油莎豆的應用價值及其播種和收獲機的研究現狀

趙清來，陳曉明，許 順，劉海波

(1.吉林農業大學工程技術學院，吉林 長春 136300；2.吉林省油莎豆科技有限公司，吉林 長春 136300)

油莎豆又名油沙草，原產于非洲東北部，一年生草本植物基層油料作物。1952 年被中國科學院植物研究所北京植物園從蘇聯引入中國，1960 年又從保加利亞引入栽培[1]。油莎豆耐鹽堿、耐貧瘠、耐高溫，耐干旱，適應性極強，在我國南北各地的沙灘、山坡、丘陵、林間均可種植[2-3]，因其具有應用范圍廣、又有改良鹽堿地的作用，具有重要的推廣價值。2016年油莎豆被我國農業部列入《全國種植業結構調整規劃（2016 年—2020 年）》并已在吉林、遼寧、新疆、廣西、內蒙古、山東等20 多個省市自治區引種試種[4]。目前我國油莎豆種植面積1.33×104hm2以上[5]，已經具有一定的種植規模。由于油莎豆在我國推廣的時間較短，其播種和收獲機械還處在研發階段。下文介紹了油莎豆的形態特征、營養及應用價值，并闡述了油莎豆播種、收獲機械研究開發情況，以為其機械化規模生產和相關研究提供參考。

1 油莎豆的形態特征和應用價值

油莎豆的莖葉叢生，葉片窄長堅硬，表面有角質層，葉片平均長度70 cm，最長的在90 cm 以上，葉片寬0.5 cm。莖呈三梭形，由葉片包裹，植株的高度一般為20～100 cm，分集數大概有40～200多個。油莎豆的頂端膨大成塊莖，每粒的塊莖都有芽眼1～3 個。地下的莖又分為水平莖、根莖以及塊莖3種。塊莖呈長橢圓形、長棒形和橢圓形三種。塊莖的尺寸長1～2 cm，寬0.7～2 cm。塊莖的初期為白色，成熟之后逐漸變成黃褐色[6]，其形態特征見圖1。油莎豆種子籽粒較大，外型不規則且表面凹凸不平，采用氣吸式排種器容易漏種、堵塞，采用機械式排種器容易造成破種；由于油莎豆根系發達，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[7]。上述原因給油莎豆的播種、收獲機械研發帶來了難度。

圖1 油莎豆的形態特征Fig.1 Morphological characteristics of Cyperus esculentus

作為油料作物是油莎豆的主要應用前景。油莎豆塊莖中油含量為20%～36%[8-9]，出油率高，種0.067 hm2油莎豆相當于0.33～0.47 hm2油菜。油莎豆油含有豐富的蛋白質和氨基酸，營養價值極高、品質優于菜籽油。深入開發和利用油莎豆油，對打破我國油料供給瓶頸有著重要的戰略意義[10]。其次，油莎豆的莖葉和榨油后的餅粕可以作為飼料使用。油莎豆的莖葉中含糖10.6%、粗脂肪7.6%～8.9%、粗纖維19.3%和粗蛋白9.8%，其莖葉可以直接或者打漿后來飼養羊、牛、雞、兔等，降低飼料成本。油莎豆還有一定的藥用價值。研究發現，油莎豆乳具有保肝作用，油莎豆提取物有抗氧化、降血脂、降血糖、神經保護、胃保護、抑菌、壯陽和治療貧血等功能。

