乌兰布和沙漠山药机械化种植技术及存在问题探究

张 勇，张晓蒙，张艳芳，菅志亮，霍秀文，边学忠，赵瑞平

（1.巴彦淖尔市农牧业科学研究所，内蒙古自治区 临河 015000；2.内蒙古农业大学，内蒙古自治区 呼和浩特 010000）

山药是一种具有良好市场前景和产业开发潜力的药食同源、高产高效特色经济作物，其药用和滋补价值高，深受人们喜爱。山药性喜光、低空气湿度和较高土壤温度，忌水涝。乌兰布和沙漠地处内蒙古巴彦淖尔市和阿拉善盟境内，地理区域为东经106°09′～106°57′、北纬39°16′～40°57′，光照充足，气候干旱，昼夜温差大，土壤结构疏松，土层深厚肥沃，排灌方便，非常适合山药的生长，且种植的山药不易生病，品质好，耐贮存，被誉为沙漠人参。

乌兰布和沙漠种植山药始于2013 年，至今沿用机械粉垄开沟、人工辅助播种+机械覆膜、挖掘机+人工辅助收获的作业方式，播种和收获环节配套机械尚不完善，机械化水平低，人工劳动强度大、作业效率低、种植投入成本高，虽然经济效益尚可，但种植面积难以持续扩大[1]。目前市场上没有专门收获山药的特有机械，现有机械极易损坏山药，造成损失。所以研制一款针对山药的收获机械对于提高山药的经济价值，使其价值得到充分发挥有着至关重要的作用。为此，课题组从2020年—2022年依托内蒙古科技计划优质山药新品种选育及高产高效栽培技术研究项目，连续3 a 在乌兰布和沙漠磴口县巴音套海农场开展山药的机械化种植技术试验研究，集成了乌兰布和沙漠山药机械化生产技术，旨在为乌兰布和沙漠种植山药提供可行性研究方案，促进乌兰布和沙漠山药的产业化、规模化、机械化发展。

1 乌兰布和沙漠山药机械化种植技术要点

1.1 品种选择

选择抗病、抗逆性强，耐肥水，产量高，品质好，耐贮存的优良品种。经过山药新品种选育试验，白玉和铁棍这2 个品种田间长势好、无病虫害、产量高、品质好，适宜在乌兰布和沙漠种植。播种前选择晴朗天气，晾晒山药栽子2～3 d，以便促进种子的发芽和灭菌。

1.2 选地

选择土层深厚、疏松肥沃、排灌方便的轻壤土或砂壤土，0～1 m 土层内无黏性土、砂粒土等断层，表层壤土、下层砂壤土最为适宜，0～1.2 m 土层内不能有黏土夹层，为山药垂直向下直立生长创造条件，忌盐碱地、黏土地、种植薯类作物地块和连作山药，尤其是重沟种植。

1.3 耕整地

4月10日后，利用撒肥机均匀撒施羊粪8 m3/667 m2，磷酸二铵50 kg/667 m2，硫酸钾50 kg/667 m2，土壤调理剂20 kg/667 m2，随后用旋耕机旋耕1～2 遍，以便将肥料和土壤均匀混合。

1.4 播种

1.4.1 播种农艺要求

山药播种要求地表10 cm 内土层地温稳定在10 ℃以上，南北种植，可为一膜两行或单行种植。乌兰布和沙漠播种一般在4 月中下旬开始整地播种，5 月中上旬完成播种。一膜两行种植适宜地膜宽度为120 cm，大行距120～150 cm、小行距为60 cm、株距20 cm，铁棍种植大行距120～150 cm、小行距60 cm、株距10 cm，滴灌带铺设为一膜两带；单行种植宜为等行距种植，适宜地膜宽度为100 cm，行距90～95 cm。滴灌带铺设可为膜上铺设或膜下铺设，若为膜上铺设，需在铺膜时后端加装破膜装置（仅破滴水小孔），同时可起到防止地膜被大风卷起。

