山西根莖類中藥材機(jī)械化收獲技術(shù)現(xiàn)狀

韓衛(wèi)華

（山西省農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展中心，山西 太原 030031）

0 引言

山西地理位置獨特，藥材歷史悠久，中藥材種類、儲量、種植面積和產(chǎn)量均處于全國前列，是全國中藥材重要產(chǎn)區(qū)。

山西是傳統(tǒng)中藥材主產(chǎn)區(qū)，大宗中藥材道地品種黃芪、黃岑、連翹、柴胡、黨參等年產(chǎn)量在國內(nèi)中藥材市場有較高的占有率。由于獨特的地理環(huán)境,藥材產(chǎn)區(qū)海拔較高，環(huán)境污染少，病蟲害發(fā)生輕，產(chǎn)出的藥材品質(zhì)好，高于同類藥材的經(jīng)濟(jì)價值[1]。

中藥材種植產(chǎn)業(yè)成為農(nóng)民增收重要工程途徑之一，山西省委、省政府高度重視中藥材產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化發(fā)展，把發(fā)展山西藥茶產(chǎn)業(yè)作為發(fā)展現(xiàn)代特色農(nóng)業(yè)的重要抓手。中藥材種植面積及產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈逐年增加趨勢，要提高中藥材種植效益，關(guān)鍵是實現(xiàn)中藥材機(jī)械化收獲，采用先進(jìn)的中藥材收獲機(jī)械化技術(shù)，才能提高根莖類中藥材的品質(zhì)、收獲效率[2-3]。

1 國內(nèi)外根莖類中藥材機(jī)械化收獲技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 國外根莖類中藥材收獲技術(shù)現(xiàn)狀

中草藥主要種植于中國，因此國外對于中藥材種植收獲機(jī)械的研究較少。國外雖然很早就開始對短根莖類農(nóng)作物收獲機(jī)械的研究，但主要針對馬鈴薯收獲機(jī)械和花生收獲機(jī)械。

歐美國家開始采用牽引式馬鈴薯挖掘機(jī)取代人工挖掘，牽引動力逐漸由畜力牽引轉(zhuǎn)換為動力機(jī)械牽引。隨著科技發(fā)展，分別開始使用馬鈴薯挖掘機(jī)和馬鈴薯聯(lián)合收割機(jī)，研制出帶有拋擲輪和升運鏈等莖土分離機(jī)構(gòu)的馬鈴薯收獲機(jī)，歐美國家逐漸開始實施馬鈴薯收獲的全面機(jī)械化。美國、德國、法國、日本和意大利等發(fā)達(dá)國家對短根莖類機(jī)械收獲機(jī)進(jìn)行了大量研究和推廣，收獲短根莖類馬鈴薯、蘿卜、甜菜、大蒜、花生和洋蔥的機(jī)械化收獲技術(shù)先進(jìn)。德國農(nóng)機(jī)生產(chǎn)商格里梅公司生產(chǎn)的EVO 290型雙行牽引料斗式馬鈴薯收獲機(jī)，其料斗為9 t 大容量實現(xiàn)無間斷的收獲，還裝備三輪底盤系統(tǒng)、無級變速器、氣動分離裝置等高科技配置。意大利的F.LLI SPEDO JUNIOR 牽引式馬鈴薯收獲機(jī)非常適合丘陵地形的作業(yè)，且集成了作物挖掘、莖葉分離、篩選、裝箱等功能，大大提高了收獲效率。美國KMC公司設(shè)計生產(chǎn)的3384 型花生聯(lián)合收獲機(jī)，采用小直徑的彈齒滾筒，可以實現(xiàn)秧蔓的輕柔撿拾，從而大幅減少撿拾損失，先進(jìn)的氣力清選系統(tǒng)可以使清選工作更加高效[4]。這些農(nóng)機(jī)具具有技術(shù)先進(jìn)、效率高、可靠性高的特點，但其主要作業(yè)對象局限于短根莖類作物，對于根莖長度在30～40 cm 的中藥材仍不適用，且相應(yīng)機(jī)型造價高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修養(yǎng)護(hù)繁瑣，并不適合我國國情。

歐美等發(fā)達(dá)國家對于短根莖的花生及馬鈴薯的機(jī)械化收獲有了一定的研究成果，但是還沒有專門針對長根莖藥材的機(jī)械化收獲技術(shù)進(jìn)行研究。國外一些挖掘機(jī)的設(shè)計不能適應(yīng)我國獨特的作業(yè)要求，而且價格偏高，尤其不能滿足山西地區(qū)長根莖深600 mm、土質(zhì)較硬的機(jī)械化收獲的需求。

1.2 國內(nèi)根莖類中藥材收獲技術(shù)現(xiàn)狀

近年來，隨著我國的中藥材種植面積的增加，產(chǎn)業(yè)發(fā)展的高速增長，然而目前市場上出現(xiàn)的專門的根莖類藥材收獲機(jī)較少，嚴(yán)重阻礙了中藥材產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；?、規(guī)范化發(fā)展。因此，市場急需中藥材機(jī)械化收獲配套機(jī)具。

