道地性中药材半夏生产机械自动化发展现状及对策

王 攀

(沈阳航空航天大学 机电工程学院，沈阳 110000)

0 引言

甘肃省西和县位于甘肃省东南部、陇南市北端，地处长江流域西汉水上游，平均海拔1 692 m，年平均气温8.4 ℃，无霜期183 d，降水量533 mm。由于其得天独厚的自然条件，自古以来种植有多种类型的中药材。据《西和县志(1996—2013)》记载，西和县境内出产野生中药材358种489味。其中半夏、淫羊藿、贝母及款冬在全国享有盛名[1]。半夏具有和胃止呕、燥湿化痰、解毒止咳等功效，是中医常用药材之一。西和县具有富钾的优质土壤，为西和半夏的种植提供了得天独厚的基质条件。西和半夏粒足性优，色质优良，无污染，被称为半夏中的优质品，为著名的道地性药材[2]。作为一种重要的经济作物，其广泛种植为西和当地经济发展、农民增收提供了重要保障。但是，在长期的种植过程中，以传统的人工种植为主的种植方式已不能满足市场需要，半机械化种植方式的介入为当地种植户提供了较好的便利条件。农业机械化是现代农业发展的重要方式，主要是指在农业、林业及畜牧业等各个领域使用机械代替人工工作，起到提升生产效率降低劳动强度的作用。半夏种植后期的加工过程亟需机械化创新。

1 推广半夏生产机械自动化的意义

目前，市面上主要有河北省安国市生产的BX-150滚筒式半夏收获机和甘肃省陇南市生产的平板筛式半夏收获机开展半夏采收工作[3]。另外，国内有多家科研机构按照市场实际需求开展了半夏收获机的研发工作，各具特色。武汉科技大学江志刚等[4]设计出了一种新型节能半夏收获机，为三重分筛式半夏收获机；山西农业大学郑德聪等[5]设计了 4SB-800 型半夏收获机，该机可与 TN-55(或TN-654) 拖拉机配套，组成半悬挂式机组；山西农业大学赵美香等[6]对 4SB-800 型半夏收获机的行走转向机构做了进一步设计与分析计算，就收获机在田间作业转弯时不能沿着拖拉机轨迹行走而产生严重偏离这一情况，对半悬挂式机组转向系统进行设计计算并对其进行了理论分析；甘肃农业大学李海等[7]设计了一款新型半夏收获机；甘肃交通职业技术学院李海等[8]对半夏收获机非离心式滚筒筛分离装置进行研究，采用 SolidWorks软件绘制半夏收获机三维实体模型，并利用 ADAMS动力学仿真软件对其做了运动仿真，分析转速和倾斜角度对滚筒筛分离装置筛选效果的影响；甘肃农业大学王锋等[9]针对现有收获机械直接应用于半夏时存在的采收不彻底、分离效果不佳、需要二次除杂且工作量大等问题，设计了一种双层平筛式半夏收获机。

半夏前期种植过程中，需要抢抓有利农时。但是随着西和半夏种植面积的不断拓展，以人工为主的半夏种植及后期加工技术已不能适应高速生产的需要。因此，亟待开发及引进相关种植、采挖及后期生产的现代化加工机械设备。目前，半夏采挖成本较高，机械采挖半夏每 667 m2需 1 500～2 000元，与人工作业相比，机械作业可节约成本1 500元·(667 m2)-1[3]。因此，机械化采收及加工设备的应用可极大地提升生产效率，对于西和县半夏种植业由传统的种植结构向现代化的种植结构转化、缩短劳动时间、提升劳动效率、降低劳动成本具有重要的意义，对于半夏产业发展具有重要的现实意义。

2 半夏生产机械自动化发展现状

2.1 与部分种植区的生产需求及经济发展水平不符

西和县不同种植区的海拔及土壤条件差异较大。目前，国内外半夏收获机器的研发主要是借鉴马铃薯、花生、大蒜等收获机的原理，在此基础上通过简单改造后进行的设计。主要缺点是体积较大、不利于运输等。由于西和县海拔较高，山陡路险，体积较大设备的运输是一笔不小的开支。通常情况下还需要一些农用车辆进行运输，成本高且危险系数较大。且这些机器收获精度不高，漏收现象较为严重。另外由于挖掘深度与半夏种植深度不相符合，导致采收效率降低，浪费情况增加的现象较为突出。

2.2 机械化生产与管理水平较低

2021年中央一号文件指出，要不断提高农机装备自主研制能力，支持高端智能、丘陵山区农机装备研发制造，加大购置补贴力度，开展农机作业补贴[10]。在2022年中央一号文件中强调，要加快农机装备工程化协同攻关，对于特殊用途农业机械的研究如丘陵山区和设施园艺小型机械、高端智能机械研发制造纳入国家重点研发计划，开展农机研发制造推广应用一体化试点[11]。随着西和县半夏种植面积的不断扩大，亟待开发与当地自然条件相适应的便于运输及操作的收获机械。目前，由于该设备所占市场份额较小，农机开发机构对其研发热情不高。只能通过从其他区引进或在此基础上的微小改进后使用，并未开展大规模的开发利用。在使用过程中由于地域限制及使用人员基础能力不足，不利于科学利用。管理方面要加强对相关机械的研发及改进，在此基础上积极培训相关技术人才，不断提升管理水平。

