趙祖松穎,鄭志安,黃璐琦
中藥材生產(chǎn)機(jī)械化的技術(shù)裝備需求量化模型構(gòu)建
趙祖松穎1,鄭志安1※,黃璐琦2
(1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展研究中心,北京 100083;2. 中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中藥資源中心,北京 100700)
為分析與判斷中藥材各生產(chǎn)環(huán)節(jié)機(jī)械化的差異化發(fā)展需求,從機(jī)械化作業(yè)程度、技術(shù)裝備狀況、用戶需求3個(gè)角度,結(jié)合熵權(quán)法和層次聚類分析法構(gòu)建了中藥材生產(chǎn)機(jī)械化的技術(shù)裝備發(fā)展需求量化評(píng)價(jià)模型,并基于Fisher判別法將該模型進(jìn)行函數(shù)化表達(dá)。實(shí)證評(píng)價(jià)結(jié)果表明,中藥材生產(chǎn)環(huán)節(jié)的發(fā)展需求可分為3類,其中收獲、中耕、移栽環(huán)節(jié)屬于A類需求水平,“無(wú)機(jī)可用”和“有機(jī)難用”的現(xiàn)象明顯,機(jī)械化技術(shù)裝備的發(fā)展需求迫切。Fisher判別法訓(xùn)練得到的函數(shù)I貢獻(xiàn)率為79.4%,Wilks’ Lambda值為0.037,具有統(tǒng)計(jì)顯著性,獲得的3種需求類別的中心值分別為-2.868,1.904和1.675,可用此數(shù)學(xué)模型精確表達(dá)發(fā)展需求的分類。該模型可在形成分類的同時(shí)體現(xiàn)原因和細(xì)節(jié),對(duì)于有針對(duì)性地開(kāi)展特定應(yīng)用需求的技術(shù)裝備研發(fā)、推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化供給側(cè)改革、促進(jìn)中藥材生產(chǎn)機(jī)械化的可持續(xù)發(fā)展具有指導(dǎo)意義,同時(shí)也可為其他機(jī)械化發(fā)展滯后的作物品種或地區(qū)的技術(shù)裝備發(fā)展需求評(píng)價(jià)提供參考。
機(jī)械化;模型;中藥材;需求;聚類分析;判別分析;熵權(quán)法
中醫(yī)藥是中華文明的瑰寶,中藥材是中醫(yī)藥事業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)。從20世紀(jì)中葉開(kāi)始,中國(guó)開(kāi)始大力發(fā)展中藥材的人工種植生產(chǎn),目前市場(chǎng)上超過(guò)70%的藥材由人工種植[1],中國(guó)中藥材種植面積在改革開(kāi)放以來(lái)的40年間提升了10倍,已經(jīng)形成規(guī)模種植的品種占常規(guī)使用品種的40%以上,中藥材集約化、規(guī)模化生產(chǎn)的趨勢(shì)明顯[2-3]。
相對(duì)其他農(nóng)作物的生產(chǎn),中藥材在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)品質(zhì)、安全性、有效性等方面的要求更嚴(yán)苛[4-6],勞動(dòng)密集特征十分突出[7]。伴隨著人口老齡化的加劇和農(nóng)村勞動(dòng)力的短缺,在藥材生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大的背景下,以機(jī)械代替人工勞動(dòng)進(jìn)行中藥材的生產(chǎn),已成為解決當(dāng)前藥材規(guī)模生產(chǎn)與人工成本高、勞動(dòng)力供給不足矛盾的關(guān)鍵手段。近年來(lái),有關(guān)藥材生產(chǎn)機(jī)械與裝備成為農(nóng)機(jī)行業(yè)的關(guān)注熱點(diǎn)和潛在價(jià)值增長(zhǎng)點(diǎn),然而中藥材生產(chǎn)機(jī)械化的發(fā)展起步較晚,技術(shù)水平落后[1],中藥材機(jī)械化生產(chǎn)總體上面臨著“無(wú)機(jī)可用”的局面。
在這一背景下,整合現(xiàn)階段的研究資源,有的放矢地發(fā)展中藥材機(jī)械化生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)機(jī)械化技術(shù)裝備的“從無(wú)到有”,是解決現(xiàn)階段機(jī)械化生產(chǎn)需求與供給矛盾問(wèn)題的關(guān)鍵。然而,由于中藥材品種繁多、生產(chǎn)環(huán)節(jié)復(fù)雜、區(qū)域差異性大等因素,有關(guān)藥材機(jī)械化生產(chǎn)的需求判斷困難且方法缺乏。如何根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況,科學(xué)認(rèn)識(shí)與評(píng)價(jià)機(jī)械化技術(shù)裝備的發(fā)展需求,有針對(duì)性地開(kāi)展特定應(yīng)用需求的技術(shù)裝備研發(fā),既是中藥材生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展過(guò)程中的現(xiàn)實(shí)需求,也是農(nóng)業(yè)機(jī)械化供給側(cè)改革過(guò)程中的重要研究?jī)?nèi)容。
為此,本文從中藥材生產(chǎn)的特征出發(fā),基于中藥材機(jī)械化技術(shù)裝備發(fā)展的評(píng)價(jià)環(huán)節(jié),構(gòu)建了集合機(jī)械化作業(yè)程度、技術(shù)裝備狀況和用戶需求的評(píng)價(jià)體系,運(yùn)用層次聚類分析方法構(gòu)造評(píng)價(jià)模型,采用判別分析法將模型進(jìn)行數(shù)學(xué)化表達(dá),并以國(guó)家中藥材產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系各綜合試驗(yàn)站示范基地為對(duì)象進(jìn)行實(shí)證評(píng)價(jià),旨在為分析與判斷中藥材各生產(chǎn)環(huán)節(jié)機(jī)械化的差異化發(fā)展需求提供量化參考依據(jù),也為其他機(jī)械化發(fā)展滯后的作物品種或地區(qū)的技術(shù)裝備發(fā)展需求量化評(píng)價(jià)提供參考。
