趙祖松穎，鄭志安，黃璐琦

中藥材生產機械化的技術裝備需求量化模型構建

趙祖松穎1，鄭志安1※，黃璐琦2

（1. 中國農業(yè)大學工學院，中國農業(yè)機械化發(fā)展研究中心，北京 100083；2. 中國中醫(yī)科學院中藥資源中心，北京 100700）

為分析與判斷中藥材各生產環(huán)節(jié)機械化的差異化發(fā)展需求，從機械化作業(yè)程度、技術裝備狀況、用戶需求3個角度，結合熵權法和層次聚類分析法構建了中藥材生產機械化的技術裝備發(fā)展需求量化評價模型，并基于Fisher判別法將該模型進行函數化表達。實證評價結果表明，中藥材生產環(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，“無機可用”和“有機難用”的現象明顯，機械化技術裝備的發(fā)展需求迫切。Fisher判別法訓練得到的函數I貢獻率為79.4%，Wilks’ Lambda值為0.037，具有統(tǒng)計顯著性，獲得的3種需求類別的中心值分別為-2.868，1.904和1.675，可用此數學模型精確表達發(fā)展需求的分類。該模型可在形成分類的同時體現原因和細節(jié)，對于有針對性地開展特定應用需求的技術裝備研發(fā)、推進農業(yè)機械化供給側改革、促進中藥材生產機械化的可持續(xù)發(fā)展具有指導意義，同時也可為其他機械化發(fā)展滯后的作物品種或地區(qū)的技術裝備發(fā)展需求評價提供參考。

機械化；模型；中藥材；需求；聚類分析；判別分析；熵權法

0 引 言

中醫(yī)藥是中華文明的瑰寶，中藥材是中醫(yī)藥事業(yè)的物質基礎。從20世紀中葉開始，中國開始大力發(fā)展中藥材的人工種植生產，目前市場上超過70%的藥材由人工種植[1]，中國中藥材種植面積在改革開放以來的40年間提升了10倍，已經形成規(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)?；a的趨勢明顯[2-3]。

相對其他農作物的生產，中藥材在生產過程中對品質、安全性、有效性等方面的要求更嚴苛[4-6]，勞動密集特征十分突出[7]。伴隨著人口老齡化的加劇和農村勞動力的短缺，在藥材生產規(guī)模不斷擴大的背景下，以機械代替人工勞動進行中藥材的生產，已成為解決當前藥材規(guī)模生產與人工成本高、勞動力供給不足矛盾的關鍵手段。近年來，有關藥材生產機械與裝備成為農機行業(yè)的關注熱點和潛在價值增長點，然而中藥材生產機械化的發(fā)展起步較晚，技術水平落后[1]，中藥材機械化生產總體上面臨著“無機可用”的局面。

在這一背景下，整合現階段的研究資源，有的放矢地發(fā)展中藥材機械化生產，實現關鍵環(huán)節(jié)機械化技術裝備的“從無到有”，是解決現階段機械化生產需求與供給矛盾問題的關鍵。然而，由于中藥材品種繁多、生產環(huán)節(jié)復雜、區(qū)域差異性大等因素，有關藥材機械化生產的需求判斷困難且方法缺乏。如何根據實際生產情況，科學認識與評價機械化技術裝備的發(fā)展需求，有針對性地開展特定應用需求的技術裝備研發(fā)，既是中藥材生產機械化發(fā)展過程中的現實需求，也是農業(yè)機械化供給側改革過程中的重要研究內容。

為此，本文從中藥材生產的特征出發(fā)，基于中藥材機械化技術裝備發(fā)展的評價環(huán)節(jié)，構建了集合機械化作業(yè)程度、技術裝備狀況和用戶需求的評價體系，運用層次聚類分析方法構造評價模型，采用判別分析法將模型進行數學化表達，并以國家中藥材產業(yè)技術體系各綜合試驗站示范基地為對象進行實證評價，旨在為分析與判斷中藥材各生產環(huán)節(jié)機械化的差異化發(fā)展需求提供量化參考依據，也為其他機械化發(fā)展滯后的作物品種或地區(qū)的技術裝備發(fā)展需求量化評價提供參考。

1 模型的構建

鑒于中藥材生產的特殊性，為構建可量化表達技術裝備發(fā)展需求評價模型，需要在明確模型適用范圍的基礎上制定評價原則，進而確定相關評價指標及評價方法，以增強模型的適用性。

1.1 模型適用范圍

在品種范圍上，中藥材的概念范圍寬泛，廣義的中藥材指經初步加工處理的中藥原料，包括植物類、動物類、礦物類藥材等[8]，本研究所針對的中藥材是指相對狹義的藥材概念，即植物類藥材或中草藥，其中的中藥材生產是指根據藥用植物生長發(fā)育規(guī)律，通過人工培育來獲得中藥材產品的生產活動，屬于農業(yè)生產范疇[1]。

在流程范圍上，中藥材生產過程相對較長，從田間生產到藥材飲片商品的形成通常在產地完成，由于本研究針對原藥材生產的過程，側重于農業(yè)生產，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、儲存、包裝等環(huán)節(jié)。

在評價模型的運用范圍上，模型可適用于多品種中藥材機械化技術裝備發(fā)展需求的評價，也可用于區(qū)域內的中藥材生產，二者在評價環(huán)節(jié)的選擇上有所不同。

1.2 評價環(huán)節(jié)選擇原則

不同品種的中藥材在不同地區(qū)的生產方式差異較大，在評價之初需要進行一定的篩選，以有針對性地評價有必要和有明顯發(fā)展需求的環(huán)節(jié)。

由于中藥材機械化生產處于起步時期，機械裝備在各生產環(huán)節(jié)中的滲透不夠，發(fā)揮的作用還不足，因此，在選擇評價環(huán)節(jié)時，應遵循發(fā)展和需求的思想，從促進關鍵環(huán)節(jié)的中藥材生產機械化為目的進行考慮，推進技術裝備的形成和優(yōu)化。評價環(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。參考有關農業(yè)機械化的研究，設置3類基本原則：代表性原則、可比性原則和可測量原則[9-13]。代表性原則指在以區(qū)域或品種進行評價時，所選環(huán)節(jié)要能夠反映區(qū)域內一般中藥材的生產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)需要相互獨立，不存在包含關系或重疊部分，以實現各指標的橫向可比。可測量原則指所選環(huán)節(jié)涉及的數據要能夠在實際生產過程中獲取，或通過科學的方法換算可得，具有可操作性。

