我国西洋参生产机械化现状与发展趋势

申世龙， 连政国， 王东伟， 何晓宁， 尚书旗， 郑效帅， 赵 壮， 时延鑫

（青岛农业大学机电工程学院，山东 青岛 266109）

0 引言

西洋参是根茎类中药，根部可入药，是具有特殊治疗价值的重要补益药品，也是现代中医重要的药材之一[1]。西洋参原产美国、加拿大，我国从1981 年开始大规模引种[2]。依托充足的劳动力和低廉的雇佣成本优势，西洋参逐步占据国内市场。经过40 多年的发展，我国已成为继加拿大、美国之后的第3 大西洋参生产国，逐渐形成了西洋参种植、加工到产品开发与销售的完整产业链[3]。目前，我国西洋参种植面积已超过1 万hm2，年产量约8 000 t，主要产区有河北、辽宁、吉林、黑龙江、山东、北京、陕西、福建、甘肃、浙江、山西、云南和四川等17 个省（市）[4]。

国内西洋参生产机械化主要包括土地整理、播种、田间管理（越冬管理、生产期管理）、收获等环节[5]。其中，西洋参机械化播种与收获技术比较落后，大部分种植区还是通过人力播种与收获，或对同类中草药材播种机、收获机改造后进行作业，主要表现为生产效率低、作业质量差、农机农艺融合度不足，以及智能化水平亟待提高等问题[6]。随着国家对农业机械化发展的重视，西洋参机械化生产取得突出进展，青岛农业大学的山东省现代农业产业体系中草药创新团队在西洋参、丹参等生产机械化方面研发了诸多新型农机装备，满足了生产需求，为后期的研发提供了依据。

本文主要围绕西洋参土地整理、播种和收获3 个环节总结机械化现状，提出西洋参生产机械化发展趋势，为后续西洋参生产机械的研发提供参考[7]。

1 种植模式与农艺

根据西洋参的生长发育条件和方便后期田间管理，结合垄作模式的诸多优点，西洋参主要采用垄作种植模式。从山东省威海市文登区西洋参种植情况来看，西洋参一般播种前先将耕地整理为高45 cm、宽150 cm的弧形垄面，其垄间距为45 cm，株行距为10 cm×10 cm，播种完成后均匀覆土[8]。

西洋参播种时间有秋播和春播两种。其中春季在4月上、中旬播种，秋季在10-11 月中、下旬采用点播播种。西洋参种子较小且价格昂贵，为防止土壤中的病虫害对种子造成侵害，在西洋参直播之前首先包衣处理，然后用清水清洗种子后拌沙处理，拌沙后盛于盆箱等置于阴凉处，待种子催生出种芽后方可播种，且播种时注意保护参种种芽。

西洋参另一种种植方式是秧苗移栽。秧苗移栽分为秋季移栽和春季移栽，秋季移栽一般在播种2 年后秋季土壤结冻前进行，春季移栽一般在播种3 年后春季土壤解冻后进行，选择根须完整、表面无破损、芦头完好、无病斑的种苗移栽。西洋参属喜阴植物，怕强光，忌直射光，喜漫射光、斜射光，栽种期间注意遮荫处理[9]。

2 生产机械化现状

2.1 起垄机械化

西洋参耕整机械化主要实现土壤疏通、透气蓄水，覆盖杂草与残茬，防治病虫害，为秧苗生长发育创造良好的种床条件[10]。完成前茬作物的收割后，相隔15 d左右对土地进行翻耕，深秋季节，在移栽或播种前15 d左右，进行平整土地及起垄作业。

我国对西洋参起垄机械化技术研究较少，功能也比较单一。传统的西洋参起垄根据当地的种植农艺主要有两种方式：人工辅助小型旋耕机起垄和特制的旋耕起垄机起垄。如图1 所示，人工辅助小型旋耕机起垄费时费力，而且效率较低，易贻误农时，垄的直立度无法保证，因此不适宜大面积规模化种植起垄。

