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　　山藥種植農(nóng)藝特點(diǎn)及機(jī)械化種植技術(shù)

山藥是人們喜愛的食物，同時(shí)也是重要的醫(yī)藥原料，是菜藥兼用的經(jīng)濟(jì)作物。山藥在我國種植較廣，分5大主產(chǎn)區(qū)，品種多樣，其具有高產(chǎn)高效的種植特點(diǎn)，是當(dāng)今發(fā)展高效農(nóng)業(yè)和促進(jìn)農(nóng)民增收的較為理想的推廣項(xiàng)目。

但是，山藥播種工序復(fù)雜，種植模式多樣，山藥桿狀種莖播種有方向性要求，且形狀不規(guī)則，機(jī)械化自動排種難和輸送易破損，導(dǎo)致山藥種植機(jī)械化播種程度低。而人工播種成本高且效率低，這些都成為制約山藥規(guī)?；咝a(chǎn)的重要因素。

1農(nóng)藝技術(shù)

1.1品種多樣且形狀各異

山藥種植區(qū)域較廣，除了東北和西藏等高海拔地區(qū)，其他地方均可種植。山藥品種繁多，按肉質(zhì)分為水山藥和綿山藥2大類；按外形分有長山藥、扁山藥和圓山藥3種；有的品種以食用為主，有的以藥用為主。長山藥較為常見，如鐵棍山藥、麻山藥、大和長芋和水山藥等圓柱形品種，這些品種因?yàn)槠焚|(zhì)好或者產(chǎn)量高，受到消費(fèi)者和種植戶的青睞。

有的山藥品種外形較大，如水山藥，其塊莖直徑3~7 cm，長140~150 cm，最長可達(dá)170 cm；部分外形較小，像農(nóng)大短山藥3號（藥用型短山藥），塊莖長棒形，直徑2.5~3.0 cm，長35~44 cm；還有扁山藥，像瑞昌腳板薯，塊莖扁平，厚2.5~5.2 cm，長18~26 cm，寬16~25 cm；還有圓山藥呈圓筒狀，或團(tuán)塊狀，也有圓形和橢圓形一般長度在15 cm左右，橫徑也在10 cm左右。

山藥的長短、粗細(xì)和形狀等因素存在較大差別，這些因素決定了不同山藥品種在種植時(shí)采用不同的種植模式，對山藥播種機(jī)的適用性提出了較高的要求，特別是針對長桿狀山藥品種，山藥的長度決定了山藥播種收獲時(shí)的開溝挖掘深度，這些因素對山藥種植全程機(jī)械化的發(fā)展形成了較大挑戰(zhàn)。

1.2繁殖方法

山藥的繁殖方法可采用蘆頭、山藥段和珠芽繁殖3種。

1.2.1蘆頭繁殖

蘆頭，又稱為龍頭、山藥栽或山藥嘴子，是山藥收獲時(shí)根莖上端部分，一般選擇莖短、粗壯、無分叉和無病蟲害的山藥，將上端有芽的部分截?cái)啵ㄩL15~25 cm）做種，蘆頭多年連續(xù)使用容易引起退化，一般2~3年更新1次。

1.2.2山藥段

山藥塊莖的休眠芽也可以發(fā)育成不定芽，當(dāng)山藥栽子不足時(shí)，也可將山藥塊莖切成小段栽植，稱山藥段子。山藥塊莖切段10~15 cm，進(jìn)行藥劑處理后播種。

1.2.3珠芽繁殖

山藥珠芽，又稱山藥豆、零余子和山藥蛋，每年10月份摘下珠芽貯藏，來年春天3月中、下旬取出，稍曬后即可進(jìn)行播種，秋天挖出作種栽第2年進(jìn)行播種，一般塊狀根莖15~20 cm。

蘆頭種植一般當(dāng)年采收，珠芽繁殖第2年或第3年長成商品薯進(jìn)行銷售。

潘志國等：山藥種植農(nóng)藝特點(diǎn)及機(jī)械化種植技術(shù)農(nóng)業(yè)工程裝備與機(jī)械化1.3種植模式

不同地區(qū)和不同山藥品種種植模式存在較大差異，山藥一般采用高壟栽培技術(shù)，可采用單壟單行或單壟雙行栽培，單壟栽培壟寬50~70 cm，雙壟壟寬120~140 cm，壟高30 cm左右。山藥喜好疏松肥沃的和排水良好的沙質(zhì)壤土和無積水黏土，喜背風(fēng)向陽，怕霜凍，忌連作。