2）特色原則。特色原則是在遵循當前中藥材生產過程的基礎上，以藥材的生產為核心，以機械化發(fā)展為目標的原則，分為環(huán)節(jié)特殊性貢獻原則和發(fā)展迫切性原則。

環(huán)節(jié)特殊性貢獻原則是以“藥”為核心，充分考慮藥材生產過程中相對特殊的環(huán)節(jié)，尤其是對于主要活性成分形成和積累具有較大貢獻的環(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)展迫切性原則指評價環(huán)節(jié)選擇過程中，需要從解決現實問題出發(fā)，著重考慮勞動強度大、勞動力需求較高且機械裝備不足的環(huán)節(jié)，將生產者對機械化作業(yè)的迫切需求考慮在內；與之相對的，對于當前需求較小、機械裝備發(fā)展相對成熟或是可以直接采用其他作物通用機械的環(huán)節(jié)，要弱化考慮。

1.3 評價指標的設置與計算

在以上范圍和原則的基礎上，以用戶為核心，從現階段中藥材機械化生產的技術發(fā)展情況、數據可獲得性等方面進行考慮，構建涵蓋機械化作業(yè)程度、機械化技術裝備狀況和用戶對機械化技術裝備需求的評價指標體系。如圖1所示。

圖1 中藥材生產機械化技術裝備發(fā)展需求的形成與作用

1.3.1 機械化作業(yè)程度

機械化作業(yè)程度反映有關技術裝備在實際生產中的應用狀況，綜合體現發(fā)展需求的差異，通常采用機械化作業(yè)水平進行量化描述。中藥材生產環(huán)節(jié)由田間生產和初加工2個部分組成，參考有關標準，田間生產環(huán)節(jié)的機械化作業(yè)程度計算方法如下[14-15]：

式中A表示第個環(huán)節(jié)的機械化作業(yè)程度，%；S表示第個環(huán)節(jié)中利用機械裝備進行作業(yè)的面積，hm2；S表示第個環(huán)節(jié)中的總作業(yè)面積，hm2。

初加工環(huán)節(jié)的機械化作業(yè)程度計算方法如下：

式中M表示第個環(huán)節(jié)中利用機械裝備生產藥材的總量，t；M表示第個環(huán)節(jié)中的實際生產總量，t。由于中藥材處理工序上存在差異，在測算中需將藥材機械化生產總量和實際生產總量折算成干燥加工后的干藥材質量進行計算。

1.3.2 機械化技術裝備狀況

農業(yè)機械的鑒定評價對于將機具的研發(fā)和優(yōu)化與實際生產要求結合具有重要意義，對現有中藥材生產機械裝備的技術特征進行識別，能夠體現機械裝備應用過程中使用者的使用需求和存在的技術問題，對促進供需對應的農業(yè)機械研發(fā)具有重要意義。參考相關標準和部分文獻[16-20]，本文設置5個反映現有機械裝備狀況的指標，如表1所示。

通常情況下，農業(yè)機械的評價需要設定功能細節(jié)指標并設計試驗進行測算評價，側重于評估機械裝備的某方面性能。本文針對品種或區(qū)域范圍的評價，主要目的是通過各方面的特征反映機械裝備在長期使用過程中的效果，因此對于以上5個方面的評價，直接由有關機械的使用者或管理者對所使用的機械裝備進行等級評定，以簡化評價流程，體現用戶的長期使用感受，獲得可用數據。

表1 中藥材生產機械化技術裝備狀況評價指標

為綜合體現機械化技術裝備狀況，對以上5個指標進行權重賦值。為保證模型對品種或區(qū)域的針對性，避免主觀認識帶來的干擾和因指標差異過小造成的分析不清，本文采用客觀賦值法中的熵權法（Entropy Weight Method）進行賦值[21-22]，計算步驟如下：

1）原始數據矩陣標準化

設有個評價指標，個評價對象，得到原始數據矩陣為

進行標準化后得到的矩陣為

式中y為第個評價對象在第個評價指標上的標準化值，y的計算公式如下：

2）計算信息熵

第個指標的信息熵值E為

3）計算熵權

第個指標的熵權w為

通過熵權法確定各指標的權重后，計算各環(huán)節(jié)的機械化技術裝備綜合狀況評分值B，計算公式為

1.3.3 用戶需求

農戶是中藥材生產有關機械裝備的使用主體，也是機械化作業(yè)的主要受益對象，農戶對機械化技術裝備的需求是一種結合使用者條件和各方面效益考慮的綜合需求。一般情況下，農戶對某一事物的關注頻率會對其行為方式產生重要作用，關注頻率越高，需求意愿越強，對于中藥材來說，機械化技術裝備空白較大，機械化生產的整體發(fā)展程度較低，但以機械代替人工勞動具有很強的迫切性，在這一過程中，農戶往往會關注市場中是否已存在適合的機械裝備，具有較強的技術的感知能力[23-24]。因此，結合農戶的需求和對技術的感知，設置用戶需求程度指標。

將用戶對機械化技術裝備的需求程度從低至高平均分為個等級，1為需求程度最低等級，為需求程度最高等級，則第個環(huán)節(jié)機械化技術裝備的用戶的需求程度C為

式中P為需求機械化技術裝備的用戶占所有調查用戶的比例，%；U為需求該環(huán)節(jié)技術裝備但又無機可用的用戶占總需求用戶的比例，%；T為第個需求等級的用戶占總需求用戶的比例，%。

