四川金银花机械化生产现状及发展建议

谭 杰,蒋辉霞,李光辉,高 新,蒋金巧,随顺涛,罗 俊

(四川省农业机械科学研究院,成都 610066)

川药是四川现代农业“10+3”产业体系的重要组成部分,逐渐受到重视[1-2]。金银花为忍冬科忍冬属植物,是我国传统的大宗药材,也是我国重点管理的名贵中药材,同时又是食品物质,被列入2018年药食同源目录[3]。据《神农本草经》记载,该药可用于中医临床清热解毒,金银花已被列入《中华人民共和国药典》[4]。金银花味甘性寒,是一种常见的中药材,具有清热解毒、疏散风热和消肿等功效,金银花的疗效卓著,被誉为“植物抗生素”[5],面对新冠肺炎,金银花发挥了重要作用[6],具有重要药用价值。以陕西省蒲城县为例,预计到2025年,全县金银花种植面积将达到6666.67hm2,产值将超过3 亿元,农民人均收入将提高50%以上[7],说明金银花具有重要经济价值,可为四川金银花的发展提供借鉴。

然而,目前金银花的采摘主要以人工采摘为主,虽然采摘的质量较高,但是存在人工采摘成本高、耗时长和采摘效率低等问题。因此,继续降低人工劳动强度,提高金银花采收效率,研发出适合丘陵山区的金银花修建、开沟和采摘农机装备,亟待进一步解决,从科技强农,装备强农的角度,促进机械化程度的普及与推广,不断助推四川中药材金银花的产业发展。

1 四川金银花机械化研究现状

四川省独特的地理气候孕育了丰富的中药资源,享有“中医之乡,中药之库”的美誉[8]。四川省从地形上看,全省山地占77.1%,丘陵占12.9%,丘陵山地在地形中占主导,土壤多为黄壤土、同时四川丘陵山区普遍存在地块小而散,坡地多而杂,田块落差大,地形地貌跨度大,土壤粘性大等典型地貌特征,导致农机在丘陵山区作业受到限制[1, 9-10]。目前,四川省的金银花种植主要采用灌溉机、喷雾器和耕地机等现代化机械设备实现机械化,大大提高了金银花的生产效率和品质。在金银花采摘方面,主要是高校实验室研发的小型金银花采摘机,用采摘设备配合气流吸力将金银花采摘,相关技术并不成熟,采摘机械化还有很大的发展空间。

目前在金银花的修剪主要是人工为主,机械化为辅,这是由于机械化修建的伤损程度高,难以取得更高的修剪和更好的品质,所以多为理论和药理研究,针对四川丘陵地区的机械化研究存在不足。希望促进四川金银花机械化研究进程,以期逐步实现生产、种植和收获全程的机械化,以及大幅提升金银花产业的技术水平和竞争力,促进四川金银花全程机械化的发展。

2 金银花关键环节的机械化发展与探讨

2.1 金银花生长情况概述

据调查统计,地道金银花主要分布在34°N～35°N,113°E～117°E,海拔100～700m,年日照时数2400～2600h,年降雨量在600～1000mm,属暖温带季风性半干旱气候,适宜在中性或偏碱性的砂质壤土生长[11]。金银花1年花开3～4次,4～6月为第一茬花,占全年产量70%左右,根据其颜色和外形,通常被分为青蕾期、二白期、银花期和金花期4个主要时期[12]。金银花的采摘周期很长,可从5 月采收到10 月,通常分为4个茬次,第一茬花包含在整个5 月中,第二茬花在6 月中旬至7 月上旬,第三茬花在7 月下旬至8 月上旬,第四茬花在9 月上中旬,也有部分可延续至10 月[13]。由此可知,金银花的生长适应性强,能够在复杂环境中生长,以及金银花的采摘的周期较长,有利于金银花产业的机械化和规模化发展。

以四川省南江县为例,其立志在“十四五”末期,建成1个全国重点金银花基地,种植面积达到1.33×104hm2,年总产量达到1×104t,综合产值达30亿元[14]。说明金银花能够促进四川地区的发展,通常金银花种植的行距为1.2～1.5m,株距为1.0m种植,种植450～500株/667m2[15],因此,金银花能够适合规模化种植,为农户带来经济效益,主要生长条件如表1所示。

