油莎豆的应用价值及其播种和收获机的研究现状

赵清来，陈晓明，许 顺，刘海波

(1.吉林农业大学工程技术学院，吉林 长春 136300；2.吉林省油莎豆科技有限公司，吉林 长春 136300)

油莎豆又名油沙草，原产于非洲东北部，一年生草本植物基层油料作物。1952 年被中国科学院植物研究所北京植物园从苏联引入中国，1960 年又从保加利亚引入栽培[1]。油莎豆耐盐碱、耐贫瘠、耐高温，耐干旱，适应性极强，在我国南北各地的沙滩、山坡、丘陵、林间均可种植[2-3]，因其具有应用范围广、又有改良盐碱地的作用，具有重要的推广价值。2016年油莎豆被我国农业部列入《全国种植业结构调整规划（2016 年—2020 年）》并已在吉林、辽宁、新疆、广西、内蒙古、山东等20 多个省市自治区引种试种[4]。目前我国油莎豆种植面积1.33×104hm2以上[5]，已经具有一定的种植规模。由于油莎豆在我国推广的时间较短，其播种和收获机械还处在研发阶段。下文介绍了油莎豆的形态特征、营养及应用价值，并阐述了油莎豆播种、收获机械研究开发情况，以为其机械化规模生产和相关研究提供参考。

1 油莎豆的形态特征和应用价值

油莎豆的茎叶丛生，叶片窄长坚硬，表面有角质层，叶片平均长度70 cm，最长的在90 cm 以上，叶片宽0.5 cm。茎呈三梭形，由叶片包裹，植株的高度一般为20～100 cm，分集数大概有40～200多个。油莎豆的顶端膨大成块茎，每粒的块茎都有芽眼1～3 个。地下的茎又分为水平茎、根茎以及块茎3种。块茎呈长椭圆形、长棒形和椭圆形三种。块茎的尺寸长1～2 cm，宽0.7～2 cm。块茎的初期为白色，成熟之后逐渐变成黄褐色[6]，其形态特征见图1。油莎豆种子籽粒较大，外型不规则且表面凹凸不平，采用气吸式排种器容易漏种、堵塞，采用机械式排种器容易造成破种；由于油莎豆根系发达，块茎埋于地下，块茎与植株间相连的根茎较细、韧性低、易断裂，收获过程中极易发生落果现象[7]。上述原因给油莎豆的播种、收获机械研发带来了难度。

图1 油莎豆的形态特征Fig.1 Morphological characteristics of Cyperus esculentus

作为油料作物是油莎豆的主要应用前景。油莎豆块茎中油含量为20%～36%[8-9]，出油率高，种0.067 hm2油莎豆相当于0.33～0.47 hm2油菜。油莎豆油含有丰富的蛋白质和氨基酸，营养价值极高、品质优于菜籽油。深入开发和利用油莎豆油，对打破我国油料供给瓶颈有着重要的战略意义[10]。其次，油莎豆的茎叶和榨油后的饼粕可以作为饲料使用。油莎豆的茎叶中含糖10.6%、粗脂肪7.6%～8.9%、粗纤维19.3%和粗蛋白9.8%，其茎叶可以直接或者打浆后来饲养羊、牛、鸡、兔等，降低饲料成本。油莎豆还有一定的药用价值。研究发现，油莎豆乳具有保肝作用，油莎豆提取物有抗氧化、降血脂、降血糖、神经保护、胃保护、抑菌、壮阳和治疗贫血等功能。

