鹽堿地油莎豆機械化播種收獲技術與裝備研究進展

張斌 劉晶 范仲學 候鵬麗

摘要：油莎豆適應性強、抗逆性高、耐鹽堿、耐貧瘠、抗旱、耐澇的特點使其成為鹽堿地改良和農業可持續發展的優良選擇。油莎豆塊莖生于地下，其機械化播種、收獲方式成為該作物規模化推廣種植及實現全產業鏈開發的關鍵。本文介紹了油莎豆的播種、收獲方式方法，重點對目前油莎豆播種、收獲機械研究開發情況進行了系統闡述，并對鹽堿地油莎豆推廣種植及產業發展做了展望。

關鍵詞：油莎豆;鹽堿地;播種;收獲;機械化

中圖分類號：S223.2+S225.7+3文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2019）04-0143-05

Abstract Because of its strong adaptability， high stress resistance， salt and alkali tolerance， leanness tolerance， drought resistance and waterlogging tolerance， Cyperus esculentus has become a good choice for improving saline-alkali land and sustainable development of agriculture. The tuber of Cyperus esculentus grows underground， so the mechanical sowing and harvesting methods become the key to limit its large-scale extension and planting and the realization of industrial chain development. The study introduced the sowing and harvesting techniques and methods of oil-sowing soybean， summarized the research and development status of relevant techniques and methods， and prospected the promoting planting and industrial development of oil-sowing soybean in saline-alkali soil.

Keywords Cyperus esculentus; Saline-alkali soil; Sow; Harvest; Mechanization

油莎豆又稱為油莎草或洋荸薺，是莎草科多年生草本植物，具有耐鹽獨特性狀，1952年中國科學院植物研究所北京植物園從蘇聯引入，1960年又從保加利亞引入栽培[1]。近年來國內多地已引種試種，新疆、廣西、內蒙古、湖南、山東等20多個省市自治區有所分布[2]，主要種植于鹽堿地塊。

有研究表明，油莎豆含油脂20%～32%、淀粉25%～30%、糖分12%～20%、纖維素2.5%～3%以及樹脂7%[3-6]，因此它又叫做“地下核桃”及“油料作物之王，是替代大豆的重要油料作物”[7]。油莎豆塊莖中亞油酸、油酸、棕櫚油酸和亞麻油酸含量較高，可以用于制作生物柴油[8-14] ，因此具有良好的種植效益和應用前景。油莎豆具有抗旱耐澇、耐貧瘠、病蟲害發生率低以及適應性強、耐鹽堿等特性，可緩解鹽堿對其生長發育的限制[15]，同時其根系發達、須根多，又有改良鹽堿地的作用，因此規模化推廣種植油莎豆是鹽堿地改良利用和提高種植效益的優良選擇[16]。

農業的根本出路在于機械化。為實現鹽堿地油莎豆的高產優質和規模化種植，加快推進油莎豆播種、收獲機械化生產進程成為重中之重。本文擬通過總結普通大田及鹽堿地油莎豆播種、收獲方式方法，通過系統闡述目前油莎豆播種、收獲機械研究開發情況，對我國及山東省鹽堿地油莎豆高效種植與產業化開發前景進行展望，對其機械化規模生產和相關研究提供參考。

1 油莎豆播種方式及播種機研發進展

1.1 油莎豆播種

為提高油莎豆種子出苗率，在土壤改良、精細整地基礎上，選用頭年收獲的飽滿、無蟲眼損壞的種子進行浸種催芽，在地溫保持至13℃以上時播種。鹽堿地油莎豆可采用點播方式淺播，每穴播種2～3粒，播后覆蓋2 cm沙土，株行距為30 cm×20 cm。由于鹽堿地性涼，在種植后覆蓋地膜，提高土溫的同時保持水分，避免水分過度蒸發造成土壤返鹽而影響油莎豆的出苗生長。播種后根據油莎豆生長所需的元素進行追肥，降低土壤鹽堿度的同時促進油莎豆的分蘗與果實膨大。為了避免病蟲害發生，可適量噴撒藥物例如稀釋后的敵百蟲進行病蟲害防治。