鑒于中藥材生產(chǎn)的特殊性,為構(gòu)建可量化表達(dá)技術(shù)裝備發(fā)展需求評(píng)價(jià)模型,需要在明確模型適用范圍的基礎(chǔ)上制定評(píng)價(jià)原則,進(jìn)而確定相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)價(jià)方法,以增強(qiáng)模型的適用性。
在品種范圍上,中藥材的概念范圍寬泛,廣義的中藥材指經(jīng)初步加工處理的中藥原料,包括植物類、動(dòng)物類、礦物類藥材等[8],本研究所針對(duì)的中藥材是指相對(duì)狹義的藥材概念,即植物類藥材或中草藥,其中的中藥材生產(chǎn)是指根據(jù)藥用植物生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律,通過(guò)人工培育來(lái)獲得中藥材產(chǎn)品的生產(chǎn)活動(dòng),屬于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)范疇[1]。
在流程范圍上,中藥材生產(chǎn)過(guò)程相對(duì)較長(zhǎng),從田間生產(chǎn)到藥材飲片商品的形成通常在產(chǎn)地完成,由于本研究針對(duì)原藥材生產(chǎn)的過(guò)程,側(cè)重于農(nóng)業(yè)生產(chǎn),因此在流程方面的邊界范圍僅延伸至初加工環(huán)節(jié),不包括后續(xù)的炮制、儲(chǔ)存、包裝等環(huán)節(jié)。
在評(píng)價(jià)模型的運(yùn)用范圍上,模型可適用于多品種中藥材機(jī)械化技術(shù)裝備發(fā)展需求的評(píng)價(jià),也可用于區(qū)域內(nèi)的中藥材生產(chǎn),二者在評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)的選擇上有所不同。
不同品種的中藥材在不同地區(qū)的生產(chǎn)方式差異較大,在評(píng)價(jià)之初需要進(jìn)行一定的篩選,以有針對(duì)性地評(píng)價(jià)有必要和有明顯發(fā)展需求的環(huán)節(jié)。
由于中藥材機(jī)械化生產(chǎn)處于起步時(shí)期,機(jī)械裝備在各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的滲透不夠,發(fā)揮的作用還不足,因此,在選擇評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)時(shí),應(yīng)遵循發(fā)展和需求的思想,從促進(jìn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的中藥材生產(chǎn)機(jī)械化為目的進(jìn)行考慮,推進(jìn)技術(shù)裝備的形成和優(yōu)化。評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)的選擇可分為基本原則和特色原則,具體解釋如下:
1)基本原則。參考有關(guān)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的研究,設(shè)置3類基本原則:代表性原則、可比性原則和可測(cè)量原則[9-13]。代表性原則指在以區(qū)域或品種進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí),所選環(huán)節(jié)要能夠反映區(qū)域內(nèi)一般中藥材的生產(chǎn)流程或品種在某一范圍具有共性的環(huán)節(jié)。可比性原則指各環(huán)節(jié)需要相互獨(dú)立,不存在包含關(guān)系或重疊部分,以實(shí)現(xiàn)各指標(biāo)的橫向可比。可測(cè)量原則指所選環(huán)節(jié)涉及的數(shù)據(jù)要能夠在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中獲取,或通過(guò)科學(xué)的方法換算可得,具有可操作性。
2)特色原則。特色原則是在遵循當(dāng)前中藥材生產(chǎn)過(guò)程的基礎(chǔ)上,以藥材的生產(chǎn)為核心,以機(jī)械化發(fā)展為目標(biāo)的原則,分為環(huán)節(jié)特殊性貢獻(xiàn)原則和發(fā)展迫切性原則。
環(huán)節(jié)特殊性貢獻(xiàn)原則是以“藥”為核心,充分考慮藥材生產(chǎn)過(guò)程中相對(duì)特殊的環(huán)節(jié),尤其是對(duì)于主要活性成分形成和積累具有較大貢獻(xiàn)的環(huán)節(jié),或是具有特殊要求和意義的環(huán)節(jié)要給予著重考慮。
發(fā)展迫切性原則指評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)選擇過(guò)程中,需要從解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題出發(fā),著重考慮勞動(dòng)強(qiáng)度大、勞動(dòng)力需求較高且機(jī)械裝備不足的環(huán)節(jié),將生產(chǎn)者對(duì)機(jī)械化作業(yè)的迫切需求考慮在內(nèi);與之相對(duì)的,對(duì)于當(dāng)前需求較小、機(jī)械裝備發(fā)展相對(duì)成熟或是可以直接采用其他作物通用機(jī)械的環(huán)節(jié),要弱化考慮。
在以上范圍和原則的基礎(chǔ)上,以用戶為核心,從現(xiàn)階段中藥材機(jī)械化生產(chǎn)的技術(shù)發(fā)展情況、數(shù)據(jù)可獲得性等方面進(jìn)行考慮,構(gòu)建涵蓋機(jī)械化作業(yè)程度、機(jī)械化技術(shù)裝備狀況和用戶對(duì)機(jī)械化技術(shù)裝備需求的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。如圖1所示。