2 油莎豆播种和收获机械研究进展

2.1 油莎豆播种机械研究进展

播种前应该对土地进行旋耕，深度20～30 cm，油莎豆采用点播方式，行距30 cm，株距10 cm，播深5 cm，每穴播1 粒种子[12]。目前油莎豆专用播种机较少，很多地方使用的都是改进的花生播种机，采用单行精播、膜下播种和膜上播种3种方式。单行精播一般采用手推式滚轮精播机，膜下播种一般采用两行、四行、五行膜下播种机，膜上播种一般采用膜上打孔播种机[2]。目前播种机结构大都采用机械式和气吸式两种。油莎豆机械式播种机一般是圆盘式排种穴播机，其原理是利用旋转圆盘上定距配置的型孔或窝眼排出定量的种子，根据种子大小、播种量、穴距等要求选配具有不同孔数和孔径的排种盘完成播种。这种播种机一般不能随意调整孔径，这对于种子大小差异较大的油莎豆来说播种灵活性较差。气吸式播种机靠负压吸取种子而实现精量播种。与机械式种机相比，气吸式播种机具有省种、不伤种、对种子尺寸要求不严、适应力强、易于实现单粒精播等诸多优点，因此是近年来研究的重点。吉林省农业机械研究院研制了一种气吸式油莎豆精量免耕播种机[13]，该播种机与拖拉机配套使用，采用牵引式连接，由平行四连杆托架机构、种箱机构、车架机构、地轮机构、分草轮机构、摩擦轮机构、镇压轮机构、多功能施料箱、种肥变速箱、电子监控系统、底肥箱机构、播种单体挂架、施肥器机构等部件组成。排种器采用了气吸式排种器，种子经过气吸后通过导种管落入排钟盘开好的沟槽里。经过排种试验表明该播种机播种漏播率≤2%。河北农业大学机电工程学院研制了一种气吸式油莎豆精量铺膜播种机[14]。该播种机采用膜下播种，由合墒器、气吸式排种器、播种开沟器、铺膜机构、机架、覆土器、地轮组成。在机架前梁上安装合墒器，机架的后梁上安装播种总成，可以同时播种5行，能够实现开沟、覆土、单粒精播、铺膜一次性完成。田间试验表明该播种机能够较好地实现精量播种。

2.2 油莎豆收获机械研究进展

早期的油莎豆收获机都是采用机械收获的方式并需要人工的参与，如西北植物研究所研制的油莎豆简易筛选机[17]、沈阳市农机所研制的工农581-281型油莎豆收获机、邢台地区农机所研制的平筛式油莎豆收获机等，这些收获机存在功能较为单一、适用范围窄等技术缺陷，具有一定的局限性。由于油莎豆根系发达，块茎埋于地下，块茎与植株间相连的根茎较细、韧性低、易断裂，收获过程中极易发生落果现象，而且在果实出土后，由于黏壤土里土果不易分离，在筛果时容易造成振动筛筛孔堵塞问题，这给莎豆油收获机的研制带来了难度。为了解决油莎豆收获过程中落果问题，山东省农业科学院生物技术研究中心团队尝试在油莎豆地下块茎生长（距地面以下5～10 cm）下方铺设一层尼龙网的种植方式，待收获时直接将尼龙网拉出，以提高收获效率，但该模式的机械设备还在测试中[2]。针对油莎豆筛果时容易造成振动筛筛孔堵塞问题，吉林省农业机械研究院研制出一种油莎豆籽粒收获机，该设备集脱粒、分离、清选功能于一体，该设备的凹板筛选择了钢丝直径为5 mm、凹板筛半径为307 mm 格式凹板筛设计，有效减少了堵塞问题[15]。邵阳市农机研究所于2010年开发出一种小型多功能收获机械，该设备运用模块化设计理念，通过调整振动模块和更换筛选模块，可以快速实现功能转换以减少堵塞问题[16]。

3 总结

油莎豆作为一种高产作物，其应用价值很高，既可以作为优质的油料作物，也可作为饲料或在医疗、保健行业发挥作用。油莎豆种植的机械化程度决定了油莎豆的规模化种植和生产程度。从市场上看，油莎豆播种和收获设备仍未被广泛使用，原因是从油莎豆播种和收获机械开发较晚，还处在初级阶段，产品性能较差，没有形成技术优势。因此，加大对油莎豆相关机械设备研制的投入力度、研制出更多更好的油莎豆机械化生产设备，对促进油莎豆生产规模化和产业化都具有重要意义。