陳林 張亞振 王達(dá) 張冰輝

1、河北省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所有限公司 2、安國(guó)市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局 3、安國(guó)市輝騰農(nóng)機(jī)具制造有限公司

引言

中藥材是中醫(yī)藥事業(yè)傳承和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。作為北藥主產(chǎn)區(qū)，河北省中藥材資源豐富，中藥材種植面積近300萬(wàn)畝，其中山丘區(qū)種植面積占比近65%。根莖類道地中藥材種植地域性非常強(qiáng)，主要集中在山丘區(qū)，由于土地平整度不高，種植地塊分散、面積小，大型農(nóng)機(jī)難以充分發(fā)揮作用；市場(chǎng)上現(xiàn)有小型農(nóng)機(jī)具多數(shù)為適應(yīng)傳統(tǒng)農(nóng)作物生產(chǎn)設(shè)計(jì)，難以滿足藥材的生產(chǎn)農(nóng)藝需求。因此，山丘區(qū)根莖類中藥材的收獲多以人工作業(yè)為主，存在嚴(yán)重的“無(wú)機(jī)可用、無(wú)好機(jī)用”的問(wèn)題。機(jī)械裝備的匱乏，已經(jīng)嚴(yán)重制約了中藥材產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1 山丘區(qū)根莖類中藥材種植、機(jī)械化收獲現(xiàn)狀

河北省太行山、燕山中藥材資源豐富，依托兩大山系，柴胡、丹參、黃芩、北蒼術(shù)、知母、黃芪、桔梗、防風(fēng)等根莖類中藥材廣泛種植。其中，涉縣柴胡、青龍北蒼術(shù)、承德黃芩等知名道地中藥材已初步形成優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)，正在向集中產(chǎn)業(yè)鏈上下游的產(chǎn)業(yè)集群方向發(fā)展。

中藥材的藥性、藥效主要依賴次生代謝產(chǎn)物，依靠逆境條件積累，因此大多數(shù)中藥材適宜種植在具有小氣候特征和生物多樣性的山區(qū)丘陵等區(qū)域，而山區(qū)丘陵機(jī)械正是我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展瓶頸。目前山丘區(qū)農(nóng)作物耕種收綜合機(jī)械化水平達(dá)到62%，但是中藥材收獲機(jī)械化水平（包括平原區(qū)）僅為14.6%，機(jī)械化水平嚴(yán)重滯后。其中，根莖類中藥材收獲的機(jī)械化程度高于其它花類、葉類、果實(shí)、籽粒類中藥材，但這種優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在平原區(qū)。山丘區(qū)根莖類中藥材仍然是收獲難題。

山丘區(qū)根莖類中藥材根據(jù)根莖生長(zhǎng)的深度，可以分為：淺根類中藥材（柴胡、蒼術(shù)等，生長(zhǎng)深度小于20cm）；中根類藥材(丹參、黃芩、桔梗等，生長(zhǎng)深度大于等于20cm、小于40cm)；深根類藥材（黃芪、防風(fēng)等，生長(zhǎng)深度大于等于40cm）。機(jī)械化情況根據(jù)動(dòng)力機(jī)械是否能夠進(jìn)入地塊和能夠進(jìn)入地塊的動(dòng)力機(jī)械功率大小，可以分為4種情況。①大、中型拖拉機(jī)能夠進(jìn)入：能使用平原區(qū)機(jī)械，向小型、復(fù)式、智能方向發(fā)展；②小型拖拉機(jī)能夠進(jìn)入：可以收獲淺根類中藥材；③手扶動(dòng)力機(jī)械能夠進(jìn)入：可以實(shí)現(xiàn)淺根類中藥材半機(jī)械化收獲，人工輔助工作量大；④動(dòng)力機(jī)械無(wú)法進(jìn)入：無(wú)法實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，完全依靠人工收獲，或者運(yùn)用挖掘機(jī)等工程機(jī)械進(jìn)行破壞性收獲。

2 發(fā)展機(jī)械化收獲的限制因素

2.1 地形限制

山丘區(qū)土地普遍平整度不高，且種植地塊分散、面積較小，海拔相對(duì)較高。大型農(nóng)機(jī)難以發(fā)揮作用，機(jī)具轉(zhuǎn)移地塊不方便。這決定了中藥材采收機(jī)械應(yīng)以小型化為主。平原區(qū)能夠解決的機(jī)械化問(wèn)題，山丘區(qū)并不能簡(jiǎn)單復(fù)制。

2.2 動(dòng)力限制

根莖類中藥材收獲機(jī)械，相對(duì)需要的動(dòng)力較大，動(dòng)力因素影響顯著。一般收獲根深≥20cm,工作幅寬80cm,就需要50馬力以上拖拉機(jī)(四驅(qū))。從目前機(jī)械化收獲現(xiàn)狀看，動(dòng)力機(jī)械是否能夠進(jìn)入地塊和能夠進(jìn)入地塊的動(dòng)力機(jī)械功率大小，直接影響機(jī)械化應(yīng)用程度的高低。