某一環(huán)節(jié)的機械化技術裝備用戶需求程度越高，說明該環(huán)節(jié)的技術裝備發(fā)展需求程度越高，而對于機械化作業(yè)程度和技術裝備狀況這2個指標，高的發(fā)展需求往往對應較低的機械化作業(yè)程度和綜合狀況評分值，因此將三者進行整合分析時，為使3類指標方向一致，將用戶需求程度進行相反數變換，反映用戶不需求機械化技術裝備的程度。

1.4 評價模型的構建

以上3類指標既有不同之處，又有規(guī)律性特征，可以使用層次聚類分析法（Hierarchical Cluster Analysis Method）對其進行總體歸類，將機械化技術裝備發(fā)展需求程度相似的環(huán)節(jié)進行劃分，結合指標細節(jié)進行分析。

由于以上3類指標的單位不同，數值之間存在較大差異，在進行聚類分析距離計算時會得到較大的數值，造成距離相異性結果誤差[25]，因此在進行分析前采用得分法，使每個變項間的平均數為0，標準差為1，計算過程如下：

假設有個環(huán)節(jié)，則第個環(huán)節(jié)第個指標的標準化計算公式為

其中

式中D為標準化后的數據，d為原始數據，`d為原始數據的平均值，S為標準差。

根據以上分析，形成中藥材生產機械化技術裝備發(fā)展需求評價技術路線，如圖2所示。

圖2 中藥材生產機械化技術裝備發(fā)展需求評價技術路線

在層次聚類分析評價的基礎上，為進一步體現以上3指標的內在聯系，使分類計算更具體化，通過對指標直接進行分組計算，保障評價模型能適應機械化技術裝備的發(fā)展變化過程，進一步采取Fihser判別分析法[26]進行訓練，建立判別函數，精確實現分類量化評價。

在本研究中，設評價對象某個環(huán)節(jié)的三維參數向量為=(1,2,3)T，其投影公式為[27]

式中()為投影函數，J為投影系數，R為一維變量，表示維數。

Fisher判別是有監(jiān)督學習的判別算法，需要在樣本數據中提供先驗分類作為訓練基礎，構造訓練集和測試集，而層次聚類分析的結果可作為Fisher判別模型訓練的參考。

將指標代入線性判別函數中進行計算，比較計算結果與各中心值的距離，當距離某類中心越近，說明將某一環(huán)節(jié)判別為該類別越合理。判別函數的形式如下：

式中、、分別為機械化作業(yè)程度、技術裝備綜合狀況評分、用戶需求程度的系數，為常量。

2 實證評價

為進一步對評價模型和有關流程進行闡述，選擇國家中藥材產業(yè)技術體系下各綜合試驗站示范基地（簡稱中藥材體系基地）作為評價對象。各基地對現代化生產技術和裝備的應用相對較廣，是全國中藥材機械化生產的代表；在品種覆蓋方面，評價對象涉及的品種類型多，代表了常見中藥材品種和地方特色中藥材品種的生產情況；在范圍方面，評價對象分布在全國23個主要中藥生產省份，基地生產面積累計超過2.8×104hm2。評價對象涉及品種多、范圍廣、代表性強，可一定程度反應全國中藥材生產的機械化技術裝備情況。

2.1 評價環(huán)節(jié)選擇

評價對象為區(qū)域型多品種中藥材，結合環(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、當歸、黃芪等藥材。不同品種在不同地區(qū)采取符合當地條件的種植方式，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，因此從種植過程考慮，選擇播種和移栽2個環(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藥材生長發(fā)育過程中的有效藥用成分積累至關重要，其過程也影響著藥材的質量安全。

藥用植物的主要活性成分一般是次生代謝產物，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)境脅迫對于增強藥材次生代謝產物的合成和積累具有重要作用[30-31]。田間管理貫穿著整個藥材的發(fā)育過程，是人為的藥材生長環(huán)境調節(jié)，可獲得符合需要的產品。遵循藥用植物的生物學發(fā)育規(guī)律，通過科學的田間管理促進藥材有效成分的合成和累積，對于提高藥材的藥物價值屬性具有重要的意義。

在安全性方面，中藥材生產兼具農業(yè)生產和藥物生產的屬性，通過農業(yè)生產活動獲得的不僅是農產品，還是具有治療或預防疾病功能的藥材原料，市場、消費者對其質量安全的要求更高[32]，在藥材生產過程中，施肥、農藥使用等環(huán)節(jié)也具有更嚴格的規(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個環(huán)節(jié)應在評價中考慮。

2.1.3 收獲環(huán)節(jié)

收獲環(huán)節(jié)是農業(yè)機械化生產的重要環(huán)節(jié)，其機械裝備的種類較多、機具構造較復雜。對于中藥材來說，收獲環(huán)節(jié)還具有2個特殊意義，應符合環(huán)節(jié)選擇原則中的特色原則。

其一，多數藥材的收獲時機和方式對于藥材品質具有較大影響。例如，艾草的采收時期宜在端午前后，此時總黃酮和總酚酸含量較高，產量也相對較高[34]；薄荷應在上午8:00－10:00點、下午2:00－4:00點進行采收，此時揮發(fā)油含量較高[35]；牡丹皮應在8－10月選擇晴天進行收獲，這是基于該時期丹皮酚累積量與產量、種植成本等經濟因素的綜合考慮[36]。此外，藥材的經濟價值較高，收獲過程中對破損率、收獲率等均具有較高要求，收獲的部位也會對其品質和產量的形成產生影響。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，雖然會增加生物量，但會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]?！斑m時收獲”和“適位收獲”是藥材收獲的基本要求，因此，藥材收獲機械的專用性較強，作業(yè)效率和質量要求較高。

