榨菜收獲裝備研究現(xiàn)狀與展望*

俞國紅，鄭航，薛向磊，楊槐均

(1. 浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)裝備研究所，杭州市，310021；2. 浙江省紹興市新昌縣農(nóng)業(yè)機械管理站，浙江新昌，312500)

0 引言

榨菜為我國特有的蔬菜種類，種植范圍包括重慶、浙江、江蘇、福建等地，是主要的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟作物之一，每年實現(xiàn)外匯收入數(shù)萬億美元，我國目前榨菜產(chǎn)量達到400萬t，經(jīng)濟效益200億元[1-2]。重慶市榨菜種植面積達91.5 khm2，約占全國種植面積1/2，僅涪陵地區(qū)就有近48 khm2，榨菜是重慶涪陵農(nóng)村支柱產(chǎn)業(yè)和當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的主要經(jīng)濟來源，已形成了全形榨菜、方便榨菜、出口榨菜三大系列100多個產(chǎn)品品種，產(chǎn)品銷往全國各大中城市及縣鄉(xiāng)市場，2018年的產(chǎn)值已達到了102億元[3-4]。目前榨菜出口日本、東南亞及有華人居住的世界各國，與歐洲的酸黃瓜、德國的甜酸甘藍成為世界三大名腌菜，也是中國對外出口的三大名菜[5]。

目前，我國蔬菜機械化水平已進入快速發(fā)展階段，其中莖葉類蔬菜(小白菜、甘藍、蘆蒿、芹菜、莧菜、菠菜、空心菜)收獲技術(shù)達到國際先進水平，而榨菜機械化收獲研究基本處于起步階段，其收獲過程完全依靠人工，具有勞動強度大(作業(yè)包括彎腰、側(cè)搬、砍莖、起身、削莖、去葉、裝框、搬運)，收獲效率低、作業(yè)成本高等缺點，隨著農(nóng)村勞動力出現(xiàn)斷崖式缺乏和人力成本持續(xù)上漲，收獲已成為制約榨菜產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，基于國內(nèi)外蔬菜機械化收獲的研究基礎(chǔ)研發(fā)出結(jié)構(gòu)參數(shù)合理，滿足我國榨菜種植特點和收獲要求的榨菜機械收獲裝備迫在眉睫。本文分析了現(xiàn)有榨菜收獲機械的研究現(xiàn)狀，提出了存在問題和收獲關(guān)鍵技術(shù)難點以及今后榨菜機械化收獲的研究方向，旨在為我國榨菜收獲機械的進一步發(fā)展提供借鑒和參考。

1 榨菜種植農(nóng)藝以及收獲要求

1.1 榨菜種植農(nóng)藝要求

榨菜屬于十字花科的莖用芥菜，又名莖瘤芥，其莖可分為縮短莖和膨大莖兩段(圖1)，膨大莖又可稱為莖瘤，以其膨大的莖供食[6]。榨菜一般采用露地栽培，重慶、四川、浙江等榨菜主產(chǎn)地于每年的10月開始種植，主要有直播和育苗移栽兩種方式。目前全國還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的種植，西南產(chǎn)出榨菜種植行距30 cm，株距30 cm，平均每公頃種植90 000株左右，浙江產(chǎn)出榨菜種植行距25 cm，株距17 cm，平均每公頃種植225 000 株左右[7]，一般當(dāng)榨菜50%植株抽苔時開始采收，榨菜整個收獲周期約半個月，在每年2月底—4月初內(nèi)完成[8]。

圖1 榨菜及各部位

1.2 榨菜收獲要求

榨菜收獲作為榨菜產(chǎn)業(yè)機械化率最低的環(huán)節(jié)，具有農(nóng)藝要求高、作業(yè)難度大、收獲周期短的特點一旦錯過收獲期菜頭就容易空心，影響品質(zhì)和銷售價格。采收后的菜頭2/3以上用于腌制制作榨菜，因此收獲要求包括[9]：(1)收獲過程中需去除縮短莖、根部以及纓葉，保持莖瘤完整；(2)收后的青菜頭外表皮破損面積不得超過菜頭面積的15%；(3)收獲后青菜頭應(yīng)盡量較少粘土，不得水洗；(4)收獲后菜頭需要及時運輸、妥善儲存以便及時用于加工。