1.2 油莎豆播種機研發進展

油莎豆播種費時費力效率較低，實現播種機械化將會大幅提高作物種植效益，節省人力物力，實質性推動油莎豆規模化種植推廣。目前常見的油莎豆播種機采用以下三種方式。一是單行精播方式：手推式滾輪精播機是當前最普遍的油莎豆人工播種機械，主要靠人力推動進行播種作業，能根據種子類型和大小，靈活選擇相應的播種器進行播種，操作簡單、性能穩定、造價低廉，適合于地形復雜及小面積地塊使用。二是油莎豆膜下播種方式：主要采用兩行四行膜下播種機，該機械能夠一次性完成筑壟、施肥、播種、撒藥、覆膜等一系列工序，其特點是能在膜上筑土、省去人工破孔插苗步驟以避免膜上打孔穴播造成的板結，但不宜在降雨量多的地區使用。三是油莎豆膜上播種方式：采用膜上打孔播種機，該機械的鴨嘴式排種器可實現膜上打孔、先鋪膜后播種，避免了人工放苗，但存在穩定性差且對整地要求較高等缺點[17]。

鹽堿土壤種植過程中應實施鋪膜種植進行保溫保墑，同時防止水分蒸發造成土壤返鹽。目前針對鹽堿地油莎豆播種機械的研發相對較少，其中河北農業大學機電工程學院研制的氣吸式油莎豆精量鋪膜播種機較為理想[18]。該播種機采用氣吸式排種器，能夠適應不同種類和直徑大小的種子，同時對種子有較好的保護作用，基本實現了開溝、單粒精播、覆土、鋪膜等工序一次性完成，具有易調整、操作簡單等特點。田間試驗證明，該機械結構設計合理，能夠較好地實現精量播種，適合大規模播種作業，是一種可靠度較高的油莎豆播種機。但是該機械的氣吸式排種器結構較為復雜，存在氣吸室真空程度、吸種孔大小等影響性能的因素[19-24]。因此，大力開展多功能播種機的試驗研究、進一步提高機械科技含量和工作效率是當前油莎豆播種機械研究的重點。

2 油莎豆收獲方法與收獲機械研究進展

2.1 油莎豆收獲方法

油莎豆根系發達，塊莖埋于地下，塊莖與植株間相連的根莖較細、韌性低、易斷裂，收獲過程中極易發生落果現象[25]，鹽堿地因其土壤粘性大、板結嚴重收獲難度更大。油莎豆全育期為120天左右，北方春播時間一般為4月中下旬，9月下旬或10月初即可收獲[26]，南方可提前一個月種植，可稍延緩收獲。收獲時通過地上植株葉片及地下塊莖來判斷是否成熟，即葉片大部分變黃，塊莖變得堅硬且大部分呈橘黃色或棕褐色則表示成熟，此時便可進行采摘收獲。

油莎豆對收獲期的要求較為嚴格，過早或過晚都會對塊莖品質產生不利影響[27]。遼寧省林業土壤研究所相關研究表明，在一定收獲時期范圍內，隨時間推移，油莎豆塊莖粗脂肪含量呈先增加后減少趨勢，收獲過早，塊莖發育不完全，呈現不飽滿的狀態，且油脂、淀粉、糖類等成分含量降低，并導致塊莖的發芽率降低、不能用作種子;過晚則同樣使其營養物質有所減少，兩者都不利于實現油莎豆的優質高產。因此把握好最適收獲時間是實現油莎豆優質高產種植的關鍵。

目前油莎豆的收獲方式主要以人工為主，收獲時用手或短耙將植株拔起，在土壤條件較好的地帶，大部分塊莖會連同植株一齊拔出，后用短棒輕輕敲打，使較大的土塊從植株塊莖上脫落，而后放入準備好的鐵篩中，篩除和塊莖沾黏的泥土。而在土壤粘性大的地塊直接拔起植株易造成植株與塊莖分離，塊莖滯留在土中，此時應使用鏟子在適當的土壤深度中將土與塊莖一同挖出，經過一到兩天的晾曬，使其塊莖上粘附的土塊變松散，而后用上述同樣的方法去除泥土。本研究團隊嘗試在油莎豆地下塊莖生長的位置（地面以下5～10 cm）下面鋪一層尼龍網的種植方式，待收獲時直接將網拉出，以提高收獲效率，目前尚在進行規模化、系統性種植試驗測試過程中。