2.2 金银花加工生产流程

金银花品种选育以优选植株直立性强、花蕾大、花蕾期长、产量高等特点的常规育种为主[16]。金银花的加工生产流程需要经过种苗引进、假植培育、定植、田间管理、采摘收集和加工,以及成品质量检测等流程。金银花生产加工主要依赖人工进行完成,机械化程度水平相对较低,金银花的发展需要选择适合丘陵山区的农业装备,保障其安全稳定的运行和机械化操作,最终为提高金银花生产的质量和效率提供智能化、自动化的加工生产为目标。金银花的加工生产情况流程如图1所示

图1 金银花加工生产流程

2.3 金银花整地和开沟

金银花适合在坡度较缓,土层较厚、阳光充足的阳坡或半阳坡生长[15]。金银花适应环境的能力强,但是开沟和整地等因素均会影响金银花的生长。整地覆盖处理的金银花土壤比不覆盖处理的土壤容重小[17],土壤肥力指标较低的砂壤土有利于金银花品质的提升[18]。金银花在选苗育种前期,需要做好整地深翻、耕地除草和施肥等准备工作,有利于提高金银花的抗旱抗寒能力,促进金银花根系的生长。金银花栽培时通过开沟的方式,给予植株充足的水分和养分。金银花开沟的最佳时机应该是在土壤足够湿润、气温适宜的时候进行,以免干旱和水分不足影响植株的生长。

2.4 金银花修剪和植保

金银花的修剪可以减少金银花树体对水分的蒸发和养分的消耗,使营养物质向根部转移,促使金银花根系的生长,增加金银花根系的深度和范围[17]。金银花一般在整个生长季节中都需要进行修剪,但需要注意不同的修剪方式和时间对植株的影响,从而促进植株的分枝和生长。金银花的生长过程中,也需要进行适度的植物保护措施,以防止病虫害和天气灾害等对金银花的损害。在使用农药和化肥时,需要注意药剂浓度和使用频率等因素,保障植株的安全和品质。同时金银花的发展需要结合目前的先进技术,例如进行仿野生种植金银花遥感识别,能够较好地实现了金银花的自动识别[19]。

2.5 金银花采摘和烘干

金银花长2～3cm,上部直径约3mm,下部直径约1.5mm[20]。通常人工采摘金银花更加轻柔和细致,能够尽量避免采摘过程中损坏金银花,从而保障金银花采摘的外观和品质,但是人工采摘存在劳动成本高、耗时长和效率低等问题。高姗等[21]设计了一种自走式金银花收获机,能够实现对成熟金银花的采收、输送、分离及储藏等功能。金银花的采摘过程主要是通过机械振动辅助,配合气流将金银花吸到收集器中使其脱离枝干,相比较人工采摘,采摘效率和采摘品质更高。

烘干是保证金银花品质的关键环节,庞有伦等[22]总结出了机械烘干金银花的最佳工艺参数:烘烤时间25min左右,热气流温度110℃,其烘出的金银花外观色泽好、药效稳定,一等品率达到90% 以上。刘天亮等[23]采用“梯度升温”法烘干,初始温度为40℃,终止温度为65℃,共8～10个升温阶段,总耗时14～18h。徐永忠等[15]认为采摘后的花蕾要及时摊晒,一般烘干初期30～35℃烘2h后,再用40℃烘5～9h,鲜花水分大部分排出后,再把温度升到50℃左右将其迅速烘干。由此可知,机械化烘干过程中可以严格控制烘干的温度、时间和空气流通,从而控制到达的水分和防止过度干燥,相比较传统的晾晒,保证了烘干后的金银花品质。

3 发展建议

目前,金银花机械化发展虽然已经取得了一定的进展,但仍存在一些问题,金银花产业发展过程中面临一些问题和挑战,如品种单一、质量不稳定、加工技术落后、市场竞争激烈等问题[7],需要建设现代化产业体系,从科技强农、机械强农的角度不断认识和探讨[24]。通过深入分析,发现其技术层面主要体现在修剪机具、开沟机具、采摘机具的缺乏和研发困境,为破解技术困境和促进产业发展,亟需集思广益,解决金银花机械化的发展存在技术瓶颈。这需要循序渐进进行改进和优化,以提高金银花机械化的生产效率和品质,运用机械替代人工劳动力,不断促进金银花产业的高质量发展。