圖1 中藥材生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)裝備發(fā)展需求的形成與作用
1.3.1 機(jī)械化作業(yè)程度
機(jī)械化作業(yè)程度反映有關(guān)技術(shù)裝備在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用狀況,綜合體現(xiàn)發(fā)展需求的差異,通常采用機(jī)械化作業(yè)水平進(jìn)行量化描述。中藥材生產(chǎn)環(huán)節(jié)由田間生產(chǎn)和初加工2個(gè)部分組成,參考有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),田間生產(chǎn)環(huán)節(jié)的機(jī)械化作業(yè)程度計(jì)算方法如下[14-15]:

式中A表示第個(gè)環(huán)節(jié)的機(jī)械化作業(yè)程度,%;S表示第個(gè)環(huán)節(jié)中利用機(jī)械裝備進(jìn)行作業(yè)的面積,hm2;S表示第個(gè)環(huán)節(jié)中的總作業(yè)面積,hm2。
初加工環(huán)節(jié)的機(jī)械化作業(yè)程度計(jì)算方法如下:

式中M表示第個(gè)環(huán)節(jié)中利用機(jī)械裝備生產(chǎn)藥材的總量,t;M表示第個(gè)環(huán)節(jié)中的實(shí)際生產(chǎn)總量,t。由于中藥材處理工序上存在差異,在測(cè)算中需將藥材機(jī)械化生產(chǎn)總量和實(shí)際生產(chǎn)總量折算成干燥加工后的干藥材質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算。
1.3.2 機(jī)械化技術(shù)裝備狀況
農(nóng)業(yè)機(jī)械的鑒定評(píng)價(jià)對(duì)于將機(jī)具的研發(fā)和優(yōu)化與實(shí)際生產(chǎn)要求結(jié)合具有重要意義,對(duì)現(xiàn)有中藥材生產(chǎn)機(jī)械裝備的技術(shù)特征進(jìn)行識(shí)別,能夠體現(xiàn)機(jī)械裝備應(yīng)用過(guò)程中使用者的使用需求和存在的技術(shù)問(wèn)題,對(duì)促進(jìn)供需對(duì)應(yīng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械研發(fā)具有重要意義。參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和部分文獻(xiàn)[16-20],本文設(shè)置5個(gè)反映現(xiàn)有機(jī)械裝備狀況的指標(biāo),如表1所示。
通常情況下,農(nóng)業(yè)機(jī)械的評(píng)價(jià)需要設(shè)定功能細(xì)節(jié)指標(biāo)并設(shè)計(jì)試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)算評(píng)價(jià),側(cè)重于評(píng)估機(jī)械裝備的某方面性能。本文針對(duì)品種或區(qū)域范圍的評(píng)價(jià),主要目的是通過(guò)各方面的特征反映機(jī)械裝備在長(zhǎng)期使用過(guò)程中的效果,因此對(duì)于以上5個(gè)方面的評(píng)價(jià),直接由有關(guān)機(jī)械的使用者或管理者對(duì)所使用的機(jī)械裝備進(jìn)行等級(jí)評(píng)定,以簡(jiǎn)化評(píng)價(jià)流程,體現(xiàn)用戶的長(zhǎng)期使用感受,獲得可用數(shù)據(jù)。

表1 中藥材生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)裝備狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)
為綜合體現(xiàn)機(jī)械化技術(shù)裝備狀況,對(duì)以上5個(gè)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重賦值。為保證模型對(duì)品種或區(qū)域的針對(duì)性,避免主觀認(rèn)識(shí)帶來(lái)的干擾和因指標(biāo)差異過(guò)小造成的分析不清,本文采用客觀賦值法中的熵權(quán)法(Entropy Weight Method)進(jìn)行賦值[21-22],計(jì)算步驟如下:
1)原始數(shù)據(jù)矩陣標(biāo)準(zhǔn)化
設(shè)有個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo),個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象,得到原始數(shù)據(jù)矩陣為

進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后得到的矩陣為

式中y為第個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象在第個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)上的標(biāo)準(zhǔn)化值,y的計(jì)算公式如下:

2)計(jì)算信息熵
第個(gè)指標(biāo)的信息熵值E為

3)計(jì)算熵權(quán)
第個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)w為

通過(guò)熵權(quán)法確定各指標(biāo)的權(quán)重后,計(jì)算各環(huán)節(jié)的機(jī)械化技術(shù)裝備綜合狀況評(píng)分值B,計(jì)算公式為

1.3.3 用戶需求
農(nóng)戶是中藥材生產(chǎn)有關(guān)機(jī)械裝備的使用主體,也是機(jī)械化作業(yè)的主要受益對(duì)象,農(nóng)戶對(duì)機(jī)械化技術(shù)裝備的需求是一種結(jié)合使用者條件和各方面效益考慮的綜合需求。一般情況下,農(nóng)戶對(duì)某一事物的關(guān)注頻率會(huì)對(duì)其行為方式產(chǎn)生重要作用,關(guān)注頻率越高,需求意愿越強(qiáng),對(duì)于中藥材來(lái)說(shuō),機(jī)械化技術(shù)裝備空白較大,機(jī)械化生產(chǎn)的整體發(fā)展程度較低,但以機(jī)械代替人工勞動(dòng)具有很強(qiáng)的迫切性,在這一過(guò)程中,農(nóng)戶往往會(huì)關(guān)注市場(chǎng)中是否已存在適合的機(jī)械裝備,具有較強(qiáng)的技術(shù)的感知能力[23-24]。因此,結(jié)合農(nóng)戶的需求和對(duì)技術(shù)的感知,設(shè)置用戶需求程度指標(biāo)。
將用戶對(duì)機(jī)械化技術(shù)裝備的需求程度從低至高平均分為個(gè)等級(jí),1為需求程度最低等級(jí),為需求程度最高等級(jí),則第個(gè)環(huán)節(jié)機(jī)械化技術(shù)裝備的用戶的需求程度C為

式中P為需求機(jī)械化技術(shù)裝備的用戶占所有調(diào)查用戶的比例,%;U為需求該環(huán)節(jié)技術(shù)裝備但又無(wú)機(jī)可用的用戶占總需求用戶的比例,%;T為第個(gè)需求等級(jí)的用戶占總需求用戶的比例,%。
某一環(huán)節(jié)的機(jī)械化技術(shù)裝備用戶需求程度越高,說(shuō)明該環(huán)節(jié)的技術(shù)裝備發(fā)展需求程度越高,而對(duì)于機(jī)械化作業(yè)程度和技術(shù)裝備狀況這2個(gè)指標(biāo),高的發(fā)展需求往往對(duì)應(yīng)較低的機(jī)械化作業(yè)程度和綜合狀況評(píng)分值,因此將三者進(jìn)行整合分析時(shí),為使3類指標(biāo)方向一致,將用戶需求程度進(jìn)行相反數(shù)變換,反映用戶不需求機(jī)械化技術(shù)裝備的程度。
以上3類指標(biāo)既有不同之處,又有規(guī)律性特征,可以使用層次聚類分析法(Hierarchical Cluster Analysis Method)對(duì)其進(jìn)行總體歸類,將機(jī)械化技術(shù)裝備發(fā)展需求程度相似的環(huán)節(jié)進(jìn)行劃分,結(jié)合指標(biāo)細(xì)節(jié)進(jìn)行分析。
由于以上3類指標(biāo)的單位不同,數(shù)值之間存在較大差異,在進(jìn)行聚類分析距離計(jì)算時(shí)會(huì)得到較大的數(shù)值,造成距離相異性結(jié)果誤差[25],因此在進(jìn)行分析前采用得分法,使每個(gè)變項(xiàng)間的平均數(shù)為0,標(biāo)準(zhǔn)差為1,計(jì)算過(guò)程如下:
假設(shè)有個(gè)環(huán)節(jié),則第個(gè)環(huán)節(jié)第個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算公式為

其中


式中D為標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù),d為原始數(shù)據(jù),`d為原始數(shù)據(jù)的平均值,S為標(biāo)準(zhǔn)差。
根據(jù)以上分析,形成中藥材生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)裝備發(fā)展需求評(píng)價(jià)技術(shù)路線,如圖2所示。