其二，藥材機械化收獲作業(yè)的發(fā)展是必要的。藥材收獲通常是中藥材生產過程中用工較多、勞動強度較大的環(huán)節(jié)，雖然中藥材體系基地在現代化生產技術的應用方面位于全國前列，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行勞動，每公頃成本高達30 000元；艾草采收的平均年齡在60歲以上，勞動能力整體不足。中藥材收獲在機械裝備的種類、數量均與需求存在巨大差距，現有的藥材收獲機多從大田作物收獲機械轉化而來，適應性不強，對適配性好的優(yōu)質中藥材收獲機械裝備需求旺盛。

因此，以機械代替人工勞動進行收獲，同時滿足藥材對收獲時間和方式的嚴格要求，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，藥材的機械化收獲或將成為藥材生產作業(yè)中最具特色的環(huán)節(jié)，評價收獲環(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于毒性成分的去除、有效活性成分的轉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)是常見且具有共性的環(huán)節(jié)，也是初加工過程中影響藥材質量和藥性形成的2個主要環(huán)節(jié)。

在凈制過程中，藥材經篩選、除雜、清洗等處理，除去外源污染物，形成達到凈度標準的產品，這一過程可能會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造成不同程度的三七素損失，清洗時間與損失程度有關聯性[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間有助于提升藥材品質[39]。

干燥是中藥材初加工過程的代表性環(huán)節(jié)，干燥方式很大程度的影響著藥材的品質，國內外對于干燥方式、參數與藥用植物有效成分關系的研究十分豐富。通過現代機械裝備進行中藥材的干燥，能夠避免在傳統(tǒng)加工過程中的一些藥材安全風險，如傳統(tǒng)自然干燥過程中為彌補天氣等不利因素帶來的影響，不規(guī)范地使用熏硫以避免藥材變質而帶來的藥材質量安全問題等[40-41]。

因此，以機械裝備輔助進行凈制和干燥加工，通過現代化的初加工手段控制生產過程，不僅是當前生產規(guī)模擴大情況下解決勞動力短缺問題的要求，也是藥材品質和安全的保障措施，更是藥材初加工技術工藝的發(fā)展趨勢。

需要特別說明的是，中藥材生產過程中可通過機械裝備代替人工作業(yè)的環(huán)節(jié)較多，本文對其他未選環(huán)節(jié)原因解釋如下：

1）耕整地環(huán)節(jié)。首先，評價對象涉及的品種類別較多，在部分藥材的生產過程中，耕整地作業(yè)的存在必要性不強，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，多數藥材從種植到收獲的時間較長，需要長時間積累活性成分，歷經多年才能成為符合要求的原藥材，許多藥材還存在較長的采摘年限，因此耕整地環(huán)節(jié)在其中的作用較弱；此外，耕整地機械的通用性好，其他作物的耕整地裝備無需經過太多改進便能運用到藥材生產中，發(fā)展迫切性相對較低。

2）初加工過程中的切制環(huán)節(jié)。藥材初加工一般由農戶或企業(yè)完成。農戶向市場或企業(yè)提供切制或未切制的藥材，由企業(yè)經過再次處理加工，藥材原料銷售時對切制沒有嚴格要求，因此對于切制環(huán)節(jié)的調查較困難，不滿足可測量原則。同時，許多藥材機械參照中藥飲片的要求進行定制設計，結構不復雜，已經形成了符合要求的穩(wěn)定工藝技術，發(fā)展的迫切性也較弱。

3）其他環(huán)節(jié)。對于覆膜、修剪、種子預處理等環(huán)節(jié)，由于需要根據品種進行實施，共性程度不足，機械化發(fā)展的需求迫切程度也不夠。田間轉運機械的通用性好，并不是特別需要關注的環(huán)節(jié)，因而也不予考慮。

2.2 數據采集與測算

有關數據的調查采集在2019年7月至11月開展，由各基地的一線生產負責人填寫統(tǒng)計問卷，每個基地針對一個品種，僅填寫一份問卷。調查共回收有效問卷229份，其中企業(yè)基地占52%，合作社基地占36%，個體種植戶占12%。問卷涉及73個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%。

為便于用戶對有關信息進行準確填寫，在機械化技術裝備狀況調查中，設置“優(yōu)”、“良”、“中”、“可”、“差”5個等級選項，在數據處理方面，對各評價等級進行賦值評分，“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)的機具在各指標取平均得分值；在用戶需求程度調查中，設置“一般”、“較急”和“急需”3個等級。

經測算，中藥材體系基地在機械化作業(yè)、技術裝備狀況、用戶需求方面的數據如表2、表3所示。

表2 中藥材體系基地機械化作業(yè)與用戶需求情況

表3 中藥材體系基地技術裝備狀況及各指標權重

注：環(huán)節(jié)間比較采用Tamhane’s T2和Dunnett’s T3檢驗，檢驗結果一致；相同小寫字母表示環(huán)節(jié)間沒有顯著性差異（≥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).

2.3 評價結果

根據表2、表3結果，利用公式（1）~（9）計算得到各評價指標，結果如表4。

表4 各評價指標計算結果

對用戶需求程度數據進行相反數轉換，根據公式（10）~（12），對以上數據進行標準化換算，結果如表5。

表5 各評價指標標準化結果

以表5結果為基礎進行層次聚類分析，采用離差平方和法（Ward’s method）和歐基里德距離平方法（square Euclidean distance）計算類間和樣本間距離[42-43]，形成聚類樹狀圖，如圖3所示。

圖3 機械化技術裝備發(fā)展需求聚類樹狀圖

2.4 結果分析與判別模型構建

2.4.1 評價結果分析

根據圖3所示的聚類過程，將評價環(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)形成分類的細節(jié)原因，對表5中3種指標的標準化數據從小到大進行排序，與劃分的類別進行對比，結果如表6。

