油莎豆的應(yīng)用價(jià)值及其播種和收獲機(jī)的研究現(xiàn)狀

趙清來(lái)，陳曉明，許 順，劉海波

(1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 136300；2.吉林省油莎豆科技有限公司，吉林 長(zhǎng)春 136300)

油莎豆又名油沙草，原產(chǎn)于非洲東北部，一年生草本植物基層油料作物。1952 年被中國(guó)科學(xué)院植物研究所北京植物園從蘇聯(lián)引入中國(guó)，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(yīng)性極強(qiáng)，在我國(guó)南北各地的沙灘、山坡、丘陵、林間均可種植[2-3]，因其具有應(yīng)用范圍廣、又有改良鹽堿地的作用，具有重要的推廣價(jià)值。2016年油莎豆被我國(guó)農(nóng)業(yè)部列入《全國(guó)種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整規(guī)劃（2016 年—2020 年）》并已在吉林、遼寧、新疆、廣西、內(nèi)蒙古、山東等20 多個(gè)省市自治區(qū)引種試種[4]。目前我國(guó)油莎豆種植面積1.33×104hm2以上[5]，已經(jīng)具有一定的種植規(guī)模。由于油莎豆在我國(guó)推廣的時(shí)間較短，其播種和收獲機(jī)械還處在研發(fā)階段。下文介紹了油莎豆的形態(tài)特征、營(yíng)養(yǎng)及應(yīng)用價(jià)值，并闡述了油莎豆播種、收獲機(jī)械研究開(kāi)發(fā)情況，以為其機(jī)械化規(guī)模生產(chǎn)和相關(guān)研究提供參考。

1 油莎豆的形態(tài)特征和應(yīng)用價(jià)值

油莎豆的莖葉叢生，葉片窄長(zhǎng)堅(jiān)硬，表面有角質(zhì)層，葉片平均長(zhǎng)度70 cm，最長(zhǎng)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(shù)大概有40～200多個(gè)。油莎豆的頂端膨大成塊莖，每粒的塊莖都有芽眼1～3 個(gè)。地下的莖又分為水平莖、根莖以及塊莖3種。塊莖呈長(zhǎng)橢圓形、長(zhǎng)棒形和橢圓形三種。塊莖的尺寸長(zhǎng)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(tài)特征見(jiàn)圖1。油莎豆種子籽粒較大，外型不規(guī)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(jī)械式排種器容易造成破種；由于油莎豆根系發(fā)達(dá)，塊莖埋于地下，塊莖與植株間相連的根莖較細(xì)、韌性低、易斷裂，收獲過(guò)程中極易發(fā)生落果現(xiàn)象[7]。上述原因給油莎豆的播種、收獲機(jī)械研發(fā)帶來(lái)了難度。

圖1 油莎豆的形態(tài)特征Fig.1 Morphological characteristics of Cyperus esculentus

作為油料作物是油莎豆的主要應(yīng)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(dāng)于0.33～0.47 hm2油菜。油莎豆油含有豐富的蛋白質(zhì)和氨基酸，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高、品質(zhì)優(yōu)于菜籽油。深入開(kāi)發(fā)和利用油莎豆油，對(duì)打破我國(guó)油料供給瓶頸有著重要的戰(zhàn)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(lái)飼養(yǎng)羊、牛、雞、兔等，降低飼料成本。油莎豆還有一定的藥用價(jià)值。研究發(fā)現(xiàn)，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(jīng)保護(hù)、胃保護(hù)、抑菌、壯陽(yáng)和治療貧血等功能。