圖2 中藥材生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)裝備發(fā)展需求評(píng)價(jià)技術(shù)路線
在層次聚類分析評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上,為進(jìn)一步體現(xiàn)以上3指標(biāo)的內(nèi)在聯(lián)系,使分類計(jì)算更具體化,通過(guò)對(duì)指標(biāo)直接進(jìn)行分組計(jì)算,保障評(píng)價(jià)模型能適應(yīng)機(jī)械化技術(shù)裝備的發(fā)展變化過(guò)程,進(jìn)一步采取Fihser判別分析法[26]進(jìn)行訓(xùn)練,建立判別函數(shù),精確實(shí)現(xiàn)分類量化評(píng)價(jià)。
在本研究中,設(shè)評(píng)價(jià)對(duì)象某個(gè)環(huán)節(jié)的三維參數(shù)向量為=(1,2,3)T,其投影公式為[27]

式中()為投影函數(shù),J為投影系數(shù),R為一維變量,表示維數(shù)。
Fisher判別是有監(jiān)督學(xué)習(xí)的判別算法,需要在樣本數(shù)據(jù)中提供先驗(yàn)分類作為訓(xùn)練基礎(chǔ),構(gòu)造訓(xùn)練集和測(cè)試集,而層次聚類分析的結(jié)果可作為Fisher判別模型訓(xùn)練的參考。
將指標(biāo)代入線性判別函數(shù)中進(jìn)行計(jì)算,比較計(jì)算結(jié)果與各中心值的距離,當(dāng)距離某類中心越近,說(shuō)明將某一環(huán)節(jié)判別為該類別越合理。判別函數(shù)的形式如下:

式中、、分別為機(jī)械化作業(yè)程度、技術(shù)裝備綜合狀況評(píng)分、用戶需求程度的系數(shù),為常量。
為進(jìn)一步對(duì)評(píng)價(jià)模型和有關(guān)流程進(jìn)行闡述,選擇國(guó)家中藥材產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系下各綜合試驗(yàn)站示范基地(簡(jiǎn)稱中藥材體系基地)作為評(píng)價(jià)對(duì)象。各基地對(duì)現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)和裝備的應(yīng)用相對(duì)較廣,是全國(guó)中藥材機(jī)械化生產(chǎn)的代表;在品種覆蓋方面,評(píng)價(jià)對(duì)象涉及的品種類型多,代表了常見(jiàn)中藥材品種和地方特色中藥材品種的生產(chǎn)情況;在范圍方面,評(píng)價(jià)對(duì)象分布在全國(guó)23個(gè)主要中藥生產(chǎn)省份,基地生產(chǎn)面積累計(jì)超過(guò)2.8×104hm2。評(píng)價(jià)對(duì)象涉及品種多、范圍廣、代表性強(qiáng),可一定程度反應(yīng)全國(guó)中藥材生產(chǎn)的機(jī)械化技術(shù)裝備情況。
評(píng)價(jià)對(duì)象為區(qū)域型多品種中藥材,結(jié)合環(huán)節(jié)選擇的基本原則和特色原則,選擇了播種、移栽、施肥、中耕、植保、收獲、凈制和干燥8個(gè)環(huán)節(jié)。
2.1.1 播種和移栽環(huán)節(jié)
中藥材體系基地所涉及的藥材在種植方式上可分為2種形式,一種是直接播種種子、塊莖等生物組織的直播方式,如柴胡、薏苡、栝樓等藥材;另一種育苗后移栽,如黨參、當(dāng)歸、黃芪等藥材。不同品種在不同地區(qū)采取符合當(dāng)?shù)貤l件的種植方式,其中需要移栽種植的中藥材較多,而移栽通常需和播種配合,因此從種植過(guò)程考慮,選擇播種和移栽2個(gè)環(huán)節(jié)。
2.1.2 施肥、中耕、植保環(huán)節(jié)
中藥材的田間管理對(duì)藥材生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的有效藥用成分積累至關(guān)重要,其過(guò)程也影響著藥材的質(zhì)量安全。
藥用植物的主要活性成分一般是次生代謝產(chǎn)物,其類型和含量受到遺傳因素和環(huán)境因素的共同影響[28-29],其中,環(huán)境脅迫對(duì)于增強(qiáng)藥材次生代謝產(chǎn)物的合成和積累具有重要作用[30-31]。田間管理貫穿著整個(gè)藥材的發(fā)育過(guò)程,是人為的藥材生長(zhǎng)環(huán)境調(diào)節(jié),可獲得符合需要的產(chǎn)品。遵循藥用植物的生物學(xué)發(fā)育規(guī)律,通過(guò)科學(xué)的田間管理促進(jìn)藥材有效成分的合成和累積,對(duì)于提高藥材的藥物價(jià)值屬性具有重要的意義。
在安全性方面,中藥材生產(chǎn)兼具農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和藥物生產(chǎn)的屬性,通過(guò)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)獲得的不僅是農(nóng)產(chǎn)品,還是具有治療或預(yù)防疾病功能的藥材原料,市場(chǎng)、消費(fèi)者對(duì)其質(zhì)量安全的要求更高[32],在藥材生產(chǎn)過(guò)程中,施肥、農(nóng)藥使用等環(huán)節(jié)也具有更嚴(yán)格的規(guī)范和要求[33]。
因此,從藥物屬性形成和藥材安全性的角度考慮,施肥、中耕和植保3個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)在評(píng)價(jià)中考慮。
2.1.3 收獲環(huán)節(jié)
收獲環(huán)節(jié)是農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié),其機(jī)械裝備的種類較多、機(jī)具構(gòu)造較復(fù)雜。對(duì)于中藥材來(lái)說(shuō),收獲環(huán)節(jié)還具有2個(gè)特殊意義,應(yīng)符合環(huán)節(jié)選擇原則中的特色原則。
其一,多數(shù)藥材的收獲時(shí)機(jī)和方式對(duì)于藥材品質(zhì)具有較大影響。例如,艾草的采收時(shí)期宜在端午前后,此時(shí)總黃酮和總酚酸含量較高,產(chǎn)量也相對(duì)較高[34];薄荷應(yīng)在上午8:00-10:00點(diǎn)、下午2:00-4:00點(diǎn)進(jìn)行采收,此時(shí)揮發(fā)油含量較高[35];牡丹皮應(yīng)在8-10月選擇晴天進(jìn)行收獲,這是基于該時(shí)期丹皮酚累積量與產(chǎn)量、種植成本等經(jīng)濟(jì)因素的綜合考慮[36]。此外,藥材的經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高,收獲過(guò)程中對(duì)破損率、收獲率等均具有較高要求,收獲的部位也會(huì)對(duì)其品質(zhì)和產(chǎn)量的形成產(chǎn)生影響。例如貫葉金絲桃收割的部分若在花序以下30 cm,則有效成分含量比例較合適,若大于30 cm,雖然會(huì)增加生物量,但會(huì)降低含有金絲桃素的花和含有貫葉金絲桃素的果的比例,降低有效成分含量[37]。“適時(shí)收獲”和“適位收獲”是藥材收獲的基本要求,因此,藥材收獲機(jī)械的專用性較強(qiáng),作業(yè)效率和質(zhì)量要求較高。
其二,藥材機(jī)械化收獲作業(yè)的發(fā)展是必要的。藥材收獲通常是中藥材生產(chǎn)過(guò)程中用工較多、勞動(dòng)強(qiáng)度較大的環(huán)節(jié),雖然中藥材體系基地在現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用方面位于全國(guó)前列,但目前依舊以人工收獲作業(yè)為主。如麥冬收獲需要大量人員蹲坐在田間進(jìn)行勞動(dòng),每公頃成本高達(dá)30 000元;艾草采收的平均年齡在60歲以上,勞動(dòng)能力整體不足。中藥材收獲在機(jī)械裝備的種類、數(shù)量均與需求存在巨大差距,現(xiàn)有的藥材收獲機(jī)多從大田作物收獲機(jī)械轉(zhuǎn)化而來(lái),適應(yīng)性不強(qiáng),對(duì)適配性好的優(yōu)質(zhì)中藥材收獲機(jī)械裝備需求旺盛。