新茬在冬前深翻晾曬，春季整地時(shí)施肥，山藥一般采用開溝種植，像鐵棍山藥，山東菏澤地區(qū)一般采用行距80~90 cm，溝深120~140 cm，株距15~20 cm，開溝后自然隆起的25~30 cm的高壟并帶有種溝，如圖1所示。人工放種，放種前后對比如圖2所示。然后人工或者機(jī)器覆土筑壟，兩側(cè)壓實(shí)，如圖3所示。

圖1開溝松土

圖2放種前后對比

圖3覆土筑壟壓實(shí)

在菏澤實(shí)地調(diào)研中發(fā)現(xiàn)鐵棍山藥種植戶為了節(jié)約山藥種的成本，長塊莖種山藥有1年生山藥栽、2年生山藥栽、山藥蘆頭和山藥段多種形式并存，其直徑2~3 cm和長度15~45 cm不等，尺寸差別較大，給機(jī)械化播種帶來了較大的難度。

2播種機(jī)械化面臨的主要問題

2.1山藥塊莖排種方向性要求

山藥塊莖的休眠芽能夠發(fā)育成不定芽，當(dāng)栽子不足時(shí)，也可以將山藥塊莖切成小段栽植。在山藥段生物學(xué)的上端先萌芽和破土長成上部植株，下端向下長成根系。山藥植株較大，合適的株距行距能提供山藥生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，有利于種植面積的合理利用。

因此，山藥播種要求頭尾順次擺放，2個(gè)山藥種蘆頭之間的距離為株距。因此，播種的方向性是山藥種植要考慮的主要因素之一，這也是山藥機(jī)械化播種要解決的技術(shù)難點(diǎn)。

2.2山藥豆精量播種要求

山藥育種要求對山藥豆采取單粒精播，將其培育成山藥栽子，山藥豆生長發(fā)育需要極多的養(yǎng)料，而且如果1穴播種多個(gè)山藥豆，會使山藥后期發(fā)育的山藥栽子纏連在一起，單粒精播是珠芽繁殖必要的條件。山藥豆不同品種間差別明顯，太古山藥，體積小，直徑1 cm左右，橢圓形。

而嘉祥細(xì)毛長山藥，橢圓形，長1.5~2.5 cm，直徑0.8~1.2 cm。即使同一品種的山藥豆尺寸也存在較大差別，這對山藥豆精量播種機(jī)排種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出了較高的要求，成為山藥豆精量播種機(jī)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。

2.3山藥種易破損

山藥質(zhì)脆，易損傷和破皮，這些特點(diǎn)對山藥種的出芽率有很大的影響，而且部分山藥栽子提前催芽，進(jìn)行帶芽播種。山藥機(jī)械化播種在取種、輸送和排種過程中產(chǎn)生擠壓、碰撞和摩擦，易造成破皮和破損，直接影響出芽率。因此，防破損是山藥機(jī)械化播種要解決的1個(gè)主要問題。

2.4山藥塊莖自動排種難度大

山藥塊莖外形尺寸差別較大，表面粗糙流動性差，實(shí)現(xiàn)自動排種難度大；塊莖山藥種的播種有方向性要求，排種和輸送過程中要保證最后排種的方向，給山藥自動排種帶來了極大困難。

2.5種植農(nóng)藝工序復(fù)雜繁多

山藥種植工序繁多，種植前需要進(jìn)行整地，挑選石塊，對土壤進(jìn)行施肥攪拌，播種時(shí)進(jìn)行開溝、起壟、放種、培土和壓實(shí)等工序，工作量大，需要大量的人力。

特別是培土和壓實(shí)方面農(nóng)藝要求較高，需要把壟溝里面的土重新聚集到壟上并進(jìn)行兩側(cè)壓實(shí)，溝里的土過多會導(dǎo)致下雨時(shí)水流通不利，滲入到壟里；壓實(shí)高度不宜過高，種子在壟的上部，壓實(shí)過高會對種子造成破壞。繁雜的農(nóng)藝工序使機(jī)械一體化需要考慮多種工作機(jī)構(gòu)，難度較大。