1.4.2 播种

播种前，由拖拉机后置悬挂的粉垄机进行粉垄作业，一膜两行种植选用深耕深旋式粉垄机进行粉垄开沟，一次作业可完成2 行粉垄和开沟作业；单行种植选用等行距粉垄机进行粉垄开沟，一次作业可完成3行粉垄和开沟作业。作业时，拖拉机需配套北斗高精导航设备，并利用拖拉机后输出轴为粉垄机提供动力完成粉垄作业，粉垄深度约110～120 cm，以保证山药种植后可以向下直立生长。同时在粉垄后的对应行上，由粉垄机后端连接的开沟轮作用下进行开沟，沟型呈倒梯形状，沟深20～25 cm，上开口宽20～25 cm，底部宽5～10 cm，人工在沟内将山药栽子或山药段芽端向上沿一个方向摆放至沟中央。播种完成后利用覆膜覆土一体机对倒梯形沟回填土、开沟、覆膜、滴灌带铺设、镇压等作业；最后采用拖拉机悬挂连接的旋耕回土机进行膜上回土作业，覆土厚度3～5 cm，膜上覆土保证山药破膜发芽。膜上覆土后应及时滴管浇水并浇透，防止膜上表层土壤被大风吹走。

1.5 田间管理

山药田间管理过程包括搭架引蔓、滴水施肥、中耕除草、病虫害防治等。

1.5.1 搭架引蔓

搭架引蔓应在行间采用竹竿搭设支架，支架截面呈“人”字型，一膜两行种植每膜搭设一个支架，单行等行距种植两膜搭设一个支架，架高1.8～2 m，支架间距7～8 m，并在相应支架上穿铁丝，铺设爬藤网，以便山药出苗后引蔓上架。通过搭架引蔓，可防止山药茎蔓伏地生长，避免茎叶枯黄和减少病害发生，同时可使山药茎叶之间形成良好通风，有助于茎叶的光合作用，生长更加旺盛，促进山药地下块茎的增长、增粗、增质量[2]。

1.5.2 滴水施肥

通过滴水滴肥配套滴灌装置进行滴水施肥。滴水应视土壤湿度状况进行，去除植株附近表层土壤，下层土壤湿度以手握住土壤不散开为最佳状态。从播种到出苗累计滴水5～6 次，每次滴水持续12 h，滴水周期为5～6 d。苗期施肥按照稳氮、增磷、补钾、添微的原则，待山药藤蔓爬到网上后滴水滴肥1次，平衡肥4 kg/667 m2，后间隔7 d 左右，连续滴平衡肥3 次，滴肥量分别为4 kg/667 m2、7.5 kg/667 m2、15 kg/667 m2；后间隔7 d 左右滴水滴肥1 次，滴松尔肥15 kg/667 m2，间隔7 d 左右，滴松尔肥、青藤复合肥3 次，滴肥量为松尔肥10 kg/667 m2、青藤复合肥10 kg/667 m2。间隔7 d 后，连续滴钾肥4 次，前2 次为15 kg/667 m2，后2 次为10 kg/667 m2。后期不再滴肥，间隔7 d滴水1次。

1.5.3 中耕除草

苗期采用田园管理机进行行间除草和培土，使得行间成沟、架内起垄。作业时避免伤苗、埋苗。苗期无法采用机具进行中耕除草作业时，适时安排人工拔草。

1.5.4 病虫害防治

乌兰布和沙漠具有山药种植的自然优势条件，基本都是轮作种植，一般不会发生病虫害。如遇到炭疽病、褐斑病、白锈病等病害和蛴螬、地老虎、黑肉虫等虫害发生时，应统筹农业防治、物理防治、生物防治和药物防治等措施，尽最大可能减少病害和虫害带来的损失，保证种植效益。

1.6 收获

1.6.1 最佳收获期

待山药茎叶淡黄，下层叶片枯黄或脱落，地下茎块进入休眠状态时，适时收获，一般为10 月下旬—11 月上旬，可保证山药产量最大化[3]。

1.6.2 撤网撤架

收获前，人工将爬藤网连同山药茎蔓一起移除，从人字架上取下固定铁丝，后人字架拔出运送到指定地点摆放整齐，便于重复利用。

1.6.3 收获方式

山药收获采用“人工划线+挖掘机开沟+人工辅助”的作业方式，挖机铲头为耙式铲头。作业时，人工在山药种植行附近先画出挖机开挖线，挖机沿开挖线方向顺行挖沟，人工利用铁锹去除山药根茎附近土壤后取出山药，辅助人员佩戴手套去除山药表层浮土。收获时注意保证的山药完整，外观不受损伤，收获后根据山药长短、完好情况进行分拣，集中堆放，便于运送至恒温库。