因此,以機(jī)械代替人工勞動(dòng)進(jìn)行收獲,同時(shí)滿足藥材對(duì)收獲時(shí)間和方式的嚴(yán)格要求,具有必要性、迫切性和挑戰(zhàn)性,加上藥材的種類繁多、形態(tài)各異、收獲部位要求不同,藥材的機(jī)械化收獲或?qū)⒊蔀樗幉纳a(chǎn)作業(yè)中最具特色的環(huán)節(jié),評(píng)價(jià)收獲環(huán)節(jié)的發(fā)展需求十分有必要。
2.1.4 凈制、干燥環(huán)節(jié)
藥材收獲后的初加工對(duì)于毒性成分的去除、有效活性成分的轉(zhuǎn)化形成以及貯藏保存等具有重要影響。初加工環(huán)節(jié)中的凈制和干燥環(huán)節(jié)是常見(jiàn)且具有共性的環(huán)節(jié),也是初加工過(guò)程中影響藥材質(zhì)量和藥性形成的2個(gè)主要環(huán)節(jié)。
在凈制過(guò)程中,藥材經(jīng)篩選、除雜、清洗等處理,除去外源污染物,形成達(dá)到凈度標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品,這一過(guò)程可能會(huì)可能造成有效成分的損失。例如三七干制后清洗和趁鮮清洗均會(huì)造成不同程度的三七素?fù)p失,清洗時(shí)間與損失程度有關(guān)聯(lián)性[38];丹參水洗凈制后丹參酮類和丹參酚酸類均有所降低,正確掌握清洗力度和時(shí)間有助于提升藥材品質(zhì)[39]。
干燥是中藥材初加工過(guò)程的代表性環(huán)節(jié),干燥方式很大程度的影響著藥材的品質(zhì),國(guó)內(nèi)外對(duì)于干燥方式、參數(shù)與藥用植物有效成分關(guān)系的研究十分豐富。通過(guò)現(xiàn)代機(jī)械裝備進(jìn)行中藥材的干燥,能夠避免在傳統(tǒng)加工過(guò)程中的一些藥材安全風(fēng)險(xiǎn),如傳統(tǒng)自然干燥過(guò)程中為彌補(bǔ)天氣等不利因素帶來(lái)的影響,不規(guī)范地使用熏硫以避免藥材變質(zhì)而帶來(lái)的藥材質(zhì)量安全問(wèn)題等[40-41]。
因此,以機(jī)械裝備輔助進(jìn)行凈制和干燥加工,通過(guò)現(xiàn)代化的初加工手段控制生產(chǎn)過(guò)程,不僅是當(dāng)前生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大情況下解決勞動(dòng)力短缺問(wèn)題的要求,也是藥材品質(zhì)和安全的保障措施,更是藥材初加工技術(shù)工藝的發(fā)展趨勢(shì)。
需要特別說(shuō)明的是,中藥材生產(chǎn)過(guò)程中可通過(guò)機(jī)械裝備代替人工作業(yè)的環(huán)節(jié)較多,本文對(duì)其他未選環(huán)節(jié)原因解釋如下:
1)耕整地環(huán)節(jié)。首先,評(píng)價(jià)對(duì)象涉及的品種類別較多,在部分藥材的生產(chǎn)過(guò)程中,耕整地作業(yè)的存在必要性不強(qiáng),甚至不存在該環(huán)節(jié),如厚樸、沉香、杜仲等木皮類藥材,枸杞、枳殼、五味子等果種類藥材,耕整地環(huán)節(jié)不滿足代表性原則;其次,多數(shù)藥材從種植到收獲的時(shí)間較長(zhǎng),需要長(zhǎng)時(shí)間積累活性成分,歷經(jīng)多年才能成為符合要求的原藥材,許多藥材還存在較長(zhǎng)的采摘年限,因此耕整地環(huán)節(jié)在其中的作用較弱;此外,耕整地機(jī)械的通用性好,其他作物的耕整地裝備無(wú)需經(jīng)過(guò)太多改進(jìn)便能運(yùn)用到藥材生產(chǎn)中,發(fā)展迫切性相對(duì)較低。
2)初加工過(guò)程中的切制環(huán)節(jié)。藥材初加工一般由農(nóng)戶或企業(yè)完成。農(nóng)戶向市場(chǎng)或企業(yè)提供切制或未切制的藥材,由企業(yè)經(jīng)過(guò)再次處理加工,藥材原料銷售時(shí)對(duì)切制沒(méi)有嚴(yán)格要求,因此對(duì)于切制環(huán)節(jié)的調(diào)查較困難,不滿足可測(cè)量原則。同時(shí),許多藥材機(jī)械參照中藥飲片的要求進(jìn)行定制設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)不復(fù)雜,已經(jīng)形成了符合要求的穩(wěn)定工藝技術(shù),發(fā)展的迫切性也較弱。
3)其他環(huán)節(jié)。對(duì)于覆膜、修剪、種子預(yù)處理等環(huán)節(jié),由于需要根據(jù)品種進(jìn)行實(shí)施,共性程度不足,機(jī)械化發(fā)展的需求迫切程度也不夠。田間轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械的通用性好,并不是特別需要關(guān)注的環(huán)節(jié),因而也不予考慮。
有關(guān)數(shù)據(jù)的調(diào)查采集在2019年7月至11月開(kāi)展,由各基地的一線生產(chǎn)負(fù)責(zé)人填寫統(tǒng)計(jì)問(wèn)卷,每個(gè)基地針對(duì)一個(gè)品種,僅填寫一份問(wèn)卷。調(diào)查共回收有效問(wèn)卷229份,其中企業(yè)基地占52%,合作社基地占36%,個(gè)體種植戶占12%。問(wèn)卷涉及73個(gè)常用及地方特色品種的中藥材,其中根莖類藥材占68%,果種類13%,花類8%,全草類7%,其他類4%。
為便于用戶對(duì)有關(guān)信息進(jìn)行準(zhǔn)確填寫,在機(jī)械化技術(shù)裝備狀況調(diào)查中,設(shè)置“優(yōu)”、“良”、“中”、“可”、“差”5個(gè)等級(jí)選項(xiàng),在數(shù)據(jù)處理方面,對(duì)各評(píng)價(jià)等級(jí)進(jìn)行賦值評(píng)分,“優(yōu)”為5分、“良”為4分、“中”為3分、“可”為2分、“差”為1分,某一環(huán)節(jié)的機(jī)具在各指標(biāo)取平均得分值;在用戶需求程度調(diào)查中,設(shè)置“一般”、“較急”和“急需”3個(gè)等級(jí)。
經(jīng)測(cè)算,中藥材體系基地在機(jī)械化作業(yè)、技術(shù)裝備狀況、用戶需求方面的數(shù)據(jù)如表2、表3所示。