2 油莎豆播種和收獲機(jī)械研究進(jìn)展

2.1 油莎豆播種機(jī)械研究進(jìn)展

播種前應(yīng)該對(duì)土地進(jìn)行旋耕，深度20～30 cm，油莎豆采用點(diǎn)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(zhuān)用播種機(jī)較少，很多地方使用的都是改進(jìn)的花生播種機(jī)，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(jī)，膜下播種一般采用兩行、四行、五行膜下播種機(jī)，膜上播種一般采用膜上打孔播種機(jī)[2]。目前播種機(jī)結(jié)構(gòu)大都采用機(jī)械式和氣吸式兩種。油莎豆機(jī)械式播種機(jī)一般是圓盤(pán)式排種穴播機(jī)，其原理是利用旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)上定距配置的型孔或窩眼排出定量的種子，根據(jù)種子大小、播種量、穴距等要求選配具有不同孔數(shù)和孔徑的排種盤(pán)完成播種。這種播種機(jī)一般不能隨意調(diào)整孔徑，這對(duì)于種子大小差異較大的油莎豆來(lái)說(shuō)播種靈活性較差。氣吸式播種機(jī)靠負(fù)壓吸取種子而實(shí)現(xiàn)精量播種。與機(jī)械式種機(jī)相比，氣吸式播種機(jī)具有省種、不傷種、對(duì)種子尺寸要求不嚴(yán)、適應(yīng)力強(qiáng)、易于實(shí)現(xiàn)單粒精播等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此是近年來(lái)研究的重點(diǎn)。吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院研制了一種氣吸式油莎豆精量免耕播種機(jī)[13]，該播種機(jī)與拖拉機(jī)配套使用，采用牽引式連接，由平行四連桿托架機(jī)構(gòu)、種箱機(jī)構(gòu)、車(chē)架機(jī)構(gòu)、地輪機(jī)構(gòu)、分草輪機(jī)構(gòu)、摩擦輪機(jī)構(gòu)、鎮(zhèn)壓輪機(jī)構(gòu)、多功能施料箱、種肥變速箱、電子監(jiān)控系統(tǒng)、底肥箱機(jī)構(gòu)、播種單體掛架、施肥器機(jī)構(gòu)等部件組成。排種器采用了氣吸式排種器，種子經(jīng)過(guò)氣吸后通過(guò)導(dǎo)種管落入排鐘盤(pán)開(kāi)好的溝槽里。經(jīng)過(guò)排種試驗(yàn)表明該播種機(jī)播種漏播率≤2%。河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院研制了一種氣吸式油莎豆精量鋪膜播種機(jī)[14]。該播種機(jī)采用膜下播種，由合墑器、氣吸式排種器、播種開(kāi)溝器、鋪膜機(jī)構(gòu)、機(jī)架、覆土器、地輪組成。在機(jī)架前梁上安裝合墑器，機(jī)架的后梁上安裝播種總成，可以同時(shí)播種5行，能夠?qū)崿F(xiàn)開(kāi)溝、覆土、單粒精播、鋪膜一次性完成。田間試驗(yàn)表明該播種機(jī)能夠較好地實(shí)現(xiàn)精量播種。

2.2 油莎豆收獲機(jī)械研究進(jìn)展

早期的油莎豆收獲機(jī)都是采用機(jī)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(jiǎn)易篩選機(jī)[17]、沈陽(yáng)市農(nóng)機(jī)所研制的工農(nóng)581-281型油莎豆收獲機(jī)、邢臺(tái)地區(qū)農(nóng)機(jī)所研制的平篩式油莎豆收獲機(jī)等，這些收獲機(jī)存在功能較為單一、適用范圍窄等技術(shù)缺陷，具有一定的局限性。由于油莎豆根系發(fā)達(dá)，塊莖埋于地下，塊莖與植株間相連的根莖較細(xì)、韌性低、易斷裂，收獲過(guò)程中極易發(fā)生落果現(xiàn)象，而且在果實(shí)出土后，由于黏壤土里土果不易分離，在篩果時(shí)容易造成振動(dòng)篩篩孔堵塞問(wèn)題，這給莎豆油收獲機(jī)的研制帶來(lái)了難度。為了解決油莎豆收獲過(guò)程中落果問(wèn)題，山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究中心團(tuán)隊(duì)嘗試在油莎豆地下塊莖生長(zhǎng)（距地面以下5～10 cm）下方鋪設(shè)一層尼龍網(wǎng)的種植方式，待收獲時(shí)直接將尼龍網(wǎng)拉出，以提高收獲效率，但該模式的機(jī)械設(shè)備還在測(cè)試中[2]。針對(duì)油莎豆篩果時(shí)容易造成振動(dòng)篩篩孔堵塞問(wèn)題，吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院研制出一種油莎豆籽粒收獲機(jī)，該設(shè)備集脫粒、分離、清選功能于一體，該設(shè)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(shè)計(jì)，有效減少了堵塞問(wèn)題[15]。邵陽(yáng)市農(nóng)機(jī)研究所于2010年開(kāi)發(fā)出一種小型多功能收獲機(jī)械，該設(shè)備運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)理念，通過(guò)調(diào)整振動(dòng)模塊和更換篩選模塊，可以快速實(shí)現(xiàn)功能轉(zhuǎn)換以減少堵塞問(wèn)題[16]。

3 總結(jié)

油莎豆作為一種高產(chǎn)作物，其應(yīng)用價(jià)值很高，既可以作為優(yōu)質(zhì)的油料作物，也可作為飼料或在醫(yī)療、保健行業(yè)發(fā)揮作用。油莎豆種植的機(jī)械化程度決定了油莎豆的規(guī)?；N植和生產(chǎn)程度。從市場(chǎng)上看，油莎豆播種和收獲設(shè)備仍未被廣泛使用，原因是從油莎豆播種和收獲機(jī)械開(kāi)發(fā)較晚，還處在初級(jí)階段，產(chǎn)品性能較差，沒(méi)有形成技術(shù)優(yōu)勢(shì)。因此，加大對(duì)油莎豆相關(guān)機(jī)械設(shè)備研制的投入力度、研制出更多更好的油莎豆機(jī)械化生產(chǎn)設(shè)備，對(duì)促進(jìn)油莎豆生產(chǎn)規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化都具有重要意義。