收獲后的油莎豆含水量一般在60%左右，此時不宜立即貯藏，因為溫度高時會引起種子腐爛，過低則易使內含的自由水結晶而損傷種子，因此，剛收獲的油莎豆種子需經過1～2天晾曬，待種子含水量降至15%以下時即可入庫貯藏[28]。貯藏過程中應保證其內空間的空氣流通，防止種子回潮發霉，且溫度不宜過高，置于0～5℃下即可，同時注意鼠害的防控。

2.2 油莎豆收獲機械研究進展

油莎豆人工收獲費時費力，研制推廣收獲機械是實現油莎豆規模化推廣種植的關鍵。國內部分省份20世紀80年代就已開展油莎豆收獲機械的研制工作，通過不斷試驗改進，收獲機械的指標和性能也在不斷完善，為實現機收奠定了基礎。

早期的油莎豆收獲機有西北植物研究所研制的油莎豆簡易篩選機，是一種人力腳踏式半自動化機械[29]。根據對人力腳踏速率的估測，該篩選機可達到1∶10的傳動比，一定程度上減輕了勞動強度。它具有結構簡單、操作方便、造價低的特點，并且能夠實現一機多用。相關測試結果表明該機收獲效果較好，幾乎無種子破碎現象，在一般土壤條件下都能使用，但在含水量較高的粘土中需要加大人工操作力度，工作效率較低，盡管在慣性輪上考慮了配重平衡的問題，但仍未改善作業時晃動幅度大的缺點。該研究所隨后又研制出懸掛式機型，采用鏟篩聯合機構及半圓弧強制分離原理，整體性能得到了提高，能夠一次性完成收割、分離、入斗等一系列收獲環節，具有結構簡單、易維修、操作方便等特點。但該機型對土壤性質如含水量方面也有嚴格要求，加之其試驗面積較小，許多缺點尚未顯現出來，仍需進一步完善[30]。

河北唐山市郊區農機廠研制的油莎豆收獲機采用“竄垡”挖土鏟，具有良好的碎土性能，通過滾筒篩與半圓篩的雙重篩選，使入斗的油莎豆比較潔凈。遼寧省彰武縣農機研究所、營口市農業生產資料公司等單位于20世紀70年代也開展了油莎豆收獲機的研制工作，在2～3年內研制出9種樣機，其中半圓弧篩式收獲機和人力移動半機械化收獲機是兩種典型代表機型。兩種收獲機在工作前期都需要人力的參與，進行人工割莖稈，前者通過軸流滾筒分離根莖與大石塊，再經過平篩去除少量殘土，實現油莎豆的土果分離，但只適用于平坦、無大石塊的地塊且要求機械有較大功率。

與上述收獲機相似的機型還有很多，如工農518—28Ⅰ型、Ⅳ型油莎豆收獲機和遼寧518—12型半化式油莎豆收獲機、平篩式油莎豆收獲機等等。這些收獲機為油莎豆機械化生產帶來了便利，但是仍存在功能較為單一、適用范圍窄等技術缺陷，具有一定的局限性。

近年來，針對我國油莎豆產業發展需求，通過油莎豆產業上中下游研究專家協同攻關，引入模塊化、數字化、自動化、智能化等現代化技術，油莎豆收獲機研制取得較快發展。2010年，邵陽市農機研究所成功研制出一種振動篩式多功能收獲機，運用模塊化理念解決了油莎豆在粘土中土果難以分離的難題。該機在傳統收獲機的基礎上增加了一個風輪機，能在低耗能情況下將粉碎的根莖吹出，避免出現以往草莖堵塞篩孔現象;在功能化模塊的基礎上同時實現了不同適應性機型和功能的快速轉換，使之具有良好的適應性。該設備具有重量輕、體積小、成本低、篩選效率高、種子破碎率低、性能穩定、維修方便等一系列優點，為油莎豆的機械化生產提供了良好選擇[31，32]。