2 國內(nèi)榨菜收獲裝備發(fā)展現(xiàn)狀

榨菜是我國特有的農(nóng)產(chǎn)品，受種植區(qū)域限制，國外針對榨菜機械化收獲技術(shù)研究較少，有關(guān)榨菜機械化收獲裝備的研究鮮見有報道，針對與榨菜外形類似的蔬菜(如甘藍、圓白菜等)機械化收獲技術(shù)已趨于成熟。鑒于國外缺乏榨菜物理特性及相應(yīng)的田間試驗研究，類似作物收獲機械不可直接應(yīng)用于榨菜收獲。因而，榨菜收獲機械化發(fā)展水平基本以國內(nèi)為準(zhǔn)。國內(nèi)近年來對于榨菜收獲機的研究從未間斷，一些大學(xué)、科研機構(gòu)和農(nóng)業(yè)科技公司都嘗試研發(fā)出適用于榨菜收割的相關(guān)設(shè)備[10-13]。2013年寧波市某公司研發(fā)了聯(lián)合榨菜收獲機[14](樣機如圖2所示)，該機由全喂入履帶收割機底盤改裝而成，能一次性實現(xiàn)榨菜拔取、除泥、切葉、分離、輸送和收集等功能。工作時，位于收割裝置下端的松土鏟將榨菜根部泥土鏟松，隨后由夾持機構(gòu)將榨菜莖葉夾持拔取，拔起后榨菜頭在輸送的過程中由雙圓盤切割刀將菜葉及根部切除，切下的菜葉及根部掉落在土壤中，隨后除雜裝置對含有少量葉柄和泥土進行清理，通過輸送裝置將清理完成的榨菜頭運送到集裝箱中，即完成了整個榨菜收獲過程，但由于損失和破碎的關(guān)鍵技術(shù)未得到有效改善，僅處于樣機試制階段，尚未實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化推廣與應(yīng)用。

圖2 榨菜聯(lián)合收割機

西南大學(xué)葉進等針對重慶涪陵榨菜種植特有的丘陵山區(qū)地貌，設(shè)計一種小型手扶式榨菜收獲機[18]，如圖3所示，該機具有扶葉、夾持拔取、輸送、切葉等功能。作業(yè)時，由扶葉器將散開的葉直立扶正，并通過一定的張角將莖葉逐漸聚攏送至拔取機構(gòu)，拔取機構(gòu)的夾持條和傳送帶將榨菜葉夾持、拔取菜頭，并沿夾持輸送帶方向運動，在夾持拔取的同時，榨菜根部由安裝在夾持機構(gòu)下方的切根裝置切除，切根后的菜頭和纓葉在夾持運輸過程中進行切纓操作，切纓后的榨菜頭最終掉落在收集箱中。經(jīng)過田間試驗發(fā)現(xiàn)該設(shè)備能夠適應(yīng)丘陵山區(qū)，初步實現(xiàn)榨菜機械化收獲，但榨菜根部與土壤作用力較大，使得夾持拔取機構(gòu)很難將榨菜頭從土壤中拔取，導(dǎo)致榨菜收凈率較低；另外該機器沒有對行功能，容易發(fā)生菜葉夾持失敗，仍需進一步改進設(shè)計。