1.7 贮存

山药贮存应选择恒温库贮存，恒温库地面铺设湿沙，分层整齐摆放，温度保持在5 ℃左右，可保持山药的新鲜。

2 乌兰布和沙漠山药机械化种植的制约因素

2.1 农机与农艺配套不到位

山药种植过程中，播种环节需要播前粉垄、机械化开沟、人工摆放山药种子、覆膜、滴灌带铺设、覆土、膜上覆土、机械化回填土等工序，出苗后需要搭架上网引蔓，收获前需要撤架撤网，收获期需要挖掘机开沟、人工辅助收获。为了能够实现山药全程机械化作业，山药配套播种和收获机具方面存在的短板问题最为关键。在播种环节，机械粉垄、开沟、覆膜、滴灌带铺设、膜上回填土等作业基本可以依靠机械完成作业，但由于山药栽子易破损和断裂的特性，使得山药栽子在沟内定向投苗、等间距摆放时无法使用机械完成，成为山药机械化播种一体机研制的瓶颈；在收获环节，局限于收获期山药茎块深度、易破损、易断裂等因素，使得山药收获基本都是依靠挖掘机开挖和人工辅助方式完成收获，工作效率低，劳动强度大。因此，研制一种集挖掘、茎土分类、收集功能于一体的山药联合收获机迫在眉睫[4]。

2.2 残留地膜清除遇难题

当前，由于乌兰布和沙漠气候原因，山药播种期土壤温度不足，一般均需覆盖地膜，以起到增温、增墒、抑制杂草、提升出苗率等作用。但是在山药收获期，地膜清除是一项值得重点关注的生态问题。若采用机械化清除地膜，容易对地下的山药茎块造成损害，故种植户的选择一般是不予清除。收获时地膜随挖机收获作业被深埋于土壤之中，而大量的地膜残留势必会造成土壤耕地质量下降，不利于乌兰布和沙漠耕地的可持续利用。因此，在乌兰布和沙漠种植山药应尽可能利用生物降解膜技术，以适应乌兰布和沙漠现代农业的高质量发展要求。

3 讨论

3.1 产业发展前景

在乌兰布和沙漠种植的山药保苗率高，植株整齐，长势旺盛，病害少，品质好，耐贮存。综合产量、产值、成本核算，净利润可保持在1.5×104元/667 m2以上，经济效益可观，适宜大面积示范推广。但是，由于播种、收获环节机具不配套，常常呈现出费时、费工、费钱的特点，严重影响了种植户的积极性，使得种植面积逐年递减。因此，急需要开展山药播种一体机和专用收获机械，实现山药种植全程机械化，促进山药种植农机和农艺融合。此外，在乌兰布和沙漠种植山药过程中，应探索应用生物降解膜技术替代塑料地膜，走绿色高质量发展之路，为建设美丽中国做出应有贡献。

3.2 机械化发展趋势

3.2.1 机具整合

当前，山药种植配套机具有粉垄机、开沟机、铺膜机、田园管理机、膜上回土作业机等，在山药播种作业过程中，机具种类多、功能单一，每台机具基本只能完成单项作业，无形之中延长了作业链长度，作业效率低、周期长、强度大。因此，需对种植中应用的机具进行功能整合，尽可能采用单台机具完成多项作业，减少配套动力投入和机具数量，以提升作业效率，同时也可降低购买机具成本和租赁机具成本。

3.2.2 通用型播种一体机研制

当前山药种植尚无标准化种植农艺模式，农户大多根据经验进行种植，株距、行距、深浅等农艺参数不统一，使得机具与农艺难以配套。因此，想要实现山药的机械化种植，必须制定出山药种植农艺标准，统一农艺参数，统筹考虑山药种植中的粉垄、开沟、施肥、投苗摆放、覆膜、滴灌带铺设、膜上回土全过程和山药栽子易损、易断特性，为山药一体化播种技术、装备的研发和关键部件参数提供设计依据。结合精量取种、定向精量排种、低损排种等技术，研制一种、精量取种、定向投苗、播种沟回填土、覆膜、滴灌带铺设的山药播种一体机[5]。

3.2.3 研制山药联合收获机

根据山药种植农艺模式，当前山药机械化收获难度较大，严重制约了山药的机械化生产水平。因此，在研究山药收获机械方面需统筹研究山药几何形状、根茎的抗拉强度、剪切力、拉拨力，为山药机械化收获技术及装备的研发及关键部件参数提供设计依据。结合液压系统、电气系统、导航、智能机器人等技术，研制一种集挖掘、茎土分离、分类、收集等功能的山药联合收获机[5]。