山药是人们喜爱的食物，同时也是重要的医药原料，是菜药兼用的经济作物。山药在我国种植较广，分5大主产区，品种多样，其具有高产高效的种植特点，是当今发展高效农业和促进农民增收的较为理想的推广项目。

但是，山药播种工序复杂，种植模式多样，山药杆状种茎播种有方向性要求，且形状不规则，机械化自动排种难和输送易破损，导致山药种植机械化播种程度低。而人工播种成本高且效率低，这些都成为制约山药规模化高效生产的重要因素。

1农艺技术

1.1品种多样且形状各异

山药种植区域较广，除了东北和西藏等高海拔地区，其他地方均可种植。山药品种繁多，按肉质分为水山药和绵山药2大类；按外形分有长山药、扁山药和圆山药3种；有的品种以食用为主，有的以药用为主。长山药较为常见，如铁棍山药、麻山药、大和长芋和水山药等圆柱形品种，这些品种因为品质好或者产量高，受到消费者和种植户的青睐。

有的山药品种外形较大，如水山药，其块茎直径3~7 cm，长140~150 cm，最长可达170 cm；部分外形较小，像农大短山药3号（药用型短山药），块茎长棒形，直径2.5~3.0 cm，长35~44 cm；还有扁山药，像瑞昌脚板薯，块茎扁平，厚2.5~5.2 cm，长18~26 cm，宽16~25 cm；还有圆山药呈圆筒状，或团块状，也有圆形和椭圆形一般长度在15 cm左右，横径也在10 cm左右。

山药的长短、粗细和形状等因素存在较大差别，这些因素决定了不同山药品种在种植时采用不同的种植模式，对山药播种机的适用性提出了较高的要求，特别是针对长杆状山药品种，山药的长度决定了山药播种收获时的开沟挖掘深度，这些因素对山药种植全程机械化的发展形成了较大挑战。

1.2繁殖方法

山药的繁殖方法可采用芦头、山药段和珠芽繁殖3种。

1.2.1芦头繁殖

芦头，又称为龙头、山药栽或山药嘴子，是山药收获时根茎上端部分，一般选择茎短、粗壮、无分叉和无病虫害的山药，将上端有芽的部分截断（长15~25 cm）做种，芦头多年连续使用容易引起退化，一般2~3年更新1次。

1.2.2山药段

山药块茎的休眠芽也可以发育成不定芽，当山药栽子不足时，也可将山药块茎切成小段栽植，称山药段子。山药块茎切段10~15 cm，进行药剂处理后播种。

1.2.3珠芽繁殖

山药珠芽，又称山药豆、零余子和山药蛋，每年10月份摘下珠芽贮藏，来年春天3月中、下旬取出，稍晒后即可进行播种，秋天挖出作种栽第2年进行播种，一般块状根茎15~20 cm。

芦头种植一般当年采收，珠芽繁殖第2年或第3年长成商品薯进行销售。

潘志国等：山药种植农艺特点及机械化种植技术农业工程装备与机械化1.3种植模式

不同地区和不同山药品种种植模式存在较大差异，山药一般采用高垄栽培技术，可采用单垄单行或单垄双行栽培，单垄栽培垄宽50~70 cm，双垄垄宽120~140 cm，垄高30 cm左右。山药喜好疏松肥沃的和排水良好的沙质壤土和无积水黏土，喜背风向阳，怕霜冻，忌连作。

新茬在冬前深翻晾晒，春季整地时施肥，山药一般采用开沟种植，像铁棍山药，山东菏泽地区一般采用行距80~90 cm，沟深120~140 cm，株距15~20 cm，开沟后自然隆起的25~30 cm的高垄并带有种沟，如图1所示。人工放种，放种前后对比如图2所示。然后人工或者机器覆土筑垄，两侧压实，如图3所示。

图1开沟松土

图2放种前后对比

图3覆土筑垄压实

在菏泽实地调研中发现铁棍山药种植户为了节约山药种的成本，长块茎种山药有1年生山药栽、2年生山药栽、山药芦头和山药段多种形式并存，其直径2~3 cm和长度15~45 cm不等，尺寸差别较大，给机械化播种带来了较大的难度。