2.3 農(nóng)藝限制

中藥材從野生到人工撫育種植轉(zhuǎn)變的歷程較短，在滿足道地性、生產(chǎn)環(huán)境的條件下，多以能種、有產(chǎn)量為主要目標(biāo)，機(jī)械運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)缺乏；迫切需要品種繁育、種植規(guī)范的協(xié)同發(fā)展和配合。根莖類中藥材一般都是多年生，藥材收獲時(shí)根深大多在20～50cm，有些藥材品種根深在半米以上，并且地表堅(jiān)實(shí)，挖掘收獲比較困難。

2.4 投入限制

中藥材屬于小眾產(chǎn)業(yè)，品種多、規(guī)模小、品種間差異大、用藥部位各不相同，這就決定中藥材機(jī)械無(wú)法實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)，以一品一機(jī)及小批量為主要特征，社會(huì)投入動(dòng)力不足；與大農(nóng)業(yè)相比，獲得來(lái)自國(guó)家的政策支持和大幅度經(jīng)費(fèi)支持比較困難[1]。

3 機(jī)械化收獲技術(shù)發(fā)展對(duì)策

3.1 地形宜機(jī)化改造

山丘區(qū)坡地作業(yè)對(duì)機(jī)械設(shè)備的要求嚴(yán)格，且坡度越大，機(jī)械動(dòng)力有效利用率越低，因此可視坡度大小對(duì)種植地塊進(jìn)行宜機(jī)化改造。低于25度的坡地，建議進(jìn)行梯田改造，改造后縱向坡度要低于10度，橫向坡度要低于5度，大中小型機(jī)具都可以用。種植時(shí)預(yù)留機(jī)耕道。機(jī)械作業(yè)需要有足夠的空間通過(guò)。

3.2 加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)研究

3.2.1 高效能動(dòng)力配置

解決機(jī)型小、動(dòng)力足、地形高適應(yīng)性三者之間的矛盾問(wèn)題。研究中藥材根莖收獲機(jī)的動(dòng)力消耗特點(diǎn)，分析牽引力和篩分動(dòng)力的不同特點(diǎn)，通過(guò)結(jié)構(gòu)改進(jìn)及優(yōu)化配置，提高動(dòng)力能效。

3.2.2 挖掘鏟結(jié)構(gòu)優(yōu)化和篩分機(jī)構(gòu)性能提升[2]

根莖類中藥材的收獲需要利用挖掘鏟對(duì)一定深度的土壤進(jìn)行切割、松動(dòng)，并將土壤與藥材根莖進(jìn)行有效分離。需進(jìn)行挖掘機(jī)構(gòu)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，優(yōu)化挖掘機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)形式，改進(jìn)挖掘鏟結(jié)構(gòu)、形狀和材料，減少動(dòng)力消耗，增加采挖深度；研究藥材、土壤篩分機(jī)理，提高土壤、藥材篩分效率和篩分質(zhì)量。

3.3 農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合發(fā)展

根莖類（尤其是深根型）中藥材種植在條件允許的情況下，宜采用起壟種植的模式。栽培規(guī)范和種子繁育，應(yīng)充分考慮機(jī)械化收獲的問(wèn)題，例如，根莖分叉特點(diǎn)、生長(zhǎng)方向、根莖深度一致性、行距及種植密度等都直接影響實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的難易程度。要以提高經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，尋找產(chǎn)量高低、品質(zhì)優(yōu)劣、機(jī)械化難易的平衡點(diǎn)。在充分考慮種植效益的基礎(chǔ)上，規(guī)范種植農(nóng)藝，推廣宜機(jī)化種植模式。

3.4 分類施策

結(jié)合山丘區(qū)地形特點(diǎn)和根莖類中藥材收獲農(nóng)藝要求，區(qū)分不同根深中藥材，應(yīng)用相適應(yīng)的收獲裝備。針對(duì)淺根類藥材柴胡、蒼術(shù)等，中根類藥材丹參、黃芩、桔梗等，深根類藥材黃芪、防風(fēng)等,分別研制、推廣相適應(yīng)的輕簡(jiǎn)收獲裝備，以此來(lái)降低成本、提高效率。

3.5 聯(lián)合發(fā)展

中藥材產(chǎn)業(yè)比較特殊，應(yīng)加強(qiáng)從種植、加工到制藥的全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同，大力發(fā)展訂單模式和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。動(dòng)員各方力量，探索建立多元化的投入機(jī)制，為中藥材產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和機(jī)械化高質(zhì)量提升，搭建平臺(tái)。著重發(fā)展定制機(jī)械裝備服務(wù)，充分應(yīng)用現(xiàn)代農(nóng)機(jī)技術(shù)儲(chǔ)備和先進(jìn)的信息技術(shù)及制造技術(shù)，提高機(jī)械裝備質(zhì)量。