表6 各環(huán)節(jié)類別劃分與評價指標排序

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，但現有收獲機械的狀況不佳，用戶需求程度非常高，二者排名均為第1，但從機械化作業(yè)程度的排名上看，收獲環(huán)節(jié)排名第3。推測其原因，可能是由于藥材收獲對勞動力的需求量大、勞動強度高，雖然現有收獲機械存在許多不足，但在缺乏勞動力的情況下，只好勉強使用體驗不佳的機械。在調研過程中也發(fā)現，部分藥材在收獲時使用翻土、挖掘等其他種類甚至工程機械輔助進行收獲作業(yè)。

結合表3分析可知，收獲環(huán)節(jié)的機械化技術裝備在經濟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，說明收獲環(huán)節(jié)的機械裝備與其他環(huán)節(jié)差距明顯，機械裝備整體表現差。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了50%，有一半的用戶表示沒有可用的收獲機械?！坝袡C難用”和“無機可用”的現象體現出了中藥材機械化收獲技術裝備十分迫切的發(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)的機械化程度較低，技術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，加上需要創(chuàng)造適當的“逆境”促使藥材積累有效成分[44]，以及藥材對于中耕作業(yè)質量要求較高等因素，使得中耕環(huán)節(jié)的機械化技術裝備具有迫切的發(fā)展需求。

移栽環(huán)節(jié)與同屬于種植過程的播種環(huán)節(jié)相比差異十分明顯，尤其在機械化作業(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)技術裝備開發(fā)和使用相對容易從大農業(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，其他作物成熟的機械化播種技術可以較為容易地移植并運用到中藥材之中。然而對于機械化移栽，無論在藥材品種之間，還是在與大農業(yè)作物的形態(tài)對比上，均已初步顯示出了差異，使中藥材的機械化移栽難以簡單地通過技術裝備移植進行發(fā)展，需要根據品種進行針對性開發(fā)，再加上藥材本身的高價值屬性對作業(yè)質量有更高要求，機械化移栽有較高的技術挑戰(zhàn)。

播種環(huán)節(jié)屬于B類環(huán)節(jié)，擁有最高的機械化作業(yè)程度，但技術裝備的評價不高，其原因可能是中藥材雖然從大農業(yè)中借鑒并引入了機械化播種的技術裝備，但針對藥材品種或區(qū)域的定制化改造不足，優(yōu)化程度不夠，在作業(yè)過程中出現了可靠性不高的問題，也存在較高的“無機可用”占比，機械化播種技術裝備的發(fā)展需求程度也較高。

干燥、凈制、植保、施肥屬于C類，機械化技術裝備的發(fā)展需求相對其他類別不高。干燥和凈制屬于藥材的初加工環(huán)節(jié)，在凈制方面，農戶可以采取簡易的方式進行藥材的清洗、去雜、篩選等。而在干燥方面，雖然大多數藥材均需要進行干燥加工，但農戶可采取自然晾曬、烘烤等傳統(tǒng)方式進行干燥，以達到節(jié)約能耗和設備購置成本的目的，因而沒有較高的機械化技術裝備發(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”與“藥”的生產要求不同造成的。在整個生產過程中，可向大農業(yè)進行借鑒的機械化技術裝備發(fā)展需求相對較低，具備一定特殊要求、突顯中藥材生產特色的環(huán)節(jié)需求較高，而“特色”部分正是當前中藥材生產機械化發(fā)展的難點，也是發(fā)展需求最旺盛和最有必要的部分。

2.4.2 判別模型構建

根據聚類分析的結果，采用Fisher判別模型進行訓練后得到2個典型判別函數，二者的有關特征參數如表7。

表7 Fisher判別函數特征參數

判別函數的選擇通常根據方差百分比和威爾克Λ及顯著性進行判斷，方差百分比越高，表明其特征值的貢獻率越高[45]，威爾克Λ值越小，樣本的貢獻率越大[46]。根據表7，函數I的貢獻率高于函數II，威爾克Λ值更小，具有顯著性（≥0.05），因此將函數I作為判別函數更合適。為進一步進行判斷說明，以2個函數的計算對所評價的8個環(huán)節(jié)進行分組，結果如圖4所示。

注：將各評價指標標準化數據代入函數I得到橫坐標值，代入函數II得到縱坐標值。

由圖4可見，函數I對A類和B、C類的分類效果較好，而函數II只能將B類和A、C類區(qū)分開，分類效果欠佳。因此，宜采用函數I作為主要判別函數，其表達式為

式中、、分別為機械化作業(yè)程度、技術裝備綜合狀況、用戶需求程度的標準化值。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說明了評價模型的3個指標不僅具有一定聯系，還可以進行函數化表達，在機械化技術裝備發(fā)展過程中，可通過數學模型量化地表達需求的變化，實現分類的便捷運算。

3 結論與建議

本文基于中藥材生產的特點和機械化發(fā)展狀況，從機械化作業(yè)程度、技術裝備狀況、用戶需求3個方面構建了中藥材生產機械化技術裝備發(fā)展需求評價模型和量化方法，通過對中藥材體系基地進行實證研究，得到以下結論：

1）中藥材體系基地各生產環(huán)節(jié)的機械化技術裝備發(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)中的機械化技術裝備發(fā)展需求十分迫切，但由于存在更高或特殊的作業(yè)要求，機械化生產發(fā)展的技術挑戰(zhàn)較高，“無機可用”和“有機難用”的現象較明顯。

2）各類環(huán)節(jié)的對比分析顯示，可向大農業(yè)進行借鑒的環(huán)節(jié)機械化技術裝備發(fā)展需求相對較低，而具備一定特殊要求、突顯出中藥材生產特色的環(huán)節(jié)發(fā)展需求較高。

3）對中藥材體系基地的評價可以一定程度代表全國中藥材生產機械化的情況，評價結果與實際情況相符，模型設置合理，可以采用Fisher判別法將模型進行函數化表達，通過量化模型精確便捷地實現分類。