2.3 缺乏科技人才培训及政策推广

随着乡村振兴战略的实施，国家对于一些特殊使用的农业机械的研发日益重视。但是我国农业机械化及自动化学科起步较晚，在长期的发展过程中对于技术、人才的发展需求不足，极大地限制了该领域的快速发展[12]。对于半夏产业而言，机械化种植及采收具有重要意义，尤其是随着市场的需求增加、种植面积的逐渐扩大及对产品品质要求的提升，长期以人工生产与加工模式逐渐被打破。国家对于农业等种植业的发展也极为重视，在2022年中央一号文件中，明确提出要启动“神龙英才”计划，加快农业及种植业等领域领军人才及青年科技人才的培养。通过积极推行科技特派员制度、“三区科技人才”计划、高素质农民培养计划及乡村振兴带头人“头雁”项目等，逐步加强农村科技人才的培养。通过政策支持和有目的的科技开发，逐步引导科研机构开发具有地域特色的机械设备，推动半夏等相关产业的机械化发展。

3 促进半夏生产机械自动化发展的对策

3.1 加大研发力度，根据产业需求研发高效益产品

随着乡村振兴战略的实施，国家对于农业机械化的发展更加重视。半夏作为西和县一种重要的道地性中药材，成为了当地经济发展的重要组成部分。但由于具有信息化水平的高端采收及加工配套设备的匮乏，及大地限制了产业的快速发展。目前，我国农业产业已由传统农业、现代农业向着智慧农业发展。智慧农业以信息技术为基础，云计算、物联网和大数据等新兴技术深度嵌入融合。通过对海量数据的撷取、分析、管理、处理和应用，推动机械设备的革新换代及农业管理模式的飞跃发展[13]。对半夏产业来说，除了研发具有便携、高效节能的小型采收及加工设备外，在种植模式上也要打破传统的以消耗人工成本的种植模式，在大数据的支持下，逐渐以智慧农业模式开发高集成化、自动化及高效益的栽培模式，将栽培过程中半夏的节水灌溉、生长情况指标参数等逐渐整合，开展智能化种植，降低种植成本。

3.2 加强相关机械配套基础设施建设

农业基础设施的建设对农业发展至关重要。不同农业基础设施对农业发展具有一定差异影响，其影响程度依次为农业水利基础设施、交通基础设施、数字基础设施和电力基础设施[14]。对于半夏产业发展而言，上述基础设施的建设同等重要。因此，对于半夏机械化种植及采收环节，需要的机械设备越来越多。随着智慧农业的不断实施，涉及到的仪器设备种类也日益增加。且智能化程度越来越高。在传统机械采收环节，机械设备的维护也至关重要，对于非专业人员修理难度较大，部分设备及零件的购买也是提升维修难度、增加维修成本的主要影响因素，对于智能型设备更需要专业人员的维护。因此，要从各个层面加强机械设备配套设施的建设，逐渐建立集科技人员、设备维护人员及维修人员为一体的综合服务平台，做到及时维护维修，提升维修效率，防止耽误农时、影响产量及质量。

3.3 根据产业发展实际合理研发相关机械设备

半夏作为一种以块茎为主要利用价值的中药材。块茎的采收一方面要将各种直径的块茎全部采收，在此基础上利用设备将其筛选后按照直径分类，然后将其脱皮、烘干，可有效提高产量增加收益。另一方面要尽量减少在采收过程中对块茎的损伤，降低产品的质量。由此，在不同的使用环节，要根据当地半夏生产的实际积极研发筛选设备。对于引进的设备也需要将其优化改进后用于本土半夏的采收。目前该类设备的研发均考虑到了上述要求。武汉科技大学江志刚等研究开发了一种半夏收获机及收获方法。该半夏收获机包括机架、动力装置、传动装置、输送装置、筛选装置、集料箱、挖掘铲和旋耕耙轴，半夏依次通过挖掘铲、输送装置和筛选装置，实现了半夏的三重筛选。提高了收获的精度及效率。在此基础上部分科研单位增加了其他智能化设备，如传感器、智能摄像头等，显著增加了智能化水平，但是，该设备目前还停留在研究开发及专利申报的科研环节，真正走出实验室进入大田实践的设备仍是一些简单的机械化设备。

3.4 将现代智能技术融入半夏生产

随着科学技术的不断发展，半夏的采收及分级技术也融入了智能技术。武汉科技大学丁周阳等[15]发明了一种基于神经网络的半夏品质分级方法，通过机器视觉获得半夏的各类参数后利用智能技术可精确地确定半夏品质，实现半夏产品信息可溯源。除了智能收获技术外，在半夏种植方面未来可采取精准播种技术，该技术通过智能化手段设置好种子播种的间距，尽最大可能提高土地利用率，增加作物产量。通过开发播种质量监测报警系统可实现对半夏播种的智能化跟踪，也可采集精准可靠的土壤环境信息，然后结合信息进行计算，合理控制播种密度，满足自动播种的需求。另外，农业机械智能技术的应用还可以实现智能除草、智能施肥、智能灌溉、智能喷药等一系列活动。通过无人机的使用还可有效减轻工作强度，提升工作效率。在生长环境监测等方面还可利用远程监控技术，对于半夏生长情况如水肥、光照等因素的影响可通过智能化管理系统实施实时监控，并对相关区域进行定位将实际情况及时反馈给管理人员，可实现全面、细致的管理[16]。

4 结语

本研究通过对半夏种植及生产过程中机械自动化技术的使用，系统阐述了推广实施半夏机械化发展的进展及瓶颈问题。在未来的半夏等特色经济作物的种植过程中，要积极依托地域优势开发具有地域特色的一些智能化机械设备。通过智能型设备的应用，可逐渐提升半夏等作物的产量及质量。在半夏产业发展过程中，要紧紧把握国家对特色农业的发展政策，在技术革新、设备改造及科技人才培养及从业人员技能培训等方面加大提升力度。