2.6種植模式和山藥品種差異性

不同地區(qū)和不同品種山藥種植模式存在較大差別，相同品種種植戶的種植習(xí)慣也存在差別，這對播種機(jī)的適應(yīng)性提出了更高的要求，如滿足不同行距和株距，不同山藥品種和相同品種不同尺寸山藥種的差別等各方面的要求，上述差別給機(jī)械化播種機(jī)械的設(shè)計(jì)帶來了困難。

3播種機(jī)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1半機(jī)械化播種作業(yè)

現(xiàn)有的山藥種植機(jī)采用機(jī)械進(jìn)行開溝松土，然后人工施藥，人工進(jìn)行定向放種，播種完成后進(jìn)行人工覆土、起壟和拍打，人工用腳壓實(shí)，工作效率低，勞動強(qiáng)度大；或者采取機(jī)械化覆土、起壟和壓實(shí)，如圖3所示。相對于人工，機(jī)械化作業(yè)效率明顯提高。

3.2機(jī)械化播種作業(yè)

3.2.1人工排種

濰坊某公司研發(fā)了一種山藥播種機(jī)，采用雙鏈條對向傳動結(jié)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)施肥、用藥、播種、覆土起壟和覆膜等多道工序，山藥種長度20~25 cm，能夠?qū)崿F(xiàn)雙壟雙行作業(yè)。

青島某公司采用鏈槽式結(jié)構(gòu)自主研發(fā)了2款山藥播種機(jī)，適用于山藥段和山藥栽子的播種，山藥種的長度10~15 cm，能夠一次性完成開溝、施肥、播種、覆土和鎮(zhèn)壓等工序，單壟雙行作業(yè)。

從其作業(yè)效果上看，上述幾種山藥播種機(jī)都是采用1機(jī)3人作業(yè)，人工放種，適合成品薯長度不太長的品種，且起壟高度較低，壟兩側(cè)壓實(shí)效果較差，不適合種植像鐵棍山藥這樣的品種。且上述幾款山藥播種機(jī)集多種播種工序?yàn)橐惑w，大大降低了勞動強(qiáng)度，提高了勞動效率，且株距控制均勻，結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，適合特定的山藥品種，適應(yīng)性相對較差。

3.2.2自動排種

青島農(nóng)業(yè)大學(xué)基于仿生學(xué)的原理，嘗試模擬人抓取的動作，設(shè)計(jì)了推送式和抓取式排種器來代替人工放種問題，能將1機(jī)3人作業(yè)變成1機(jī)2人作業(yè)，解決自動排種的難題，從而降低山藥播種的人工成本，但其工作的可靠性和適用性還需要進(jìn)一步研究論證。

4機(jī)械化播種研究方向

4.1農(nóng)機(jī)農(nóng)藝有效融合

山藥播種相對于普通的馬鈴薯等塊莖作物，品種多、種植模式多樣和播種工藝復(fù)雜，這些因素決定了山藥機(jī)械化播種的難度，因此只有對播種要求有深入的了解，才能實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝相結(jié)合，使設(shè)計(jì)的機(jī)器有更好的適用性。

針對山藥品種的多樣性，可以先從種植規(guī)模大，農(nóng)民急需的品種入手與農(nóng)藝專家一起討論制定實(shí)現(xiàn)該品種的機(jī)械化播種解決方案，進(jìn)行播種機(jī)的研究，使農(nóng)機(jī)農(nóng)藝有機(jī)融合，并在此基礎(chǔ)上，逐步拓展到其他山藥品種。

4.2山藥播種關(guān)鍵技術(shù)

針對山藥種易破損、定向排種、起壟壓實(shí)以及種前開深溝松土和精量播種等要求，重點(diǎn)研究定向排種技術(shù)、低損排種技術(shù)、開溝深松技術(shù)、起壟壓實(shí)技術(shù)和精量排種技術(shù)等關(guān)鍵核心共性技術(shù)。

4.3山藥播種裝備系統(tǒng)集成

山藥播種前施肥、旋耕和開溝松土，播種時(shí)排種、覆土和拍實(shí)，整個(gè)播種工序復(fù)雜。根據(jù)農(nóng)藝要求，將研究的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)集成，使播種裝備盡可能的1次進(jìn)地作業(yè)完成較多的功能，降低人工作業(yè)強(qiáng)度，提高播種效率，減少對土地的多次碾壓。