图1 人工辅助旋耕机起垄Fig. 1 Rotary tiller ridging with manual assistance

图2 所示是一种特制的西洋参旋耕起垄机，主要由旋耕刀、对置式起垄犁和弧形刮土板组成。其工作原理主要是3 点悬挂在大功率拖拉机上，由前置旋耕刀将土壤打碎，而后对置式起垄犁将土壤向中间归拢，然后由弧形刮土板将松软的土壤及时镇压整成特制垄形。该机结构简单，整地作业速度快，但由于垄形整理主要是由简易的弧形刮土板处理，垄面平整度较差，导致西洋参播种时高处播种过深、低处种子播不到土壤里，影响播种质量。

图2 西洋参旋耕起垄机Fig. 2 American ginseng rotary tilling ridging machine

2.2 播种机械化

播种是西洋参生产过程中的重要环节之一，播种质量好坏对出苗、苗全、苗壮和后期生长影响较大。传统西洋参播种方式是由人工抬着压穴器在弧形垄面上压出均匀的种穴，随后人工将西洋参种子一粒一粒放入种穴内，最后用扫把进行覆土，如图3 和图4 所示。

图3 西洋参压穴Fig. 3 Pressing hole of American ginseng

图4 西洋参人工点播Fig. 4 American ginseng manual seeding

随着中草药机械化的发展，相继出现了西洋参机械式点穴播种机、人力平播滚筒式播种机、精密点播机和轴针孔式西洋参气力播种机等。这些播种机不仅减轻了劳动强度、提高了工作效率，而且趁墒抢种，保证播种质量，使西洋参获得良好的生长发育条件，但也存在一些问题[11]。

2.2.1 西洋参机械式点穴播种机

西洋参机械式点穴播种机如图5 所示，由人工将机器抬起后放置在垄面上，随后摇动把手将种子从种箱内舀出并通过振动装置将种子排入鸭嘴中，继续转动把手，弧形排列的鸭嘴在垄面上压出种穴并将种子排入种穴，最后用扫把进行覆土完成播种。该机一定程度上实现了西洋参机械化播种，但需要两个人紧密配合才能完成作业，因此其效率较低，不宜在大田推广使用。

图5 西洋参机械式点穴播种机Fig. 5 American ginseng mechanical point seeder

2.2.2 西洋参精密点播机

西洋参精密点播机如图6 所示，由悬挂式电磁振动光控制，一次作业完成开沟、点种、覆土和镇压4 道工序，在1.2 m 宽的西洋参床上，能同时开出23 条播种沟。该机实现了西洋参的窄行小株距精密点播，工作效率较高、播种效果较好，体积较小适合小地块作业，但是稳定性较低，重播率高，刮种器容易损伤已开口的种子。

图6 西洋参精密点播机Fig. 6 American ginseng precision seeder

2.2.3 轴针孔式西洋参精密播种机

该播种机采用气吸方式排种，解决传统播种方式对参种的伤害，同时又保证播种精度，实现同步28 行精密播种。可一次性完成弧面整形、精密播种、定深开沟和覆土镇压等工序，比较适合威海市文登区西洋参种植要求。该播种机创新性设计基于定轨迹的凸轮-连杆组合取、送种机构，确保种子吸附后在送排种过程中的连续性和稳定性；平行四边形仿形机构和可调弧度仿形排种盘，解决播深不一致的技术难题，保证西洋参的成活率[12]。其结构如图7 所示。

图7 西洋参精密播种机结构Fig. 7 Structure of American ginseng precision seeder

2.2.4 西洋参秧苗移栽

西洋参另一种播种方式是参苗移栽，起苗一般在移栽的前1 d 进行，参苗存放过多或时间过长，易发热而影响出苗率[13]。移栽时既要保证根须完整，又要防止损伤芽孢，做到边起苗、边选苗，以提高成活率。由于西洋参特殊的弧形垄面生长环境，所以比较成熟的人参移栽机并不能完全适应西洋参移栽，西洋参移栽还是依靠人工进行。移栽时，先用压穴机在弧形垄面上压出参穴，随后人工将参苗放入参穴内，最后覆上2.0～2.5 mm 的泥土，完成移栽。

