徐 曼 ， 张健伟 ， 陈永前 ， 穆亚平 ， 陶 波
（1.毕节市农业机械研究所，贵州 毕节 551700；
2.毕节市农机安全服务中心，贵州 毕节 551700）
半夏为天南星科植物半夏（Pinellia Ternata）的块根，是我国传统的中药材[1]，为多年生草本植物，具有燥湿化痰、降逆止呕、消痞散结的功效[2]。半夏作为重要中药材以及农民致富的药用经济作物，在我国河北省、甘肃省、山西省、贵州省等省份广泛种植，且种植面积逐年提升。近年来，半夏经济效益显著，农民种植积极性较高。由于中药材半夏在抗击新冠肺炎疫情中的有效作用，半夏的市场需求旺盛，每年的内需及出口总量为8 000 t~10 000 t，且呈逐年增加之势。含半夏的中成药较多，有516种中成药都用到半夏。首个治疗新冠肺炎的中成药化湿败毒颗粒涉及的14种药材中就有半夏。日本还用半夏加工药粥、药饮料等保健食品，市场欢迎度很高。野生半夏常生长于山坡、溪边阴湿的草丛或树林下，但由于开垦荒地，荒地伐林使其生长环境遭到严重破坏。农田亦有生长，但由于大量使用灭草剂，农田中的半夏已基本绝迹。目前全国不少野生半夏基地几乎名存实亡，且人工栽培发展缓慢。几年来旱半夏货源较紧，种植也少，半夏亩用种量较大，种植成本高，播种基本采用人工、半人工半机械化等劳动强度高的作业方式，让药农望而生畏，一般都不敢大规模发展，所以总产量不高，很难及时满足市场供应。目前，半夏播种的农艺以人工为主[3]，种植环节机械化发展进程缓慢，需要加强科研工作者、农业技术人员等力量的投入力度。为加快半夏种植机械化发展，课题组梳理国内外先进块茎类作物及现有的半夏机械化播种技术，并提出半夏种植机械化的发展需求和发展趋势。
半夏机械化播种技术起步较晚，从亟需研究的内容角度而言，在设计好用且符合生产实际的半夏播种机时需要考虑农机农艺结合的原则，首先是确定半夏种子的形状特征、尺寸特征、播种密度、土壤质地、不同种植地区的播种农艺要求等。
1.1 半夏的性状特征
半夏外观呈类球形，如图1所示，有的稍偏斜，直径1.0 cm~1.5 cm。表面白色或浅黄色，顶端有凹陷的茎痕，周围密布麻点状根痕，下面钝圆，较光滑。质坚实，断面洁白，富粉性[4]。半夏种球大小不一，对播种机的设计有重要影响。半夏种子的直径等级有4种，分别为20 mm以上、15 cm~20 mm、10 cm~15 mm及10 mm以下，前3种可以用机械播种，最后一种种子过小多进行撒播[5]。
图1 半夏种粒
1.2 播种密度、深度、播种期
裴国平等[6]研究了北方栽培半夏播种密度与总鲜产量、产量构成、繁殖系数间的关系，试验结果表明：大田高产栽培时最适播种密度为488.5万粒/hm2，试验条件下可达总鲜产量17 914.3 kg/hm2；
后又研究了半夏种球大小及播深与一级珠芽生长高度的关系[7]，探讨半夏在不同种球大小［直径：≤1 cm(a)；
1 cm~2 cm(b)；
≥2 cm(c)］、不同播种深度[8 cm(A)；
16 cm(B)；
24 cm(C)]与一级珠芽生长高度的数学关系以及半夏一级珠芽重量与总产量的关系。研究表明，半夏种球与一级珠芽的生长距离随播深的增加和粒级的增大而增大，增加播深和增大粒级都能为半夏二级珠芽的产生提供条件，为增产提供可能性。但在试验过程中发现，播种越深，粒级越大，出苗越少，珠芽的腐烂率越高。因此，播深、粒级与腐烂率三者之间的关系对指导半夏增产具有现实意义。播种机的参数设计要依据以上研究进行，才能满足实际的生产需求。张雁萍等[8]研究了不同种植密度对半夏性状及产量的影响，研究发现：玉米间套作半夏时，20 cm×7 cm和20 cm×6 cm（每窝2粒）是较理想的半夏播种密度。这些参数为半夏播种机的设计提供了数据支撑。