針對實證研究的結論，本文從環(huán)節(jié)發(fā)展與技術策略角度提出以下中藥材生產機械化技術裝備發(fā)展的建議：

在生產環(huán)節(jié)方面，首先應重點推進中藥材在收獲環(huán)節(jié)的裝備開發(fā)進程，研發(fā)針對性強、經濟、適用、可靠、安全的新型機械裝備，緩解需求矛盾；其次，應關注以移栽為主的種植機械化技術裝備開發(fā)，增強機械可靠性，滿足品種和地域的生產要求；此外，對于田間管理技術裝備，應以中耕為重點，將中藥材次生代謝產物累計形成研究與機械化作業(yè)方式結合，科學進行有關機械的優(yōu)化設計，在節(jié)約人工勞動的同時，使中藥材生產形成藥效和產量的平衡發(fā)展。

在技術策略方面，對各環(huán)節(jié)的分析以及環(huán)節(jié)特點的總結得到啟示：一方面可繼續(xù)借鑒大農業(yè)機械化技術的成果，在尊重藥材生產特點的基礎上，將大農業(yè)機械化生產技術向中藥材生產進行轉化；另一方面，應將自主研發(fā)創(chuàng)新與引進吸收結合，針對藥材品種、種植模式、生產要求等，實現農機農藝融合，走“一品一機”的定制化發(fā)展道路，快步伐、高質量地提升中藥材生產機械化技術裝備的質量和應用水平。

本文模型針對中藥材生產進行構建，但對于其他小眾作物和山區(qū)、丘陵等機械化發(fā)展程度較低的品種和地區(qū)也具有參考和借鑒價值。機械化技術裝備的從無到有和從有到用是一個變化的過程，需要根據機械化的進程分析需求的變化，與時俱進地融入新的元素，以提升模型的分析能力。

[1]魏建和，屠鵬飛，李剛，等. 我國中藥農業(yè)現狀分析與發(fā)展趨勢思考[J]. 中國現代中藥，2015，17(2)：94-98.

Wei Jianhe, Tu Pengfei, Li Gang, et al. Situation and trends in development of Chinese medicinal agriculture in China[J]. Modern Chinese Medicine, 2015, 17(2): 94-98. (in Chinese with English abstract)

[2]楊光，郭蘭萍，周修騰，等. 中藥材規(guī)范化種植（GAP）幾個關鍵問題商榷[J]. 中國中藥雜志，2016，41(7)：1173-1177.

Yang Guang, Guo Lanping, Zhou Xiuteng, et al. Analysis of several key problems of good agricultural practice (GAP) of Chinese materia medica[J]. China Journal of Chinese Materia Medica, 2016, 41(7): 1173-1177. (in Chinese with English abstract)

[3]王法亮，胡繼連. 中藥材規(guī)范化生產的經營模式研究[J]. 農業(yè)經濟問題，2008(7)：55-59.

Wang Faliang, Hu Jilian. Research on the operation system for standardized production of Chinese herbal medicines[J]. Issues in Agricultural Economy, 2008(7): 55-59. (in Chinese with English abstract)

[4]孫君社，鄭志安，王民敬，等. 現代道地中藥材生產工程模式構建及評價[J]. 農業(yè)工程學報，2015，31(17)：308-314.

Sun Junshe, Zheng Zhi'an, Wang Minjing, et al. Construction and evaluation of production engineering mode for modern genuine traditional Chinese medicinal material[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(17): 308-314. (in Chinese with English abstract)

[5]Zheng Zhi’an, Sun Junshe, Lu Xiufeng, et al. Status of famous-region Chinese herbal medicine planting bases and the building of materialized and closed management mode: an empirical analysis based on Infinitus (China) Co., Ltd. supplier[J]. International Agricultural Engineering Journal, 2015, 24(1): 55-63.

[6]孫君社，鄭志安，張秀清，等. 現代道地中藥材種植模式及基地合作創(chuàng)新探索[J]. 中國農業(yè)科技導報，2013，15(3)：57-63.

Sun Junshe, Zheng Zhi'an, Zhang Xiuqing, et al. Planting mode of modern genuine traditional Chinese medicinal material and its production base innovation exploration[J]. Journal of Agricultural Science and Technology, 2013, 15(3): 57-63. (in Chinese with English abstract)

[7]劉盈，李祺，汪曉凡. 中藥產業(yè)鏈結構復雜性分析[J]. 中國中藥雜志，2014，39(16)：3187-3191.

Liu Ying, Li Qi, Wang Xiaofan. Analysis of complexity in Chinese meteria medica industrial chain[J]. China Journal of Chinese Materia Medica, 2014, 39(16): 3187-3191. (in Chinese with English abstract)

[8]郭蘭萍，黃璐琦. 中藥資源生態(tài)學研究的理論框架[J]. 資源科學，2008，39(2)：296-304.

Guo Lanping, Huang Luqi. Theoretical framework of Chinese medical resource ecology[J]. Resources Science, 2008, 39(2): 296-304. (in Chinese with English abstract)

[9]白人樸，楊敏麗，劉清水. 中國農業(yè)機械化發(fā)展水平地區(qū)分類研究[J]. 中國農機化，1999(3)：24-27.

Bai Renpu, Yang Minli, Liu Qingshui. Study on regional classification of agricultural mechanization development level in China[J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization, 1999(3): 24-27. (in Chinese with English abstract)

[10]盧秉福，韓衛(wèi)平，朱明. 農業(yè)機械化發(fā)展水平評價方法比較[J]. 農業(yè)工程學報，2015，31(16)：46-49.

Lu Bingfu, Han Weiping, Zhu Ming. Comparision of evaluation method for agricultural mechanization development level[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(16): 46-49. (in Chinese with English abstract)

[11]張宗毅，宋建武. 我國農機裝備結構評價指標體系研究[J]. 中國農業(yè)大學學報，2015，20(5)：262-270.

Zhang Zongyi, Song Jianwu. Study on assessment indicator system of farming machinery structure in China[J]. Journal of China Agricultural University, 2015, 20(5): 262-270. (in Chinese with English abstract)

[12]曹衛(wèi)華，王家忠，黃凰，等. 林果業(yè)生產機械化水平評價與實證研究[J]. 系統(tǒng)工程理論與實踐，2015，35(11)：2857-2865.