表2 中藥材體系基地機(jī)械化作業(yè)與用戶需求情況

表3 中藥材體系基地技術(shù)裝備狀況及各指標(biāo)權(quán)重
注:環(huán)節(jié)間比較采用Tamhane’s T2和Dunnett’s T3檢驗(yàn),檢驗(yàn)結(jié)果一致;相同小寫字母表示環(huán)節(jié)間沒(méi)有顯著性差異(≥0.05)。
Note: Tamhane’s T2 and Dunnett’s T3 tests were used for comparing difference within production section, and he results of the tests are the same; The same lowercase letter means no significant difference between production processes (≥0.05).
根據(jù)表2、表3結(jié)果,利用公式(1)~(9)計(jì)算得到各評(píng)價(jià)指標(biāo),結(jié)果如表4。

表4 各評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果
對(duì)用戶需求程度數(shù)據(jù)進(jìn)行相反數(shù)轉(zhuǎn)換,根據(jù)公式(10)~(12),對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化換算,結(jié)果如表5。

表5 各評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果
以表5結(jié)果為基礎(chǔ)進(jìn)行層次聚類分析,采用離差平方和法(Ward’s method)和歐基里德距離平方法(square Euclidean distance)計(jì)算類間和樣本間距離[42-43],形成聚類樹(shù)狀圖,如圖3所示。

圖3 機(jī)械化技術(shù)裝備發(fā)展需求聚類樹(shù)狀圖
2.4.1 評(píng)價(jià)結(jié)果分析
根據(jù)圖3所示的聚類過(guò)程,將評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)劃分為3種類型,收獲、中耕、移栽為A類,播種為B類,干燥、凈制、植保、施肥環(huán)節(jié)為C類。為便于分析各環(huán)節(jié)形成分類的細(xì)節(jié)原因,對(duì)表5中3種指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)從小到大進(jìn)行排序,與劃分的類別進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果如表6。

表6 各環(huán)節(jié)類別劃分與評(píng)價(jià)指標(biāo)排序
從表6可看出,收獲環(huán)節(jié)屬于A類,發(fā)展需求程度最高,但現(xiàn)有收獲機(jī)械的狀況不佳,用戶需求程度非常高,二者排名均為第1,但從機(jī)械化作業(yè)程度的排名上看,收獲環(huán)節(jié)排名第3。推測(cè)其原因,可能是由于藥材收獲對(duì)勞動(dòng)力的需求量大、勞動(dòng)強(qiáng)度高,雖然現(xiàn)有收獲機(jī)械存在許多不足,但在缺乏勞動(dòng)力的情況下,只好勉強(qiáng)使用體驗(yàn)不佳的機(jī)械。在調(diào)研過(guò)程中也發(fā)現(xiàn),部分藥材在收獲時(shí)使用翻土、挖掘等其他種類甚至工程機(jī)械輔助進(jìn)行收獲作業(yè)。
結(jié)合表3分析可知,收獲環(huán)節(jié)的機(jī)械化技術(shù)裝備在經(jīng)濟(jì)性和適用性上與播種、植保、凈制環(huán)節(jié)具有顯著差異,在可靠性和安全性上也與施肥、凈制、干燥差異顯著,說(shuō)明收獲環(huán)節(jié)的機(jī)械裝備與其他環(huán)節(jié)差距明顯,機(jī)械裝備整體表現(xiàn)差。在用戶需求方面,收獲環(huán)節(jié)的整體需求占比與急需程度的占比均超過(guò)了50%,有一半的用戶表示沒(méi)有可用的收獲機(jī)械。“有機(jī)難用”和“無(wú)機(jī)可用”的現(xiàn)象體現(xiàn)出了中藥材機(jī)械化收獲技術(shù)裝備十分迫切的發(fā)展需求。
中耕和移栽同樣屬于A類,發(fā)展需求程度迫切。相對(duì)于同樣屬于田間管理環(huán)節(jié)的施肥和植保環(huán)節(jié),中耕環(huán)節(jié)的機(jī)械化程度較低,技術(shù)裝備狀況排序也與二者具有較大差距,這可能是由于種植方式的差異形成了不同的中耕作業(yè)要求,通用裝備的使用受到了阻礙,加上需要?jiǎng)?chuàng)造適當(dāng)?shù)摹澳婢场贝偈顾幉姆e累有效成分[44],以及藥材對(duì)于中耕作業(yè)質(zhì)量要求較高等因素,使得中耕環(huán)節(jié)的機(jī)械化技術(shù)裝備具有迫切的發(fā)展需求。
移栽環(huán)節(jié)與同屬于種植過(guò)程的播種環(huán)節(jié)相比差異十分明顯,尤其在機(jī)械化作業(yè)程度的排序上,移栽環(huán)節(jié)處于最后一位,而播種環(huán)節(jié)處于第1位。其原因可能是由于播種環(huán)節(jié)技術(shù)裝備開(kāi)發(fā)和使用相對(duì)容易從大農(nóng)業(yè)中借鑒,由于藥材種子、塊莖組織等幼體與其他作物形態(tài)相似,其他作物成熟的機(jī)械化播種技術(shù)可以較為容易地移植并運(yùn)用到中藥材之中。然而對(duì)于機(jī)械化移栽,無(wú)論在藥材品種之間,還是在與大農(nóng)業(yè)作物的形態(tài)對(duì)比上,均已初步顯示出了差異,使中藥材的機(jī)械化移栽難以簡(jiǎn)單地通過(guò)技術(shù)裝備移植進(jìn)行發(fā)展,需要根據(jù)品種進(jìn)行針對(duì)性開(kāi)發(fā),再加上藥材本身的高價(jià)值屬性對(duì)作業(yè)質(zhì)量有更高要求,機(jī)械化移栽有較高的技術(shù)挑戰(zhàn)。
播種環(huán)節(jié)屬于B類環(huán)節(jié),擁有最高的機(jī)械化作業(yè)程度,但技術(shù)裝備的評(píng)價(jià)不高,其原因可能是中藥材雖然從大農(nóng)業(yè)中借鑒并引入了機(jī)械化播種的技術(shù)裝備,但針對(duì)藥材品種或區(qū)域的定制化改造不足,優(yōu)化程度不夠,在作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)了可靠性不高的問(wèn)題,也存在較高的“無(wú)機(jī)可用”占比,機(jī)械化播種技術(shù)裝備的發(fā)展需求程度也較高。
干燥、凈制、植保、施肥屬于C類,機(jī)械化技術(shù)裝備的發(fā)展需求相對(duì)其他類別不高。干燥和凈制屬于藥材的初加工環(huán)節(jié),在凈制方面,農(nóng)戶可以采取簡(jiǎn)易的方式進(jìn)行藥材的清洗、去雜、篩選等。而在干燥方面,雖然大多數(shù)藥材均需要進(jìn)行干燥加工,但農(nóng)戶可采取自然晾曬、烘烤等傳統(tǒng)方式進(jìn)行干燥,以達(dá)到節(jié)約能耗和設(shè)備購(gòu)置成本的目的,因而沒(méi)有較高的機(jī)械化技術(shù)裝備發(fā)展需求。植保和施肥與中耕環(huán)節(jié)的發(fā)展需求具有跨類型的差距,這可能是由于“農(nóng)”與“藥”的生產(chǎn)要求不同造成的。在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中,可向大農(nóng)業(yè)進(jìn)行借鑒的機(jī)械化技術(shù)裝備發(fā)展需求相對(duì)較低,具備一定特殊要求、突顯中藥材生產(chǎn)特色的環(huán)節(jié)需求較高,而“特色”部分正是當(dāng)前中藥材生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展的難點(diǎn),也是發(fā)展需求最旺盛和最有必要的部分。
2.4.2 判別模型構(gòu)建
根據(jù)聚類分析的結(jié)果,采用Fisher判別模型進(jìn)行訓(xùn)練后得到2個(gè)典型判別函數(shù),二者的有關(guān)特征參數(shù)如表7。