油莎豆和花生收獲方式相似，可以借鑒花生收獲機械的優點加以利用。目前，鏟篩組合分段式花生收獲機是一種新的收獲機研制模式，該模式將收獲過程中挖掘與分離兩個步驟整合為一體，實現一次性挖掘、去土、送秧作業，落果率、破損率、機器耗油量都普遍較低[33] 。針對花生壟作覆膜種植模式，青島農業大學聯合相關農機研發企業研制出一種4H—2型花生收獲機，利用反向等角度擺動原理一次性完成種子的挖掘與分離，機器結構緊湊，而且能夠切割地膜，降低了殘膜對土壤的危害[34]。以上兩種花生收獲機械均對油莎豆收獲機的研制開發具有一定借鑒意義。

當前，油莎豆播種、收獲機械的研發應根據山東省鹽堿地油莎豆推廣種植面臨的實際需求和問題，在現有研發基礎上加大新技術、新工藝創新力度，開展關鍵設備研制和相關分析測試，加大設備與人工智能技術對接，以期研制出一種適用于不同鹽堿地類型的油莎豆高效種植收獲機械。

3 展望

近年來，油莎豆因其自身的特征和優勢，已成為我國經濟作物產業發展中的一顆明星，在鹽堿地改良和開發利用方面應用前景廣闊。一是國家、山東省鹽堿地開發利用以及油莎豆產業發展相關政策的陸續出臺，為油莎豆鹽堿地推廣種植提供了廣闊空間。二是由于農村勞動力減少、勞動力價格提升，鹽堿地棉花等作物種植產業近趨萎縮，大量的鹽堿地得不到利用，亟待新的種植效益較高的作物新品種加以替代，油莎豆以其耐鹽堿、耐貧瘠、含油量高等特點成為鹽堿地可持續開發利用的最佳選擇之一。三是山東省濱海鹽堿地面積分布較大，沿海城市具有良好的產業發展區位優勢，能夠為油莎豆全產業鏈開發提供較為扎實的產業基礎。

目前，山東省鹽堿地油莎豆規模化推廣種植仍然面臨著諸多困難和瓶頸。一是油莎豆全產業鏈發展模式還不完善，種植效益較常規作物不明顯，加上農民對油莎豆了解較少，導致農民種植積極性偏低。二是針對鹽堿地不同土壤類型的油莎豆機械研發創新力度不夠，現有機械普遍存在穩定性差、功能單一等缺點，多功能種植機械仍處于發展初期階段。三是缺乏適宜于鹽堿地種植的高產、優質、耐鹽油莎豆品種及配套高效栽培技術，對相關種植技術普及力度不夠。

針對油莎豆產業發展面臨的問題和瓶頸，建議做好以下四個方面工作。第一，加大油莎豆種植的宣傳力度，開展多層次、多樣化的宣傳活動，同時加強農技人員相關培訓和政策扶持力度，加大油莎豆種植技術的普及和推廣，使農民更加全面深入地了解油莎豆，不斷提高農民種植油莎豆的積極性。第二，加強油莎豆高產優質耐鹽品種的培育，育出適合山東不同類型鹽堿地種植的優良品種;研發出相關配套高效栽培技術，建立起完善的鹽堿地油莎豆栽培技術體系。第三，大力開展油莎豆播種收獲機械及相關配套技術的開發和研制，探索形成多元農機化研發資金投入機制，發揮國家補貼政策的宏觀調節作用，實現油莎豆全程機械化生產，為油莎豆大規模種植提供保障，實現節本增效和農業現代化進程。第四，加強油莎豆深加工研究，研發一系列基于油莎豆優異品質及特性的深加工技術和產品，促進其應用模式和產業開發的多樣化，增強油莎豆產品的市場競爭力，力求鹽堿地油莎豆種植產業效益的最大化。

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