2 油莎豆播種和收獲機械研究進展

2.1 油莎豆播種機械研究進展

播種前應該對土地進行旋耕，深度20～30 cm，油莎豆采用點播方式，行距30 cm，株距10 cm，播深5 cm，每穴播1 粒種子[12]。目前油莎豆專用播種機較少，很多地方使用的都是改進的花生播種機，采用單行精播、膜下播種和膜上播種3種方式。單行精播一般采用手推式滾輪精播機，膜下播種一般采用兩行、四行、五行膜下播種機，膜上播種一般采用膜上打孔播種機[2]。目前播種機結構大都采用機械式和氣吸式兩種。油莎豆機械式播種機一般是圓盤式排種穴播機，其原理是利用旋轉圓盤上定距配置的型孔或窩眼排出定量的種子，根據種子大小、播種量、穴距等要求選配具有不同孔數和孔徑的排種盤完成播種。這種播種機一般不能隨意調整孔徑，這對于種子大小差異較大的油莎豆來說播種靈活性較差。氣吸式播種機靠負壓吸取種子而實現精量播種。與機械式種機相比，氣吸式播種機具有省種、不傷種、對種子尺寸要求不嚴、適應力強、易于實現單粒精播等諸多優點，因此是近年來研究的重點。吉林省農業機械研究院研制了一種氣吸式油莎豆精量免耕播種機[13]，該播種機與拖拉機配套使用，采用牽引式連接，由平行四連桿托架機構、種箱機構、車架機構、地輪機構、分草輪機構、摩擦輪機構、鎮壓輪機構、多功能施料箱、種肥變速箱、電子監控系統、底肥箱機構、播種單體掛架、施肥器機構等部件組成。排種器采用了氣吸式排種器，種子經過氣吸后通過導種管落入排鐘盤開好的溝槽里。經過排種試驗表明該播種機播種漏播率≤2%。河北農業大學機電工程學院研制了一種氣吸式油莎豆精量鋪膜播種機[14]。該播種機采用膜下播種，由合墑器、氣吸式排種器、播種開溝器、鋪膜機構、機架、覆土器、地輪組成。在機架前梁上安裝合墑器，機架的后梁上安裝播種總成，可以同時播種5行，能夠實現開溝、覆土、單粒精播、鋪膜一次性完成。田間試驗表明該播種機能夠較好地實現精量播種。

2.2 油莎豆收獲機械研究進展

早期的油莎豆收獲機都是采用機械收獲的方式并需要人工的參與，如西北植物研究所研制的油莎豆簡易篩選機[17]、沈陽市農機所研制的工農581-281型油莎豆收獲機、邢臺地區農機所研制的平篩式油莎豆收獲機等，這些收獲機存在功能較為單一、適用范圍窄等技術缺陷，具有一定的局限性。由于油莎豆根系發達，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，而且在果實出土后，由于黏壤土里土果不易分離，在篩果時容易造成振動篩篩孔堵塞問題，這給莎豆油收獲機的研制帶來了難度。為了解決油莎豆收獲過程中落果問題，山東省農業科學院生物技術研究中心團隊嘗試在油莎豆地下塊莖生長（距地面以下5～10 cm）下方鋪設一層尼龍網的種植方式，待收獲時直接將尼龍網拉出，以提高收獲效率，但該模式的機械設備還在測試中[2]。針對油莎豆篩果時容易造成振動篩篩孔堵塞問題，吉林省農業機械研究院研制出一種油莎豆籽粒收獲機，該設備集脫粒、分離、清選功能于一體，該設備的凹板篩選擇了鋼絲直徑為5 mm、凹板篩半徑為307 mm 格式凹板篩設計，有效減少了堵塞問題[15]。邵陽市農機研究所于2010年開發出一種小型多功能收獲機械，該設備運用模塊化設計理念，通過調整振動模塊和更換篩選模塊，可以快速實現功能轉換以減少堵塞問題[16]。

3 總結

油莎豆作為一種高產作物，其應用價值很高，既可以作為優質的油料作物，也可作為飼料或在醫療、保健行業發揮作用。油莎豆種植的機械化程度決定了油莎豆的規模化種植和生產程度。從市場上看，油莎豆播種和收獲設備仍未被廣泛使用，原因是從油莎豆播種和收獲機械開發較晚，還處在初級階段，產品性能較差，沒有形成技術優勢。因此，加大對油莎豆相關機械設備研制的投入力度、研制出更多更好的油莎豆機械化生產設備，對促進油莎豆生產規模化和產業化都具有重要意義。