Cao Weihua, Wang Jiazhong, Huang Huang, et al. Research on evaluation and demonstration of the forest fruit industry production mechanization[J]. Systems Engineering-Theory & Practice, 2015, 35(11): 2857-2865. (in Chinese with English abstract)

[13]黃光群，韓魯佳，劉賢，等. 農業(yè)機械化工程集成技術評價體系的建立[J]. 農業(yè)工程學報，2012，28(16)：74-79.

Huang Guangqun, Han Lujia, Liu Xian, et al. Establish of evaluation system for integrated agricultural mechanization engineering technology[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(16): 74-79. (in Chinese with English abstract)

[14]中華人民共和國農業(yè)部，農業(yè)機械化水平評價第1部分：種植業(yè)：NY/T 1408.1-2007[S]. 北京：中國農業(yè)出版社，2007.

[15]中華人民共和國農業(yè)部，農業(yè)機械化水平評價第5部分：果、茶、桑：NY/T 2852-2015[S]. 北京：中國農業(yè)出版社，2015.

[16]張衛(wèi)鵬，鄭志安，王剛，等. 煙草田間作業(yè)機械評價模型的構建[J]. 農業(yè)工程學報，2015，31(增刊1)：102-109.

Zhang Weipeng, Zheng Zhi'an, Wang Gang, et al. Establishment of evaluation model for tobacco field machinery selection[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(Supp.1): 102-109. (in Chinese with English abstract)

[17]NY/T 1931-2010，農業(yè)機械先進性評價一般方法[S]. 北京：中國農業(yè)出版社，2010.

[18]NY/T 2613-2014，農業(yè)機械可靠性評價通則[S]. 北京：中國農業(yè)出版社，2015.

[19]NY/T 2846-2015，農業(yè)機械適用性評價通則[S]. 北京：中國農業(yè)出版社，2015.

[20]NY/T 2082-2011，農業(yè)機械試驗鑒定術語[S]. 北京：中國農業(yè)出版社，2011.

[21]李峰，孫波，王軒，等. 層次分析法結合熵權法評估農村屋頂光伏系統(tǒng)電能質量[J]. 農業(yè)工程學報，2019，35(11)：159-166.

Li Feng, Sun Bo, Wang Xuan, et al. Power quality assessment for rural rooftop photovoltaic access system based on analytic hierarchy process and entropy weight method[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(11): 159-166. (in Chinese with English abstract)

[22]Guo Ming, Wang Zhelong, Yang Ning, et al. A multisensor multiclassifier hierarchical fusion model based on entropy weight for human activity recognition using wearable inertial sensors[J]. IEEE Transactions on Human-Machine Systems, 2019, 49(1): 105-111.

[23]李衛(wèi)，薛彩霞，姚順波，等. 農戶對山地林果生產機械化作業(yè)需求及影響因素[J]. 林業(yè)科學，2017，53(2)：117-128.

Li Wei, Xue Caixia, Yao Shunbo, et al. Demand and its influencing factors of households’ mechanization in mountainous orchard[J]. Scientia Silvae Sinicae, 2017, 53(2): 117-128. (in Chinese with English abstract)

[24]何可，張俊飚，豐軍輝. 自我雇傭型農村婦女的農業(yè)技術需求意愿及其影響因素分析：以農業(yè)廢棄物基質產業(yè)技術為例[J]. 中國農村觀察，2014(4)：84-94.

[25]李衛(wèi). 區(qū)域格局劃分與農業(yè)機械化發(fā)展不平衡定量研究[D]. 楊凌：西北農林科技大學，2015.

Li Wei. Research on Regional Landscape Division and Imbalance of Agricultural Machanization Development in China[D]. Yangling: Northwest A&F University, 2015. (in Chinese with English abstract)

[26]Zhang Chunming, Xie Yongchun, Liu Da, et al. Fast threshold image segmentation based on 2D fuzzy Fisher and random local optimized QPSO[J]. IEEE Transactions on Image Processing, 2017, 3(26): 1355-1362.

[27]李翠玲，姜凱，馬偉，等. 基于高光譜的番茄葉片斑潛蠅蟲害檢測[J]. 光譜學與光譜分析，2018，38(1)：253-257.

Li Cuiling, Jiang Kai, Ma Wei, et al. Tomato leaf Liriomyza Sativae Blanchard pest detection based on hyperspectral technology[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2018, 38(1): 253-257. (in Chinese with English abstract)

[28]黃璐琦，陳美蘭，肖培根. 中藥材道地性研究的現代生物學基礎及模式假說[J]. 中國中藥雜志，2004(6)：5-7.

Huang Luqi, Chen Meilan, Xiao Peigen. Modern biological basis and model hypothesis for genuine traditional Chinese medicinal material[J]. China Journal of Chinese Materia Medica, 2004(6): 5-7. (in Chinese with English abstract)

[29]楊利民，張永剛，林紅梅，等. 中藥材質量形成理論與控制技術研究進展[J]. 吉林農業(yè)大學學報，2012，34(2)：119-124.

Yang Limin, Zhang Yonggang, Lin Hongmei, et al. Research advances on formation theories and control techniques of Chinese medicinal materials quality[J]. Journal of Jilin Agricultural University, 2012, 34(2): 119-124. (in Chinese with English abstract)

[30]黃璐琦，郭蘭萍. 環(huán)境脅迫下次生代謝產物的積累及道地藥材的形成[J]. 中國中藥雜志，2007(4)：277-280.

Huang Luqi, Guo Lanping. Secondary metabolites accumulating and geoherbs formation under enviromental stress[J]. China Journal of Chinese Materia Medica, 2007(4): 277-280. (in Chinese with English abstract)

[31]曾燕，郭蘭萍，楊光，等. 環(huán)境生態(tài)因子對藥用植物皂苷成分的影響[J]. 中國實驗方劑學雜志, 2012, 1(17)：313-318.

