每穴播种2 粒，未雌化的种子每穴播种 2～5 粒。药用工业大麻在国外多采用棚室育苗移栽，很少采用大田直接播种，因此在国外药用工业大麻精密播种机鲜见使用。国内种植区域主要使用改装后的玉米播种机维持播种作业，播种质量不高，难以满足农艺要求、造成种肥浪费。

2021 年，黑龙江省农业机械工程科学研究院绥化农业机械化研究所设计制造的2BYM-3 型麻类（药用）播种机通过了黑龙江农垦农业机械试验鉴定站的性能测试，性能指标达到设计预期。播种机根据药用工业大麻播种株距远、垄距大、播种密度小的农艺要求和种子的特点设计，一次作业可完成侧深施肥、精密播种和覆土镇压等环节。采用新型小粒种子大株距精密气吸排种器，优化排种盘型孔尺寸与分布、充种和清种方式，实现精准、稳定投种。播种单体采用独立平行四杆仿型机构与扁担轮仿型机构相结合的仿形机构形式，综合两种仿型机构的优点，有效降低投种点高度，提升仿型效果。药用工业大麻播种株距大，为节约肥料、提高肥料利用率采用间断施肥，仅在投种点位置前后各15 cm 范围内施肥，依据播种与施肥关联性，优化了播种、施肥相关参数，保证微量调节株距时种子能够播在肥料的中心位置，实现同步定量精准施肥。装配电子监测系统，根据种子外形尺寸和株距对电子监控系统编程，能准确监测投种数量。覆土部件采用V 字形刮板覆土，确保覆土质量符合农艺要求。

3.3 籽用工业大麻播种机械

籽用工业大麻目前多采用高粱、甜菜播种机进行播种，垄作播种行距65 cm、株距40～50 cm、播种量1.5～2.3 kg/hm2；施肥深度8～10 cm，肥料宜施用长效复合肥，多采用整地施肥、封垄夹肥，不采用种肥同播，施肥量120～150 kg/hm2为宜，肥量大易造成麻苗徒长、分枝减少使籽粒减产[20]。

黑龙江哈工智慧汉麻科技有限责任公司[24-26]设计了汉麻播种机种子吸盘驱动装置、吸盘式播种机构及开土装置。其中，种子吸盘驱动装置主要由架体、4 个盒体、3 根转轴、8 个斜齿轮及2 个连杆组成，动力由播种机地轮提供，通过3 根转轴上设置的8 个斜齿轮间传动比配合调节种子吸盘的旋转角速度，实现播种株距调节。吸盘式播种机构主要由吸风腔体、吸风机、吸盘、分隔板和清种毛刷组成，在吸盘的同一圆周均匀设置多个吸种槽，分隔板将腔体分隔成吸种区和投种区，吸盘与吸风腔体密封配合，由吸风机提供负压使种子吸附在吸种槽上，当被吸附在吸种槽上的种子随吸盘旋转至投种点时，由毛刷辅助投种，完成充种、投种作业。开土装置主要由被牵引横梁、固定臂、行走轮、连接臂、开土盘、安装架和覆土轮组成，被牵引横梁随前方牵引装置向前移动，由开土盘破开土壤开出播种沟槽，行走轮起限深作用，覆土轮在安装架的牵引下完成覆土作业。3 项专利技术理论上能够满足籽用大麻播种农艺要求，但未检索到应用该技术制造的播种机在实际生产中的应用案例，适用性与可靠性还有待进一步验证。

4 存在问题与发展建议

4.1 健全管控措施加强宣传引导

虽然国内多个省份已经陆续出台相关政策，按照程序合法种植工业大麻，但是全产业链的法律、法规、政策仍需进一步完善。目前工业大麻品种认定标准与方法基本完备，但对于工业大麻田间管理环节、收获加工后副产物处理、初加工技术规范、成分提取及产品开发领域仍需出台详细的政策措施和规范[27]。需要由权威媒体加强科普宣传和舆论引导，让民众客观认识工业大麻产业发展的意义，吸引更多的技术研发机构、生产经营单位、产品开发团队加入到工业大麻产业队伍，推动产业绿色、健康、快速发展[28]。

4.2 加强种植机械研发

我国工业大麻种植机械化配套技术和装备发展滞后，现阶段纤维用工业大麻主要应用谷物条播机进行播种作业，籽用工业大麻由高粱、甜菜播种机械进行播种，药用工业大麻大田播种机械多是由玉米播种机改装、移栽作业一般采用蔬菜移栽机完成或者部分区域采用人工移栽。这些机械作业效率低、成本高、种植质量参差不齐，不利于工业大麻高产和后续机械化作业，制约了工业大麻产业发展。引进的国外纤维用工业大麻大田播种机械技术比较成熟，播种质量能够满足农艺要求，但购机成本较高。我国工业大麻播种机械开发还处于发展健全阶段，产业链还不完备；工业大麻总种植面积较少，相应农业机械装备市场需求量有限，企业投资研发相关配套机具积极性不高。为此，需要政府加大补贴力度，打造工业大麻全产业链，增设急需农机装备的研发、推广项目，提高工业大麻种植机械化程度。

4.3 形成先进适用的种植模式

工业大麻没有成熟稳定的种植模式，各地仍在探索提高土地利用效率、提升目标产出的栽培技术模式。在部分活动积温达到2 600～3 200 °C，种植两季作物积温不足的区域，尝试推广与农作物套种工业大麻的栽培模式，内蒙古自治区鄂尔多斯市尝试推广小麦套种籽用工业大麻，小麦播种25～30 d 后采用专用播种器人工穴播籽用工业大麻[29]。张丽霞等[30]通过田间小区试验，研究工业大麻收获后种植黄麻或红麻的种植模式。秦四春[31]对北美地区药用大麻棚室种植模式进行研究，通过对棚室配备补光灯、空气循环过滤系统、温度控制系统和滴灌系统等，精确调控药用工业大麻各生长时期气候条件，能够有效提高大麻二酚等产量。张治国等[32]设计了大麻育种室自动控制系统，根据汉麻生长特点调控育种室环境参数，解决了工业大麻种苗的优质、批量培育技术。国内药用工业大麻种植开始从大田直接播种向育苗移栽转变，药用工业大麻大田播种机的市场需求将大幅萎缩；企业研制的工业大麻种植机械在市场化推广之前随着栽培技术模式的改进就被淘汰，降低了企业投入资金研制工业大麻种植机械的积极性。为此，政府应加强对工业大麻领域的科研资金投入，包括优质种质资源的引进与培育、种植模式的研究与推广及与之配套机械设备的研发等，加快工业大麻种植模式的研究与推广。

5 结束语

工业大麻因其广泛的用途和广阔的市场前景吸引了一批科研机构、企业、种植户投入到其生产、开发过程中。目前在育种、种植模式、配套装备和产品开发等环节取得了一定的进展，但随着种子繁育技术的突破和种植模式的改进，需要研发新的配套机械及设施来实现机械化、标准化生产，为后续产品开发生产提供更为优质的原料，同时健全管控措施加强宣传引导，推动工业大麻产业健康、高效发展。