4.4標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；N植

在農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合基礎(chǔ)上，將好的山藥機(jī)械化播種裝備在山藥主產(chǎn)區(qū)進(jìn)行示范推廣，建立山藥機(jī)械化播種技術(shù)規(guī)范，形成可快速復(fù)制推廣的標(biāo)準(zhǔn)化種植技術(shù)，促進(jìn)山藥規(guī)?；N植的發(fā)展，改變因種植模式和種植習(xí)慣等多種因素導(dǎo)致的山藥播種機(jī)械化程度低的問題，實(shí)現(xiàn)山藥標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)?；N植。

5播種機(jī)械化需要突破的關(guān)鍵技術(shù)

5.1塊莖自動排種關(guān)鍵技術(shù)

隨著人工成本的增加，人工工作效率低，山藥自動排種技術(shù)的突破就顯得至關(guān)重要。為有效解決人工放種費(fèi)時(shí)費(fèi)力等問題，結(jié)合現(xiàn)有山藥播種排種技術(shù)的現(xiàn)狀及相似桿莖類作物機(jī)械化發(fā)展的研究經(jīng)驗(yàn)。

對其進(jìn)行優(yōu)化升級，通過多種機(jī)構(gòu)單元相結(jié)合，共同協(xié)調(diào)工作，并利用現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)和設(shè)備，從根本上解決人工排種面臨的種種問題，設(shè)計(jì)出符合要求的塊莖自動排種器。

5.2柔性低損排種和定向輸送技術(shù)

山藥種塊在輸送、放種和排種等過程易破損，山藥種子流動性差，山藥栽子帶芽播種時(shí)機(jī)械碰撞破壞嫩芽等問題都會導(dǎo)致種子破損，影響出芽率。通過材料篩選、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、優(yōu)化和試驗(yàn)分析等設(shè)計(jì)出種塊在輸送和排種過程中的低損排種技術(shù)。

塊狀山藥種子種植對自身的方向性有較高要求，根據(jù)山藥桿狀莖塊頭尾順次播種的農(nóng)藝要求，設(shè)計(jì)出滿足桿狀莖塊定向排列要求的定向輸送技術(shù)。

5.3山藥豆的精量排種技術(shù)

山藥豆尺寸范圍較大且品種多，同一品種的尺寸差別也較大，使得精量排種變得困難，設(shè)計(jì)缺陷的會出現(xiàn)1穴多種或漏播的現(xiàn)象，不僅會增加成本，還會影響山藥育種的質(zhì)量。因此，研究株距均勻，單粒精播的山藥豆精量排種技術(shù)至關(guān)重要。

5.4自動仿形壓實(shí)技術(shù)

山藥桿狀塊莖排種覆土后，需重新塑壟兩側(cè)壓實(shí)，壓實(shí)的壟可以抵抗雨水的沖刷，防止雨水的浸泡使山藥根部腐爛。另外，由于土質(zhì)的區(qū)別，影響起壟壓實(shí)效果。因此，根據(jù)壟結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計(jì)可調(diào)自動仿形壓實(shí)裝置，可根據(jù)不同山藥種植要求，使對壟壓實(shí)程度達(dá)到農(nóng)藝要求。

目前，我國山藥種植農(nóng)藝要求高，工序復(fù)雜，播種機(jī)械化程度低，嚴(yán)重制約了山藥的發(fā)展。山藥品種多樣、塊莖有方向要求、自動化播種損種率高和山藥豆尺寸范圍大等問題使得精量排種十分困難。因此，我國山藥播種機(jī)械化亟需突破塊莖自動排種關(guān)鍵技術(shù)、柔性低損排種、定向輸送技術(shù)、山藥豆精量排種技術(shù)和自動仿形壓實(shí)技術(shù)。

總結(jié)現(xiàn)有山藥播種排種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，在農(nóng)機(jī)農(nóng)藝有機(jī)融合的基礎(chǔ)上，進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過關(guān)鍵技術(shù)研究和系統(tǒng)集成，研制符合我國山藥主產(chǎn)區(qū)要求的多功能山藥種植機(jī)械，促進(jìn)我國山藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

（作者： 潘志國 李心志 楊然兵 郭春生 趙金爽 王文向）