Zeng Yan, Guo Lanping, Yang Guang, et al. Effect of environmental ecological factors on saponins of medicinal plant[J]. Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae, 2012, 1(17): 313-318. (in Chinese with English abstract)

[32]徐敢，袁衛(wèi)玲. 藥用植物環(huán)境污染物的監(jiān)測與治理[J]. 科技管理研究，2010，30(12)：126-128.

Xu Gan, Yuan Weiling. Monitoring and controlling on environmental pollutants of medicinal plants[J]. Science and Technology Management Research, 2010, 30(12): 126-128. (in Chinese with English abstract)

[33]王民敬，裴海生，孫君社，等. 基于改進層次分析法的靈芝品質安全綜合評價[J]. 農業(yè)工程學報，2017，33(4)：302-308.

Wang Minjing, Pei Haisheng, Sun Junshe, et al. Comprehensive evaluation on quality and safety ofbased on improved analytic hierarchy process[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(4): 302-308. (in Chinese with English abstract)

[34]薛紫鯨，郭利霄，郭梅，等. 不同采收期祁艾化學成分差異性研究[J]. 中國中藥雜志，2019，44(24)：5433-5440.

Xue Zijing, Guo Lixiao, Guo Mei, et al. Study on difference of chemical constituents of Qiai in different harvest periods[J]. China Journal of Chinese Materia Medica, 2019, 44(24): 5433-5440. (in Chinese with English abstract)

[35]楊莉. 蘇薄荷采收，初加工及貯藏過程中關鍵技術的研究[D]. 南京：南京中醫(yī)藥大學，2009.

Yang Li. Study on the Key Technique During the Procedure of Harvesting, Pretreating and Storage ofBriq[D]. Nanjing: Nanjing University of Chinese Medicine, 2009. (in Chinese with English abstract)

[36]張洪坤，路麗，黃玉瑤，等. 牡丹皮不同采收期質量綜合評價研究[J]. 世界科學技術-中醫(yī)藥現代化，2019，21(2)：240-247.

Zhang Hongkun, Lu Li, Huang Yuyao, et al. Study on comprehensive evaluation ofRadicis quality in different harvesting periods[J]. Modernization of Traditional Chinese Medicine and Materia Medica-World Science and Technology, 2019, 21(2): 240-247. (in Chinese with English abstract)

[37]Mohr T, Hecht H, Eichhorn H. Comparative examinations of an improved pickingmachine for the flower harvest ofL. (St. Rauschert),L. andL.[J]. Drogenreport, 1996(9): 15-23.

[38]陳駿飛，徐娜，金艷，等. 趁鮮清洗和干制后清洗對三七藥材質量的影響[J]. 中國藥學雜志，2017，52(14)：1227-1233.

Chen Junfei, Xu Na, Jin Yan, et al. Influences of cleaning before drying and cleaning after drying on quality of(Burk.)F.H.Chen[J]. Chinese Pharmaceutical Journal, 2017, 52(14): 1227-1233. (in Chinese with English abstract)

[39]李翠. 采收加工過程中丹參藥材產量與質量的變化[D]. 濟南：山東中醫(yī)藥大學，2015.

Li Cui. Changes of Yield and Quality in the Process of Harvesting and Processing ofBge[D]. Jinan: Shandong University of Traditional Chinese Medicine, 2015. (in Chinese with English abstract)

[40]何娟，趙艷茹，何勇. 近紅外光譜結合偏最小二乘判別對硫熏浙貝母的無損鑒別[J]. 光譜學與光譜分析，2017，37(10)：3070-3073.

He Juan, Zhao Yanru, He Yong. Discrimination ofBulbus treated by sulfur fumigation based on NIR coupled with PLS-DA[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2017, 37(10): 3070-3073. (in Chinese with English abstract)

[41]王曉偉，劉景富，關紅，等. 三重串聯四極桿電感耦合等離子體質譜法測定植源性中藥材中總硫含量[J]. 光譜學與光譜分析，2016，36(2)：527-531.

Wang Xiaowei, Liu Jingfu, Guan Hong, et al. Determination of total sulfur dioxide in Chinese herbal medicines via triple quadrupole inductively coupled plasma mass[J]. 2016, 36(2): 527-531. (in Chinese with English abstract)

[42]Murtagh F, Legendre P. Ward’s hierarchical agglomerative clustering method: which algorithms implement Ward’s criterion?[J]. Journal of Classification, 2014, 3(31): 274-295.

[43]Carter R L, Morris R, Blashfield B K. On the partitioning of squared Euclidean distance and its applications in cluster analysis[J]. Psychometrika, 1989, 54(1): 9-23.

[44]黃璐琦. 分子生藥學[M]. 北京：北京大學醫(yī)學出版社，2006.

[45]蔣華偉，周同星. 基于Fisher判別法則的小麥品質多指標分級[J]. 農業(yè)工程學報，2019，35(10)：291-298.

Jiang Huawei, Zhou Tongxing. Classification of storage wheat grain quality based on multi-index analysis and fisher discriminant criterion[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(10): 291-298. (in Chinese with English abstract)

[46]龐濤，楊霄，陳曉燕，等. 氣體傳感器鑒別花椒產地研究[J]. 農業(yè)工程學報，2019，35(18)：267-272.

Pang Tao, Yang Xiao, Chen Xiaoyan, et al. Identification oforigin based on gas sensor[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(18): 267-272. (in Chinese with English abstract)

Quantitative model for technology and equipment demanded for mechanization production of traditional Chinese medicine

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. 中藥材生產機械化的技術裝備需求量化模型構建[J]. 農業(yè)工程學報，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

國家現代農業(yè)產業(yè)技術體系專項資金資助（CARS-21）

趙祖松穎，博士生，研究方向為中藥材生產機械化。Email：zzsy@cau.edu.cn

鄭志安，博士，副教授，博士生導師，主要從事中藥材生產機械化、農業(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