1.3 半夏种植的土壤条件与种植模式
半夏喜湿润、肥沃、质地疏松、富含有机质的中性砂质壤土。因此，半夏种植应选择质地疏松、蓄水保墒能力较强、排灌性能良好的中性壤土地块。为避免重茬种植，选择前茬种植过豆科和禾本科作物的地块为好。山丘区种植可选择缓坡地块，平原区种植若地块排水性能较差，在种植时应充分考虑挖排水沟或配备排水设施装备[9]。
半夏播种是半夏生产的首要环节，在以往的播种中，基本上采用人工刨坑、开沟、撒种的方式作业，这种方法不仅用人多，工作效率还低。国内的半夏播种机大多是由玉米、马铃薯等与半夏种子相似的播种设备改进而成，目前还很少有专门针对半夏的种植环境要求和不同的地域需求来进行设计的播种机。从最早有半夏播种机的数据开始梳理，发现从2014年开始有半夏播种机的研究文献报道，到现在，半夏播种机才进入起步研究的阶段。半夏播种机械学术研究趋势，如图2所示。
图2 半夏播种机械学术研究趋势
2017年，李朝君设计了一种旱半夏种植播种耧，如图3所示[10]，其工作原理是在储种箱下部设有落种箱，落种箱呈漏斗状，固定连接在支撑架上；
落种箱下部设有落种桶，落种桶为圆筒状；
落种桶下部设有密封盖，密封盖用于阻止大量的种子直接下落入土壤内；
密封盖上设有漏种孔，漏种孔的直径大于旱半夏种子的直径，完全打开时，一次能够使两个左右的种子直接下落。封堵块固定在连接杆的一端，采用重密度金属材质制成，为圆球状。在播种耧行进的过程中，由于连接杆的一端为活动连接，从而使封堵块能够在运动轨道内来回运动。但是该机具只能单行播种，生产效率较低，在使用过程中，容易歪斜，导致播种规范度较差。
图3 旱半夏种植播种耧
2018年，张国帅等[11]设计了一种舀勺式半夏播种机排种器，其主要由隔离板、种勺、输送带、从动轮、导种筒、振动装置、主动轮、间隙调整装置、机架等构成。
根据半夏种径不同等级设计了3种对应的种勺结构及排布形式；
采用更换输送带的方式设计了行距株距的调整装置，可根据半夏种径等级便捷调整行距株距；
采用圆柱滚子盘形凸轮机构振动式和加装隔板措施设计的清种装置能可靠保证种勺内只有1颗半夏种子；
利用导种筒与机架的螺栓连接方式设计了间隙调整装置，能方便地调整导种筒与种勺之间的距离，从而有效地避免重播、漏播等问题。该型号排种器，借鉴大蒜排种器，由种勺、输送带、行距株距调整装置、清种装置及间隙调整装置等构成。由于半夏种子近似于球形，故设计的种勺形状也近似于半球形，边缘有向下翻折的过渡圆弧，这样可以增大种勺的横截面积，在舀种的过程中可增大与种子的接触面积，从而降低种勺破坏种皮的概率。
2019年，陈集双等发明了一种多管式半夏种茎播种装置，其主要包括固定杆、定位杆、落种装置、支撑装置[12]。落种装置包括落种槽、落种管、防护套、插孔锥，支撑装置包括行走机构、伸缩支撑杆装置；
定位杆上设有多个落种孔，并且定位杆采用可伸缩杆。该播种装置结构简单、易于操控，可确保种植深度、种植密度和种植行距株距合理，适用于中小型面积的半夏种植。
针对半夏播种机因为根茎球大小不均匀而造成卡槽堆积、落种难的问题，2020年韩金龙等设计了一款半夏播种机[13]。通过传送带利用摩擦力将半夏种子从物料箱内带出并送入落种管内实现播种，该方式解决了现有播种机无法针对半夏种子大小不均匀进行播种的问题，而且避免了种子卡槽堆积、落种难的情况，采用软分种的方式实现了半夏种子的机械播种。相比于之前的半夏播种机，该播种机可极大地减少人工的参与。