隨著我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展和生活水平的提高，勞動力成本越來越高，因此，急需提高藥材收獲機(jī)械化技術(shù)水平降低人工費用。我國對根莖類中藥材收獲機(jī)的設(shè)計研制起步較晚，目前已經(jīng)研制出來的根莖類收獲機(jī)大多是根據(jù)馬鈴薯收獲機(jī)的工作原理進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計的，主要用于花生、薯類等短根莖作物收獲。通過學(xué)習(xí)國外的先進(jìn)技術(shù)，對引進(jìn)的先進(jìn)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行原理分析和研究，設(shè)計符合我國國情的根莖類中藥材收獲機(jī)。

由于我國專門針對根莖類中藥材收獲機(jī)械的設(shè)計研發(fā)起步較晚。目前，國內(nèi)收獲根莖類中藥材的機(jī)械適宜于收獲小于40 cm 的作物。黑龍江研制的4WZ-140 型根莖類中藥材振動挖掘機(jī)，該機(jī)采用結(jié)構(gòu)緊湊的自激往復(fù)式慣性振動源作為振動體，降低工作阻力，振幅小，深松效果好；甘肅省農(nóng)機(jī)科研單位和生產(chǎn)企業(yè)研制出4WG-120/150 型根莖類藥材挖掘機(jī)將藥材根莖與土壤分離，該機(jī)動力消耗大，損失率高；甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的4Y-1200 型藥材收獲機(jī)，根據(jù)藥材收獲機(jī)收獲機(jī)理，對挖掘鏟、挖掘鏟支撐架和機(jī)架進(jìn)行了結(jié)構(gòu)與理論分析，可一次性完成根莖中藥材的挖掘、分離、輸送和集中堆放等作業(yè)，較大提高了工作效率，如果遇見較大阻力時，機(jī)械容易出現(xiàn)故障，影響整機(jī)工作的穩(wěn)定性和可靠性；河南研制的YJS-110 型收獲機(jī)，適用于各種土壤，用于收獲多種根莖類較深藥材和作物，收獲的藥材和土分離效果好。但鏈?zhǔn)秸駝雍Y處容易夾石頭，一旦夾入石頭就會停止振動，振動篩連桿處因負(fù)載過大易斷裂[5-6]。

目前，國內(nèi)對根莖類中藥材收獲機(jī)械技術(shù)的研究取得一定的成果，機(jī)械性能不理想，工作性能不穩(wěn)定。通過學(xué)習(xí)國外的先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)適合我國作業(yè)要求的機(jī)型。因此，在現(xiàn)有收獲機(jī)械技術(shù)保證收獲中藥材完整性的基礎(chǔ)上，優(yōu)化挖掘鏟的入土角和工作面提高挖掘的深度，采用振動分離技術(shù)有效避免中藥材的損壞，提高篩分效率，增加工作可靠性。

2 山西根莖類中藥材收獲技術(shù)現(xiàn)狀

近年來，山西省委、省政府高度重視中藥材產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化發(fā)展，將中藥材產(chǎn)業(yè)崛起工程列為農(nóng)民增收重要工程，給予的政策支持力度不斷加強(qiáng)，山西省中藥材產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展態(tài)勢良好，中藥材產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)初步形成規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)入快速發(fā)展階段。但是，中藥材生產(chǎn)用工量大、生產(chǎn)成本較高、機(jī)械化程度低，迫切需要機(jī)械化先進(jìn)技術(shù)來轉(zhuǎn)變中藥材發(fā)展方式，促進(jìn)中藥材產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。

山西是中藥材資源大省，根莖類中藥材是山西丘陵山區(qū)主要經(jīng)濟(jì)作物之一。近年來，隨著農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的不斷深化，山西省把發(fā)展山西藥茶產(chǎn)業(yè)作為發(fā)展現(xiàn)代特色農(nóng)業(yè)的重要抓手，結(jié)合當(dāng)?shù)刂兴幉牡膬?yōu)勢積極推進(jìn)藥茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展?，F(xiàn)已初步形成太行山、太岳山、恒山、呂梁、晉南邊山丘陵山區(qū)等生態(tài)環(huán)境優(yōu)良的中藥材基地，涌現(xiàn)出30 余個中藥材生產(chǎn)重點縣，促進(jìn)中藥材產(chǎn)業(yè)的繁榮發(fā)展。山西地理位置特殊，地形地貌復(fù)雜，根莖類中藥材的收獲方式相對落后，機(jī)械化水平低，機(jī)具功能單一，大部分為薯類收獲機(jī)改制的機(jī)具，不能滿足不同根莖類中藥材的收獲要求。

目前，隨著國內(nèi)根莖類中藥草收獲機(jī)械技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，山西省內(nèi)有關(guān)的農(nóng)機(jī)科研單位和企業(yè)進(jìn)行研制、生產(chǎn)和銷售的根莖類中藥材收獲機(jī)主要有：