4 關(guān)鍵機(jī)械裝備研究

4.1 手扶式采挖機(jī)

針對(duì)淺根類中藥材（根深≤20cm），應(yīng)加強(qiáng)手扶式收獲機(jī)研究。如圖1所示:主要手扶動(dòng)力和后置式挖掘、篩分機(jī)構(gòu)組成。機(jī)具輕便，使用靈活，可以在梯田或山坡地作業(yè)。機(jī)具可以拆分搬運(yùn)，能夠到達(dá)沒(méi)有田間道路的地塊作業(yè)。根據(jù)收獲對(duì)象的深度或土質(zhì)、地塊情況，可以選用履帶式驅(qū)動(dòng)輪或者坡地專用高低輪，增強(qiáng)地面附著力和操作穩(wěn)定性。

圖1 手扶式根莖藥材收獲機(jī)

4.2 履帶拖拉機(jī)

針對(duì)中根類中藥材(根深20-40cm)，研制輕便型履帶底盤拖拉機(jī)，配套后懸掛式中藥材聯(lián)合收獲機(jī)使用。此種配置，能夠適應(yīng)山丘區(qū)相對(duì)較大地塊的根莖類藥材收獲作業(yè)。根據(jù)根莖藥材收獲機(jī)耗能特點(diǎn)，其工作時(shí)對(duì)牽引力的需求比較大，牽引力和輪胎對(duì)地面的附著力有直接關(guān)系。因此，選用履帶拖拉機(jī)，相對(duì)輪式拖拉機(jī)，達(dá)到同樣作業(yè)寬度和深度的作業(yè)效果，所需功率較小，機(jī)具相對(duì)輕便、緊湊，能夠提高在山丘區(qū)作業(yè)的適應(yīng)性。

圖2 履帶拖拉機(jī)

4.3 山地履帶自走式根莖藥材收獲機(jī)

山地履帶自走式根莖藥材收獲機(jī)既能解決輪式拖拉機(jī)在山地作業(yè)適應(yīng)性差的問(wèn)題，又集自走、挖掘、碎土、分離、裝箱等多功能于一體。抓地能力強(qiáng)、地形適應(yīng)性好，結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)彎靈活，作業(yè)深度可滿足淺根、中根類中藥材的收獲需求。關(guān)鍵技術(shù)是：①緊湊布置履帶動(dòng)力底盤、內(nèi)燃機(jī)、采挖機(jī)構(gòu)和篩分機(jī)構(gòu)，減小整機(jī)尺寸。②利用高效能動(dòng)力配置技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“小機(jī)型，高效能”,增加采挖深度，提高作業(yè)效率。

如圖3所示。部件1為履帶底盤，部件2為挖掘機(jī)構(gòu)，部件3為一級(jí)輸送篩分機(jī)構(gòu)，部件4位二級(jí)垂直提升篩分機(jī)構(gòu)，部件5位三級(jí)輸送篩分機(jī)構(gòu)，部件6位集料箱，部件7位駕駛系統(tǒng)，部件8位動(dòng)力系統(tǒng)。采用循環(huán)篩分系統(tǒng)，在較短距離上實(shí)現(xiàn)多級(jí)篩分，保證土藥分離，結(jié)構(gòu)緊湊。采用履帶機(jī)構(gòu)，增加了牽引力，可以有效減低配備的動(dòng)力功率。

圖3 山地履帶自走式根莖藥材收獲機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

4.4 人工輔助收獲機(jī)械

針對(duì)仿野生種植或在較大坡度地塊生長(zhǎng)的深根類藥材，研制人工輔助收獲機(jī)械，實(shí)現(xiàn)半機(jī)械化作業(yè)。如圖4所示的手持式動(dòng)力挖掘鏟，部件1為動(dòng)力源，部件2位手柄及控制器，部件3位動(dòng)力排鉆組。利用動(dòng)力鉆頭，減輕人工挖掘的工作強(qiáng)度。

圖4 手持動(dòng)力挖掘鏟

5 結(jié)語(yǔ)

根莖類中藥材收獲應(yīng)根據(jù)生長(zhǎng)深度和地形特點(diǎn)，選用適宜的裝備。其中山地履帶自走式根莖藥材收獲機(jī)適用范圍相對(duì)較廣，人工勞動(dòng)強(qiáng)度低，可以繼續(xù)向遙控、無(wú)人駕駛方向發(fā)展，還能提高山丘區(qū)機(jī)械使用的安全性，應(yīng)該著重發(fā)展。同時(shí)，應(yīng)兼顧新型挖掘技術(shù)研究，探索可控震動(dòng)及微型爆破等技術(shù)在深根類中藥材挖掘中的應(yīng)用。