2.3 收获机械化

收获是西洋参生产作业中的关键环节之一，收获质量直接影响西洋参的最终产量。我国西洋参收获机械在西洋参主产区发展比较迅速，但是推广面积还不大，大部分还是以通用的中草药挖掘机为主，这种挖掘机针对性不强，存在土块分离不净、破碎率较高、动力消耗大等问题，并且工作效率不高。目前西洋参收获依靠简易的挖掘机挖掘后人工捡拾，劳动强度高、效率低、收获损失率高，西洋参的品质低；而且西洋参具有比较严格的时节性，如不能及时收获，其品质将大大降低，限制了产业的发展，影响了参农的经济效益[14]。

青岛农业大学联合青岛洪珠农业机械有限公司等单位共同研发、生产的4DS-2 型西洋参收获机，在威海市文登区西洋参种植基地通过田间试验取得了较好效果，填补了我国西洋参收获机械的空白，其结构如图8所示。该机通过配套拖拉机3 点悬挂机构的支撑与约束，结合拖拉机后动力输出与变速箱的匹配与动力传递，驱动挖掘机构，以支撑轮与3 点悬挂及倾角对挖掘的组配实现挖掘深度的控制，进行切土、入土，直至挖掘铲在土中均匀、定位运行。随着机具前行，土参反向后推，链式输送机构抖振结合，实现参土分离导送，进入双组循环链，输至清土汇集机构，将西洋参汇集于土壤表面，后续由人工捡拾。

图8 4DS-2 型西洋参收获机Fig. 8 4DS-2 type American ginseng harvester

经过近几年的发展，西洋参收获机由机械挖掘铺放田间的粗放式收获，发展成为收获后通过特殊装置直接汇集的联合式收获，这将进一步节省劳动力。与西洋参铺放收获机工作原理类似，西洋参侧铺收获机也是将西洋参挖掘出来输送至分离链上完成参土分离，不同的是该机在后方增加了侧向输送装置，可将清土干净的西洋参侧铺，然后由人工捡拾装箱。西洋参侧铺收获机如图9 所示。

图9 西洋参侧铺收获机Fig. 9 American ginseng side laying harvester

3 发展趋势

目前，国外的西洋参生产机械正向大型化、机电一体化、智能化，以及更可靠、更安全的方向发展[15]。发达国家不断将高、精、尖技术应用到西洋参生产机械上，其生产技术正向智能化方向发展。但由于国外机械价格较高，并且与我国实际的西洋参种植农艺不配套，因此我国西洋参生产机械发展思路应该是消化吸收国外先进技术、研发生产适合我国生产条件的国产机具。发展趋势：①加强基础性能研究，通过研究西洋参种子与土壤性质，确定西洋参种子播种方式、机器的受力特性，合理选择结构设计参数；②提高可靠性，从结构、工艺和材料方面综合分析，提高零部件的可靠性；③合理设计，降低动力消耗，提高机器利用率，降低损失与机收成本；④进一步优化集成相关功能，提高生产效率。

4 结束语

实现西洋参全程机械化是调整优化农业产业结构、提高土地生产效率、减轻农民劳动强度的有效途径，机械化生产可以提高西洋参生产的综合效率，以及产量和质量。从我国西洋参的种植现状入手，阐述了西洋参的种植模式，归纳总结了点播和移栽两种种植方式的农艺要求，着重从起垄、播种和收获3 个环节分析我国西洋参生产机械化发展现状，提出研究重点与发展趋势。我国西洋参生产机械发展思路应该是消化吸收国外先进技术、研发生产适合我国生产条件的国产机具，并加强基础性能研究、提高可靠性、降低损失率、提高生产效率。