2021年，邵显雷设计了一款焦半夏播种装置，其主要由机架、间隔播种控制装置、漏种管道、种子仓、肥料仓、分隔板、施肥装置、连接架、滚轮等构成[14]。该装置包括机架，机架顶部设置有种子仓，种子仓底部连接到上部漏种管道，上部漏种管道右侧连接到间隔播种控制装置，间隔播种控制装置固定在机架顶部右侧，上部漏种管道底部穿过机架连接到播种管。该新型半夏播种机增加了施加肥料的装置，不仅能够进行播种施肥一体化，同时，能够多维度地进行施肥，将种子播种在肥料中间，大幅度地提高了种子对肥料的吸收效果，提升了装置的实用性，也更加契合实际的生产需要，半夏播种机的性能也得到了优化。
2022年，苏微等[15]针对半夏种子形状不规则、表皮易破损而造成播种中充种困难、易伤种等问题，在测定半夏种子物料特性的基础上，设计了轮勺式半夏精密排种器，其主要由种勺、取种轮、回流板、种勺安装板、种箱隔板、种箱、挡种毛刷、外壳、轴承、排种轴套、护种板等构成。田间试验结果显示，半夏播种合格指数的影响因素排行依次为取种轮转速、种层高度、种勺型孔半径。
轮勺式排种器同链勺式排种器取种原理基本一致，从充种区开始取种，经过清种区、护种区，在排种区进行排种，整个充种过程种子不受剪切力或挤压力的作用，不会造成伤种现象，同时克服了链勺式排种器因链条抖动造成的漏播问题。
综上所述，当前我国半夏播种机仍存在一些问题，主要体现在以下几个方面：1）功能单一、生产效率低，因为我国现在半夏播种机以中小型为主，播种机生产效率低于国际平均水平；
2）农机农艺结合度低，适应性和可靠性较差，我国国土面积大，半夏种植地区广阔，有多种种植模式，致使我国生产的半夏播种机适应性差，并且在机械加工工艺、机械材料等方面与发达国家相比还有一定的差距，所以机具工作可靠性也有所欠缺；
3）漏播率比较高，播种质量不高；
4）智能化、自动化程度低。
通过文献调研的方法，查询我国半夏播种机及排种器的设计与发明，以及期刊论文的报道，发现我国的半夏机械化播种技术虽处于起步阶段，但发展较为迅速。从最初的单行人力推动播种，到多行机械化播种，再到种子、化肥一体化施用，再到舀勺式、链勺式排种器的研究使用，我国半夏播种机已经从纯人工走向半机械化，正在向全机械化、自动化方向迈进。通过文献汇总，梳理出当前的半夏机械化发展特点，并提出未来的发展趋势。
3.1 向综合型播种机研发方向发展
未来，半夏播种机的发展方向之一就是向综合型、复合型方向发展[16]。未来的半夏播种机将集深松、开沟、播种、施肥、覆土、覆膜（部分产区需要覆膜）等多种功能于一身，并且实现更多行的同时播种作业，提高播种的时效性和经济性，可以更好地提升半夏播种环节的作业效率，减少农机 具的多次作业，减少农户的作业成本。
3.2 加强半夏播种机关键零部件的研发
加强对半夏播种机关键部件的研究，结合农业生产条件，研发高性能排种器，提高制作工艺水平、降低产品价格，同时结合人工智能和自动控制等辅助手段提高播种质量，实现半夏生产智能化、高速化、精准化作业[17]。
3.3 提升农机农艺融合度
根据我国半夏种植地域以及不同地域种植农艺要求的特点，设计生产不同型号的半夏播种机，以满足该地区半夏种植的农艺要求。在小地块和丘陵地区以小型和中型半夏播种机为主；
对于干旱和半干旱地区，在原有设计的基础上增加覆膜装置和滴灌装置，以满足该地区种植的农艺要求；
对于北方平原地区，设计生产4行及4行以上的大型半夏联合播种机，以满足其大面积播种的实际需求。
3.4 智能化、精准化技术集成应用
通过高度融合的机电液一体化设备，研究播种株距自动控制系统、播种行距自动控制系统、播种深度控制系统、自动播种监控系统、漏播补种及重播取种系统等一系列自动控制系统。最终使我国半夏播种机达到世界一流水平。
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