圖3 手扶式榨菜收獲機

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所肖宏儒等[16]對手扶式榨菜收獲裝置進行了結(jié)構(gòu)改善及試驗。針對榨菜收獲難題，在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上設(shè)計了一種4行榨菜聯(lián)合收獲機。如圖4所示，該設(shè)備主要由夾葉輸送總成、圓盤切根裝置、切根高度獨立仿形系統(tǒng)、割臺高度調(diào)節(jié)裝置、切葉裝置、除葉總成、收集裝置等組成，可一次完成青菜頭的切根、輸送、去葉除雜、裝箱等作業(yè)。經(jīng)過田間試驗表明該設(shè)備機具性能穩(wěn)定，作業(yè)順暢，初步實現(xiàn)榨菜機械化收獲要求，通過試驗表明：榨菜損失率9.96%，破損率19.37%，清潔率 90.04%。但由于種植土地不平整，榨菜莖根結(jié)合部位離地面高度不一致，當(dāng)切割部位過高時，榨菜收獲損失嚴重，切割部位過低時，高速旋轉(zhuǎn)的切割刀具容易進入土壤中，造成刀具磨損，嚴重影響使用壽命。

圖4 手扶自走式榨菜收獲機

重慶市農(nóng)科院龐有倫等[17]針對青菜頭的生物特性和農(nóng)藝要求，設(shè)計一種具有地面仿形和柔性夾持功能的小型青菜頭收獲機。該機械包括柔性夾持裝置、往返切割裝置、提升運輸裝置以及履帶行走底盤等裝置組成。作業(yè)時，將對行性差的榨菜聚攏至拔禾爪內(nèi)側(cè)，榨菜進入夾持機構(gòu)，由往復(fù)切根裝置完成榨菜根部切除，隨后榨菜被輸送到提升運輸裝置，再經(jīng)提升裝置運輸至出料槽。田間試驗結(jié)果表明：切割成功率為89.5%，青菜頭損傷率為10.8%。由于土壤粘性大，切割刀表面容易形成壅土堵塞，影響收獲作業(yè)，機器實際工作效率較低。

綜上所述，現(xiàn)有榨菜聯(lián)合收獲機關(guān)鍵技術(shù)尚未得到改善，對菜頭損傷率較高，目前仍處于樣機試制階段；小型手扶式榨菜收獲機收凈率較低，夾持菜頭容易失敗，使用效率不高；菜頭根部切割裝置關(guān)鍵部件使用壽命低。

3 存在問題

通過分析現(xiàn)有的榨菜收獲裝備，我國榨菜收獲機械化、自動化技術(shù)的研究及技術(shù)水平尚未完全成熟，榨菜機械化收獲技術(shù)的研究和執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計還存在以下問題，制約其在我國的實際應(yīng)用及推廣。

1) 農(nóng)藝與農(nóng)機難融合。榨菜的機械化收獲對農(nóng)藝要求較高，榨菜種植規(guī)范未形成標(biāo)準(zhǔn)，菜頭頂葉茂盛，不利于機械實現(xiàn)自動對行、夾持；榨菜主產(chǎn)區(qū)的生產(chǎn)耕地多不平整，有些丘陵地區(qū)甚至無法實現(xiàn)耕地作業(yè)；榨菜種植區(qū)多為丘陵山區(qū)小塊地形，分布廣且分散，普遍存在機械田間作業(yè)空間少，運行和轉(zhuǎn)彎困難等問題，這給榨菜收獲機械對地形的適應(yīng)能力提出了更高的要求。

2) 根部切割難度較大，菜頭損傷嚴重。由于榨菜頭的瘤狀莖底部貼近土表，部分甚至略陷于土表，割刀很難對準(zhǔn)榨菜根部合理的切割位置，割刀過高導(dǎo)致莖瘤損失較大，位置過低則需要割刀進入土表以下，導(dǎo)致切割阻力巨增，容易使刀片磨損，同時造成割刀表面壅土堵塞和重復(fù)切割的現(xiàn)象，進而導(dǎo)致菜頭損傷嚴重，收獲效果差。

3) 現(xiàn)有榨菜收獲技術(shù)仍不成熟。國內(nèi)外現(xiàn)有的蔬菜類收獲技術(shù)大都采用松土、拔取、根莖分離等方式進行機械化收獲，而我國西南地區(qū)榨菜種植土壤水分高、粘性大，榨菜根部與土壤間的作用力大，菜頭須根發(fā)達而莖葉脆弱易斷，傳統(tǒng)的先拔取后切根收獲方式容易造成菜頭表皮的破損加快腐爛速度，同時也會影響整個的菜窯的風(fēng)味品質(zhì)，達不到人工收獲的作業(yè)質(zhì)量。