2播种机械化面临的主要问题

2.1山药块茎排种方向性要求

山药块茎的休眠芽能够发育成不定芽，当栽子不足时，也可以将山药块茎切成小段栽植。在山药段生物学的上端先萌芽和破土长成上部植株，下端向下长成根系。山药植株较大，合适的株距行距能提供山药生长所需要的营养物质，有利于种植面积的合理利用。

因此，山药播种要求头尾顺次摆放，2个山药种芦头之间的距离为株距。因此，播种的方向性是山药种植要考虑的主要因素之一，这也是山药机械化播种要解决的技术难点。

2.2山药豆精量播种要求

山药育种要求对山药豆采取单粒精播，将其培育成山药栽子，山药豆生长发育需要极多的养料，而且如果1穴播种多个山药豆，会使山药后期发育的山药栽子缠连在一起，单粒精播是珠芽繁殖必要的条件。山药豆不同品种间差别明显，太古山药，体积小，直径1 cm左右，椭圆形。

而嘉祥细毛长山药，椭圆形，长1.5~2.5 cm，直径0.8~1.2 cm。即使同一品种的山药豆尺寸也存在较大差别，这对山药豆精量播种机排种结构的设计提出了较高的要求，成为山药豆精量播种机设计的难点之一。

2.3山药种易破损

山药质脆，易损伤和破皮，这些特点对山药种的出芽率有很大的影响，而且部分山药栽子提前催芽，进行带芽播种。山药机械化播种在取种、输送和排种过程中产生挤压、碰撞和摩擦，易造成破皮和破损，直接影响出芽率。因此，防破损是山药机械化播种要解决的1个主要问题。

2.4山药块茎自动排种难度大

山药块茎外形尺寸差别较大，表面粗糙流动性差，实现自动排种难度大；块茎山药种的播种有方向性要求，排种和输送过程中要保证最后排种的方向，给山药自动排种带来了极大困难。

2.5种植农艺工序复杂繁多

山药种植工序繁多，种植前需要进行整地，挑选石块，对土壤进行施肥搅拌，播种时进行开沟、起垄、放种、培土和压实等工序，工作量大，需要大量的人力。

特别是培土和压实方面农艺要求较高，需要把垄沟里面的土重新聚集到垄上并进行两侧压实，沟里的土过多会导致下雨时水流通不利，渗入到垄里；压实高度不宜过高，种子在垄的上部，压实过高会对种子造成破坏。繁杂的农艺工序使机械一体化需要考虑多种工作机构，难度较大。

2.6种植模式和山药品种差异性

不同地区和不同品种山药种植模式存在较大差别，相同品种种植户的种植习惯也存在差别，这对播种机的适应性提出了更高的要求，如满足不同行距和株距，不同山药品种和相同品种不同尺寸山药种的差别等各方面的要求，上述差别给机械化播种机械的设计带来了困难。

3播种机研究与应用现状

3.1半机械化播种作业

现有的山药种植机采用机械进行开沟松土，然后人工施药，人工进行定向放种，播种完成后进行人工覆土、起垄和拍打，人工用脚压实，工作效率低，劳动强度大；或者采取机械化覆土、起垄和压实，如图3所示。相对于人工，机械化作业效率明显提高。

3.2机械化播种作业

3.2.1人工排种

潍坊某公司研发了一种山药播种机，采用双链条对向传动结构，能实现施肥、用药、播种、覆土起垄和覆膜等多道工序，山药种长度20~25 cm，能够实现双垄双行作业。

青岛某公司采用链槽式结构自主研发了2款山药播种机，适用于山药段和山药栽子的播种，山药种的长度10~15 cm，能够一次性完成开沟、施肥、播种、覆土和镇压等工序，单垄双行作业。

从其作业效果上看，上述几种山药播种机都是采用1机3人作业，人工放种，适合成品薯长度不太长的品种，且起垄高度较低，垄两侧压实效果较差，不适合种植像铁棍山药这样的品种。且上述几款山药播种机集多种播种工序为一体，大大降低了劳动强度，提高了劳动效率，且株距控制均匀，结构简单，造价低廉，适合特定的山药品种，适应性相对较差。