（1）山西省長治市農(nóng)機(jī)試驗鑒定站研制開發(fā)的4SD-280 型振動式馬鈴薯收獲機(jī)，吸收國內(nèi)外先進(jìn)收獲技術(shù)，采用先進(jìn)的振動鏟篩合一式結(jié)構(gòu)，通過連桿帶動雙臂刀桿及振動鏟篩作往復(fù)式運動，使馬鈴薯等地下作物果實從土壤中鏟出篩凈，提高了分選效果，平鋪在地面上達(dá)到收獲目的。此設(shè)備可廣泛用于平原、山區(qū)、丘陵地區(qū)及大棚內(nèi)等中小地塊馬鈴薯、甘薯、花生等地下作物的收獲作業(yè)。

該設(shè)備運用振動原理，解決了已有多種馬鈴薯收獲機(jī)械配套動力大、價位高和不適宜中小地塊作業(yè)等缺點，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，實用性強(qiáng)，收凈率95%以上，破損率5%以下，是適合我國塊根莖作物的一款理想的收獲機(jī)型。

（2）山西津海機(jī)機(jī)械制造有限公司研制的家國豐4U-170 型根莖類藥材收獲機(jī)，結(jié)構(gòu)方式采用后懸掛傳動式進(jìn)行作業(yè)，采用大小篩片往復(fù)運動結(jié)構(gòu)進(jìn)行收獲，可廣泛適用于山區(qū)丘陵和平原地區(qū)，適用于紅薯、土豆等各種根莖類作物，苦參、丹參等蓬松類藥材及所有根莖類藥材。

此設(shè)備適合收獲根莖類小于45 cm 的中藥材，收凈率高、破損率小、質(zhì)量性能可靠。

山西省主要從事中藥材生產(chǎn)機(jī)械研發(fā)的企業(yè)較少，根莖類中藥材收獲機(jī)械裝備有待進(jìn)一步的研制開發(fā)，開發(fā)適宜山西本土使用的藥材生產(chǎn)專用機(jī)械產(chǎn)品，推動山西省中藥材種植規(guī)?；⑹斋@機(jī)械化的發(fā)展。

3 山西根莖類中藥材機(jī)械化收獲存在的問題及建議

由于山西特殊的地理環(huán)境，根莖類中藥材種植產(chǎn)區(qū)集中在地塊相對較小、分散和平整度不足的山地、丘陵地帶，制約了規(guī)?；N植、機(jī)械化收獲。目前，全省中藥材生產(chǎn)綜合機(jī)械化水平其中收獲環(huán)節(jié)僅30%，嚴(yán)重制約著中藥材產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[7-8]。

目前，針對根莖類中藥材收獲機(jī)進(jìn)行了大量的研究，研制、生產(chǎn)了一批技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定的中藥材生產(chǎn)配套機(jī)具，但在現(xiàn)有的根莖類機(jī)械化收獲過程存在作業(yè)深度不達(dá)標(biāo)、作業(yè)效率低、生產(chǎn)成本高、收獲品質(zhì)差等問題[9]。

（1）挖掘深度不夠，對藥材根莖的損傷率較高。為了有效降低根莖類中藥材收獲深度，采用根莖類中藥材秧苗平栽種植技術(shù)替代傳統(tǒng)直播技術(shù)。針對根莖類挖掘收獲的挖掘深度不夠的問題，采用現(xiàn)代仿生學(xué)機(jī)理，探索研究開發(fā)高效節(jié)能仿生深松部件，實現(xiàn)低耗深挖。

（2）牽引阻力大，油耗高。中藥材的收獲機(jī)械設(shè)備難以充分發(fā)揮發(fā)動機(jī)的功率，造成耗油量上升。為了降低牽引阻力采用強(qiáng)迫或自激振動作業(yè)，利用力學(xué)原理設(shè)計合理挖掘鏟結(jié)構(gòu)或振動型挖掘鏟工作方式，降低油量消耗，提高能源的利用率。

（3）挖掘機(jī)械作業(yè)效率低，勞動力成本高。目前國內(nèi)市場上大多數(shù)根莖類中藥材收獲機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、功能單一，收獲后仍需要進(jìn)行二次撿拾、收集作業(yè)。根莖類中藥材收獲具有很強(qiáng)的時節(jié)性，對收獲機(jī)械的高效性要求較高，通過提升根莖類中藥材收獲的機(jī)械化水平，完善機(jī)具作業(yè)效果，提高機(jī)具作業(yè)效率，才能降低勞動力生產(chǎn)成本的投入。

4 結(jié)語

我國的中藥材收獲機(jī)械技術(shù)正在飛速發(fā)展。素有“北藥”之稱的山西作為中藥材生產(chǎn)大省，道地性獨特，中藥材種植基礎(chǔ)雄厚，開發(fā)研制適用于山西特殊地域的中藥材收獲機(jī)，充分利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)藥材收獲機(jī)械的智能控制，加強(qiáng)對藥材收獲機(jī)械的智能化研究，有效提升中藥材收獲速度、提高收獲質(zhì)量、降低人工成本，對于山西省中藥材產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有非常重要的促進(jìn)作用。