表7 Fisher判別函數(shù)特征參數(shù)
判別函數(shù)的選擇通常根據(jù)方差百分比和威爾克Λ及顯著性進(jìn)行判斷,方差百分比越高,表明其特征值的貢獻(xiàn)率越高[45],威爾克Λ值越小,樣本的貢獻(xiàn)率越大[46]。根據(jù)表7,函數(shù)I的貢獻(xiàn)率高于函數(shù)II,威爾克Λ值更小,具有顯著性(≥0.05),因此將函數(shù)I作為判別函數(shù)更合適。為進(jìn)一步進(jìn)行判斷說(shuō)明,以2個(gè)函數(shù)的計(jì)算對(duì)所評(píng)價(jià)的8個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分組,結(jié)果如圖4所示。

注:將各評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)代入函數(shù)I得到橫坐標(biāo)值,代入函數(shù)II得到縱坐標(biāo)值。
由圖4可見(jiàn),函數(shù)I對(duì)A類和B、C類的分類效果較好,而函數(shù)II只能將B類和A、C類區(qū)分開(kāi),分類效果欠佳。因此,宜采用函數(shù)I作為主要判別函數(shù),其表達(dá)式為

式中、、分別為機(jī)械化作業(yè)程度、技術(shù)裝備綜合狀況、用戶需求程度的標(biāo)準(zhǔn)化值。3種類別的中心值分別為?2.868,1.904,1.675。
采用層次聚類與Fisher判別建立的判別函數(shù)說(shuō)明了評(píng)價(jià)模型的3個(gè)指標(biāo)不僅具有一定聯(lián)系,還可以進(jìn)行函數(shù)化表達(dá),在機(jī)械化技術(shù)裝備發(fā)展過(guò)程中,可通過(guò)數(shù)學(xué)模型量化地表達(dá)需求的變化,實(shí)現(xiàn)分類的便捷運(yùn)算。
本文基于中藥材生產(chǎn)的特點(diǎn)和機(jī)械化發(fā)展?fàn)顩r,從機(jī)械化作業(yè)程度、技術(shù)裝備狀況、用戶需求3個(gè)方面構(gòu)建了中藥材生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)裝備發(fā)展需求評(píng)價(jià)模型和量化方法,通過(guò)對(duì)中藥材體系基地進(jìn)行實(shí)證研究,得到以下結(jié)論:
1)中藥材體系基地各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的機(jī)械化技術(shù)裝備發(fā)展需求依照從高至低的程度可分為3類,A類為收獲、中耕和移栽,B類為播種,C類為干燥、凈制、植保和施肥。A類環(huán)節(jié)中的機(jī)械化技術(shù)裝備發(fā)展需求十分迫切,但由于存在更高或特殊的作業(yè)要求,機(jī)械化生產(chǎn)發(fā)展的技術(shù)挑戰(zhàn)較高,“無(wú)機(jī)可用”和“有機(jī)難用”的現(xiàn)象較明顯。
2)各類環(huán)節(jié)的對(duì)比分析顯示,可向大農(nóng)業(yè)進(jìn)行借鑒的環(huán)節(jié)機(jī)械化技術(shù)裝備發(fā)展需求相對(duì)較低,而具備一定特殊要求、突顯出中藥材生產(chǎn)特色的環(huán)節(jié)發(fā)展需求較高。
3)對(duì)中藥材體系基地的評(píng)價(jià)可以一定程度代表全國(guó)中藥材生產(chǎn)機(jī)械化的情況,評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況相符,模型設(shè)置合理,可以采用Fisher判別法將模型進(jìn)行函數(shù)化表達(dá),通過(guò)量化模型精確便捷地實(shí)現(xiàn)分類。
針對(duì)實(shí)證研究的結(jié)論,本文從環(huán)節(jié)發(fā)展與技術(shù)策略角度提出以下中藥材生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)裝備發(fā)展的建議:
在生產(chǎn)環(huán)節(jié)方面,首先應(yīng)重點(diǎn)推進(jìn)中藥材在收獲環(huán)節(jié)的裝備開(kāi)發(fā)進(jìn)程,研發(fā)針對(duì)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)、適用、可靠、安全的新型機(jī)械裝備,緩解需求矛盾;其次,應(yīng)關(guān)注以移栽為主的種植機(jī)械化技術(shù)裝備開(kāi)發(fā),增強(qiáng)機(jī)械可靠性,滿足品種和地域的生產(chǎn)要求;此外,對(duì)于田間管理技術(shù)裝備,應(yīng)以中耕為重點(diǎn),將中藥材次生代謝產(chǎn)物累計(jì)形成研究與機(jī)械化作業(yè)方式結(jié)合,科學(xué)進(jìn)行有關(guān)機(jī)械的優(yōu)化設(shè)計(jì),在節(jié)約人工勞動(dòng)的同時(shí),使中藥材生產(chǎn)形成藥效和產(chǎn)量的平衡發(fā)展。
在技術(shù)策略方面,對(duì)各環(huán)節(jié)的分析以及環(huán)節(jié)特點(diǎn)的總結(jié)得到啟示:一方面可繼續(xù)借鑒大農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)的成果,在尊重藥材生產(chǎn)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,將大農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)向中藥材生產(chǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)化;另一方面,應(yīng)將自主研發(fā)創(chuàng)新與引進(jìn)吸收結(jié)合,針對(duì)藥材品種、種植模式、生產(chǎn)要求等,實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合,走“一品一機(jī)”的定制化發(fā)展道路,快步伐、高質(zhì)量地提升中藥材生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)裝備的質(zhì)量和應(yīng)用水平。
本文模型針對(duì)中藥材生產(chǎn)進(jìn)行構(gòu)建,但對(duì)于其他小眾作物和山區(qū)、丘陵等機(jī)械化發(fā)展程度較低的品種和地區(qū)也具有參考和借鑒價(jià)值。機(jī)械化技術(shù)裝備的從無(wú)到有和從有到用是一個(gè)變化的過(guò)程,需要根據(jù)機(jī)械化的進(jìn)程分析需求的變化,與時(shí)俱進(jìn)地融入新的元素,以提升模型的分析能力。
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Zhao Zusongying1, Zheng Zhian1※, Huang Luqi2
(1./100083,; 2.100700,)
Modern mechanical equipment is very important to agricultural production. The introduction of modern machinery and equipment into the production process of traditional Chinese medicine is an effective way to solve the contradiction between the expansion of production scale of traditional Chinese medicine industry and the reduction of labor force. The mechanization development of traditional Chinese medicinal materials production is in the initial stage. The main goal at this stage is to realize the "from scratch" of the relevant technical equipments. However, due to the varieties of traditional Chinese medicine, complex production process, regional differences and other factors, it is difficult to judge the demand for mechanized production of traditional Chinese medicine and lack of methods. How to evaluate and analyze the the differences in the demand for mechanized development is of great significance to the research of technical equipment, the implementation of supply side reform and the promotion of the production and development of traditional Chinese medicine. According to the characteristics of traditional Chinese medicinal materials production, combined with the analysis of degree of mechanized operation, status of technology and equipment and levels of user demand, this paper constructs the evaluation index system for the development of technical and equipment of traditional Chinese medicinal materials production. The degree of mechanized operation indicates the ratio of mechanized operation area to the total planting area. The status of technology and equipment is alculated by weighting the five indexes of advance ment, economy, applicability, reliability and security. The levels of user demand is divided according to the proportion of users with demand, users with demand but no machinery available and the proportion of users with demand in different production process. Then an evaluation model combined with entropy weight method and hierarchical cluster analysis method is formed, and after classifying by the hierarchical cluster analysis method, the model is expressed functionally based on the Fisher discriminant method. In empirical research, the demonstration base of national comprehensive experimental station of traditional Chinese medicinal materials is selected as the research object, eight production processes of sowing, transplanting, fertilization, intertillage, plant protection, harvesting, cleaning and drying are selected for evaluation Through the investigation in 23 provinces of China, the production processes of traditional Chinese medicinal materials production are categorized into three types. The harvest, intertillage, and transplanting belonged to the type A, which have the highest demand level. The seeding is classified as type B, and the drying, cleaning, plants protection and fertilization are type C. The phenomenons of “no machinery available” and “unsuitable to use” are obvious for type A, and there is an urgent demand for the development of technology and equipment, the evaluation results are consistent with the investigation results. According to the further calculation results based on discriminant Function I, the central values of type A, type B and type C are -2.868, 1.904 and 1.675 respectively, which shows that the evaluation model of development demands classification can be accurately expressed by quantitative mathematical functions. The machinery of the type A production processes represented by harvest should be developed in priority in traditional Chinese medicinal materials production. The research and development of special machinery for the production of traditional Chinese medicinal materials should take the road of combining independent innovation research with the introduction of other main grain production machinery.The model proposed in this paper reflects the reasons and details at the same time of forming classification, which can provide reference for the development demand evaluation of other crops or regional agricultural machinery technology and equipment with backward mechanization development.
mechanization; models; traditional Chinese medicinal materials; demand; cluster analysis; discriminant analysis; entropy weight method
趙祖松穎,鄭志安,黃璐琦. 中藥材生產(chǎn)機(jī)械化的技術(shù)裝備需求量化模型構(gòu)建[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2020,36(10):307-317.doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2020.10.037 http://www.tcsae.org
Zhao Zusongying, Zheng Zhian, Huang Luqi. Quantitative model for technology and equipment demanded for mechanization production of traditional Chinese medicine[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(10): 307-317. (in Chinese with English abstract) doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2020.10.037 http://www.tcsae.org
2020-02-05
2020-03-20
國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)資金資助(CARS-21)
趙祖松穎,博士生,研究方向?yàn)橹兴幉纳a(chǎn)機(jī)械化。Email:zzsy@cau.edu.cn
鄭志安,博士,副教授,博士生導(dǎo)師,主要從事中藥材生產(chǎn)機(jī)械化、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程等方面的研究。Email:zhengza@cau.edu.cn
10.11975/j.issn.1002-6819.2020.10.037
S23; R282
A
1002-6819(2020)-10-0307-11