3.2.2自动排种

青岛农业大学基于仿生学的原理，尝试模拟人抓取的动作，设计了推送式和抓取式排种器来代替人工放种问题，能将1机3人作业变成1机2人作业，解决自动排种的难题，从而降低山药播种的人工成本，但其工作的可靠性和适用性还需要进一步研究论证。

4机械化播种研究方向

4.1农机农艺有效融合

山药播种相对于普通的马铃薯等块茎作物，品种多、种植模式多样和播种工艺复杂，这些因素决定了山药机械化播种的难度，因此只有对播种要求有深入的了解，才能实现农机农艺相结合，使设计的机器有更好的适用性。

针对山药品种的多样性，可以先从种植规模大，农民急需的品种入手与农艺专家一起讨论制定实现该品种的机械化播种解决方案，进行播种机的研究，使农机农艺有机融合，并在此基础上，逐步拓展到其他山药品种。

4.2山药播种关键技术

针对山药种易破损、定向排种、起垄压实以及种前开深沟松土和精量播种等要求，重点研究定向排种技术、低损排种技术、开沟深松技术、起垄压实技术和精量排种技术等关键核心共性技术。

4.3山药播种装备系统集成

山药播种前施肥、旋耕和开沟松土，播种时排种、覆土和拍实，整个播种工序复杂。根据农艺要求，将研究的关键技术进行系统集成，使播种装备尽可能的1次进地作业完成较多的功能，降低人工作业强度，提高播种效率，减少对土地的多次碾压。

4.4标准化、规模化种植

在农机农艺融合基础上，将好的山药机械化播种装备在山药主产区进行示范推广，建立山药机械化播种技术规范，形成可快速复制推广的标准化种植技术，促进山药规模化种植的发展，改变因种植模式和种植习惯等多种因素导致的山药播种机械化程度低的问题，实现山药标准化和规模化种植。

5播种机械化需要突破的关键技术

5.1块茎自动排种关键技术

随着人工成本的增加，人工工作效率低，山药自动排种技术的突破就显得至关重要。为有效解决人工放种费时费力等问题，结合现有山药播种排种技术的现状及相似杆茎类作物机械化发展的研究经验。

对其进行优化升级，通过多种机构单元相结合，共同协调工作，并利用现有经验、技术和设备，从根本上解决人工排种面临的种种问题，设计出符合要求的块茎自动排种器。

5.2柔性低损排种和定向输送技术

山药种块在输送、放种和排种等过程易破损，山药种子流动性差，山药栽子带芽播种时机械碰撞破坏嫩芽等问题都会导致种子破损，影响出芽率。通过材料筛选、结构设计、优化和试验分析等设计出种块在输送和排种过程中的低损排种技术。

块状山药种子种植对自身的方向性有较高要求，根据山药杆状茎块头尾顺次播种的农艺要求，设计出满足杆状茎块定向排列要求的定向输送技术。

5.3山药豆的精量排种技术

山药豆尺寸范围较大且品种多，同一品种的尺寸差别也较大，使得精量排种变得困难，设计缺陷的会出现1穴多种或漏播的现象，不仅会增加成本，还会影响山药育种的质量。因此，研究株距均匀，单粒精播的山药豆精量排种技术至关重要。

5.4自动仿形压实技术

山药杆状块茎排种覆土后，需重新塑垄两侧压实，压实的垄可以抵抗雨水的冲刷，防止雨水的浸泡使山药根部腐烂。另外，由于土质的区别，影响起垄压实效果。因此，根据垄结构形状设计可调自动仿形压实装置，可根据不同山药种植要求，使对垄压实程度达到农艺要求。

目前，我国山药种植农艺要求高，工序复杂，播种机械化程度低，严重制约了山药的发展。山药品种多样、块茎有方向要求、自动化播种损种率高和山药豆尺寸范围大等问题使得精量排种十分困难。因此，我国山药播种机械化亟需突破块茎自动排种关键技术、柔性低损排种、定向输送技术、山药豆精量排种技术和自动仿形压实技术。

总结现有山药播种排种技术的优缺点，在农机农艺有机融合的基础上，进行创新设计和优化设计，通过关键技术研究和系统集成，研制符合我国山药主产区要求的多功能山药种植机械，促进我国山药产业的发展。

（作者： 潘志国 李心志 杨然兵 郭春生 赵金爽 王文向）