3.1 强化农户的积极性、提高经济效益

农户的积极性和种植意愿不高,这是由于种植收益是提高农户种植积极性的决定性因素,农户生产行为受利益的驱动,只有提高金银花效益,才能调动其积极性[25]。通过整合原有上游优质资源搭建为产业链上各经营主体提供独特价值的平台,来解决产业痛点,同时也能带来大数据与资本价值[11]。需要提供相应的技术支撑作为保障,打造符合当地特色的金银花产业体系,利用机械设备实现数值农场的管理模式,建立金银花旅游业和电子商务等新型价值平台,推动金银花经济效益的提高。

3.2 建立政府为主导的生产经营培训体系

政府和相关部门为农户提供销售培训、加工技术和经验管理等方面的培训,能够较大改善农户的生产行为[25],提高农户的技术水平,帮助农户建立相应的知识体系应对金银花产业发展,帮助相应技术的应用和推广,从实践中为金银花的生产提供技术需求。以重庆市农业科学院农机研究所为例,其根据市场需求,研发了金银花机械加工设备,能够保证金银花的一次性大产量连续烘干,杀青与烘干时间由传统烘干的8h 缩短到40min[26]。能够提高金银花的农机和农艺融合,提高相应的技术水平,提供技术支撑。

3.3 创新思维,突破技术困境

3.3.1 加强金银花相关机具的自动化和智能化程度 引入智能化机械设备,提高金银花生产、种植和收获等环节的效率和稳定性。同时,组建专业的技术研发团队,在自动化控制、机器视觉、人工智能等领域进行深入研究和创新,不断推进金银花机械化生产的智能化水平。

3.3.2 创新思维,探索新型设备和工艺模式 引进先进的金银花全程机械化相关技术,研发金银花机械化生产的新设备,加强对生产成本的控制,提高经济效益,使其发挥更大的经济价值,满足金银花市场需求,促进金银花机械化生产的可持续发展。

3.3.3 破解技术困境,实现金银花机械化生产的突破 鼓励相关单位之间建立更为紧密的合作关系,鼓励技术人员、科研机构以及产业链上下游企业之间的合作,探索金银花机械化发展的创新模式,挖掘新的制胜之路。同时,结合互联网时代新的理念和技术手段,借助物联网、大数据等先进技术为金银花机械化发展提供支持,实现对种植、收获等环节的精准管理和控制。

3.4 政府引领,提供长期保障

政府可以加强对金银花机械化发展的支持和引领,为企业、高校等单位提供长期保障和支持,推进金银花机械化发展并实现可持续发展。一方面,政府出台相关政策和资金支持。例如,重庆市秀山县出台金银花干燥设备购置补贴政策,由政府和企业投入资金各一半,几年来共引进投入金银花机械加工设备20套[26]。通过鼓励金银花机械化发展的相关政策和资金支持,根据市场发展需求,促进了金银花机械化更加长远和系统的技术发展和发展规划战略。另一方面,完善金银花机械化发展的产业链。政府带动金银花种植基地和加工企业之间的密切合作,建立健全金银花的产业发展规划和模式,促进产业集群和区域经济的发展,促进了金银花机械化设备制造业发展,引导相关金银花机具的技术创新和升级换代。

3.5 发展企业,提高经济效益

为了提高金银花的机械化生产效率,带来一定的经济效益,需要加强农业机械化相关企业的发展,探索新的机械化生产模式和技术。一方面,降本增效,支持企业的技术研发、制造和创新等保障措施。深入了解金银花的生产流程和作业现状,制定科学的生产和管理等相关举措。以及,引进国外先进的设备和技术,或者联合开发机械化机具和新技术,在满足市场需求的同时,进行技术变革和更新换代,从而提高金银花的生产效率和质量。另一方面,合理规划,做好企业的生产、销售和售后保障等环节。组织合理的销售计划和售后保障措施,确保机械化生产流程的平稳和高效,以及,提高员工的专业技能水平和团队合作能力,为金银花相关机具的发展得到更多的人才支持和保障,创造更多的具有经济价值的产品,推动企业可持续发展。

4 结论

目前,金银花的机械化水平较低,存在“无机可用”“无好机可用”等问题,为解决人工成本高、周期长和效率低等现象,本文从技术保障、政府引领和经济效益展开讨论和分析,并提出相应的建议,以期为农业机械化的发展提供有益思路,为金银花的发展出台更为有效的政策、标准等措施,来促进金银花机械化的自动化、智能化发展