4 發(fā)展建議

1) 加強農(nóng)藝與農(nóng)機的深度融合。農(nóng)機與農(nóng)藝相輔相成，標(biāo)準(zhǔn)化種植是榨菜機械化收獲實現(xiàn)的前提與保證，榨菜機械化收獲的效率、榨菜收獲后的品質(zhì)與榨菜品種和栽培模式關(guān)系密切。按照機收要求確定整地規(guī)范、榨菜種植行距、株距以及種植密度，培育菜頭頂葉集中，菜葉均勻且菜頭根部較長作為宜機化品種，不斷加強農(nóng)藝與農(nóng)機融合研究，是實現(xiàn)榨菜機械化收獲的關(guān)鍵，同時收獲機可根據(jù)現(xiàn)實情況實現(xiàn)行距、株距微調(diào)，以適應(yīng)不同地區(qū)的機收作業(yè)。

2) 分段實施榨菜機械化收獲作業(yè)。榨菜是我國特有的農(nóng)產(chǎn)品，榨菜收獲與現(xiàn)有成熟機型的甘藍、胡蘿卜等蔬菜方式類似，但其物理特性相差甚遠，且我國榨菜種植地區(qū)地形地貌差異顯著，現(xiàn)有的榨菜收獲技術(shù)還未成熟，短時間內(nèi)很難研發(fā)出可以投入實際生產(chǎn)應(yīng)用的“多功能榨菜聯(lián)合收獲機”。為緩解目前榨菜收獲“無機可用”現(xiàn)狀，應(yīng)將榨菜收獲作業(yè)分解成“切纓—切根—集條—收集”環(huán)節(jié)，重點突破丘陵山地地形仿形切根技術(shù)，分別研制各環(huán)節(jié)的配套機具或部分聯(lián)合作業(yè)機具，旨在緩解人工作業(yè)勞動強度大，作業(yè)效率低的困境，提高榨菜產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟效益。

3) 加大政府扶持，促進科技創(chuàng)新。我國榨菜種植多為丘陵山區(qū)，所使用的小型榨菜收獲機械存在研發(fā)難度較大、利潤低以及推廣難度大等因素，使得許多企業(yè)望而卻步。2021年中央一號文件明確指出：提高我國農(nóng)機裝備自主研制能力，支持高端智能、丘陵山區(qū)農(nóng)機裝備的研發(fā)制造，加大購置補貼力度，開展農(nóng)機作業(yè)補貼。因此，政府應(yīng)加強對適用于我國榨菜小型農(nóng)機具的研究和使用的重視程度，積極引導(dǎo)農(nóng)民按照適合機械化收獲調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，加大支持相關(guān)企業(yè)和科研院所研發(fā)適應(yīng)于當(dāng)?shù)卣ゲ说氖斋@技術(shù)與裝備，強化創(chuàng)新驅(qū)動能力，加大新產(chǎn)品的推廣試用力度，促進我國榨菜收獲機具投入使用。

5 結(jié)論

榨菜的深加工已經(jīng)全面實現(xiàn)了機械化，而榨菜的收獲目前還處于人工收獲階段，雖然榨菜機械化收獲技術(shù)進行了部分研究，并取得了一些階段性成果，但是總體還處于起步階段，現(xiàn)有的榨菜收獲裝備還存在不少問題，距離實際投入田間使用還有一定的差距。

隨著農(nóng)村人口勞動力的斷崖式缺失和人力成本的持續(xù)升高，采用人工收獲榨菜必將限制整個榨菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，榨菜生產(chǎn)迫切需要高效、實用的機械化收獲方式。通過農(nóng)藝與農(nóng)機的深度融合、分段開展榨菜機械化收獲環(huán)節(jié)的研究，提高收獲關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新能力，開發(fā)符合我國榨菜種植產(chǎn)業(yè)的榨菜收獲機械，對實現(xiàn)榨菜機械化收獲和促進產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重大的意義。