孫萬平， 陵軍成

(1.甘肅祁連山國家級自然保護區(qū)管理局烏鞘嶺自然保護站，甘肅 天祝 733203；2.甘肅省天祝縣林業(yè)工作站，甘肅 天祝 733299)

祁連圓柏(SabinaprzewalskiiKom.)屬圓柏屬小喬木，獨干或多干合生，樹干直或略扭，木質(zhì)化的細枝前端抽生嫩枝，嫩枝上著生葉片，葉片為鱗葉和刺葉，為我國特有樹種[1]。祁連圓柏主要分布在青藏高原東北部和黃土高原西部邊緣地帶陽坡，四季常綠，具有良好的圓錐形樹冠和耐干旱、嚴寒、瘠薄、抗鹽堿的特性，是旱區(qū)、寒區(qū)荒山造林和城市園林綠化的首選樹種[2]。祁連圓柏苗木主要通過種子播種繁殖，成熟的球果脫去外圍松軟的外種皮后得到骨質(zhì)種子。祁連圓柏球果生長在樹冠外圍一年生嫩枝頂端，成熟的球果卵圓形或近圓球形，直徑8～13 mm，鮮重3～4 g。球果成熟后需及時采摘，否則自動脫離母體墜落樹下。目前，人們采摘祁連圓柏球果時爬上樹或借助梯子人工采摘，也有人用木棍敲打樹枝，球果掉落地上后撿拾收集。人們爬樹和登梯采摘都存在人身安全隱患。木棍敲打采摘時，球果墜落地上后，因樹下灌木、草叢稠密，尋找和撿拾困難，費時、費力。設(shè)計的祁連圓柏球果采摘機，可實現(xiàn)祁連圓柏球果的機械化采摘，提高了采摘效率，降低了采摘成本。

1 試驗情況

1.1 試驗地概況

試驗地位于甘肅省天祝藏族自治縣松山鎮(zhèn)華尖苗圃，N36°48′、E103°24′，該地屬大陸性高原季風氣候，光照充足，平均海拔2 452 m，相對無霜期90～145天，年日照時數(shù)2 500～2 700 h，年均降雨量360 mm，年均氣溫2.8 ℃，最熱月為7月，平均氣溫11.4 ℃，極端高溫35.4 ℃，最冷月為1月，平均氣溫-3.4 ℃，極端低溫-15.4 ℃，土壤類型為沙壤土，pH 7.6。1998年人工栽植祁連圓柏采種林200 hm2，目前樹高4～6 m，郁閉度0.4～0.5，管理水平良好，樹體健壯，全部進入盛果期。

1.2 試驗材料與方法

2019年10月試驗地祁連圓柏球果由綠變黑時，表明種子已經(jīng)成熟，可以采摘。采摘時設(shè)立田間對比試驗，分別采用傳統(tǒng)人工采摘和設(shè)計的祁連圓柏球果采摘機采摘。

傳統(tǒng)人工采摘，采摘時架設(shè)爬梯后站在爬梯上用手采摘，采摘的祁連圓柏球果放入隨身攜帶的布袋中收存。

使用祁連圓柏球果采摘機采摘，采摘時駕駛機器采摘，采摘機動力部分為型號LW180KV的裝載機，加載的梳斗大小為長1.5 m、寬0.6 m。

采摘結(jié)束后，稱取使用不同方法采摘的祁連圓柏球果鮮重，計算采摘效率和成本。對不同采摘方法的安全風險進行直觀評價，用高、中、低進行描述。試驗地一個青壯年勞動力每天工作10 h的雇工費是150元，祁連圓柏球果采摘機(包括駕駛員)每天工作10 h的雇用費是3 000元。數(shù)據(jù)采用Excel 2007和DPS 6.01軟件進行統(tǒng)計分析。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 采摘機的設(shè)計和應(yīng)用

祁連圓柏球果采摘機整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，梳斗結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。采摘機由裝載機和梳斗組成，梳斗為槽狀，前側(cè)有梳子狀鋸齒，后側(cè)有“O”字形對稱螺母組成的卡環(huán)Ⅰ、卡環(huán)Ⅱ、卡環(huán)Ⅲ，三個卡環(huán)呈品子形分布。梳斗安裝在裝載機前端的升降臂上，安裝時通過梳斗后側(cè)“O”字形對稱螺母組成的三個卡環(huán)和裝載機升降臂前端的螺孔對接，通過螺栓連接，連接后梳斗可繞裝載機升降臂自由旋轉(zhuǎn)。梳斗由厚度10 mm鋼板制成，梳斗梳子狀鋸齒之間的狹縫距離小于祁連圓柏球果最小直徑8 mm。

圖1 祁連圓柏球果采摘機整體結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 梳斗結(jié)構(gòu)示意圖

祁連圓柏球果采摘機工作示意圖如圖3所示。采摘祁連圓柏球果時，操作者駕駛采摘機將前端的梳斗靠近祁連圓柏樹體樹干，操作采摘機升降臂，梳斗自下而上梳理祁連圓柏樹體樹冠枝條，生長在祁連圓柏嫩枝頂端的祁連圓柏球果被卡在梳斗的鋸齒之間，在梳斗上升過程中被摘下，脫離祁連圓柏樹體嫩枝落入梳斗底部，這樣就完成了祁連圓柏球果的采摘和收集。梳斗內(nèi)采摘的球果數(shù)量達到梳狀鋸齒底端水平線時，翻轉(zhuǎn)梳斗將球果倒出裝袋收集。

圖3 祁連圓柏球果采摘機工作示意圖

2.2 采摘機應(yīng)用效果對比分析

祁連圓柏球果采摘機應(yīng)用效果見表1。由表1可知，傳統(tǒng)人工采摘和應(yīng)用祁連圓柏球果采摘機采摘差異較大。傳統(tǒng)人工采摘的采摘效率為5.82 kg/人·h，采摘成本為2.58元/kg，且在采摘過程中需要爬梯，存在墜落的風險，安全風險評價為高。祁連圓柏球果采摘機的采摘效率為152.47 kg/人·h，較傳統(tǒng)人工采摘提高了25.20倍，采摘成本為1.97元/kg，較傳統(tǒng)人工采摘降低了0.24倍，且采摘機工作過程中采摘者只需坐在駕駛室里操縱升降臂即可完成采摘，不存在傳統(tǒng)人工采摘時爬梯墜落的風險，安全風險評價為低。

表1 祁連圓柏球果采摘機應(yīng)用效果

3 小結(jié)

使用祁連圓柏球果采摘機采摘祁連圓柏球果，與傳統(tǒng)人工采摘相比提高了采摘效率，降低了采摘成本和安全風險，在生產(chǎn)實踐中具有一定的應(yīng)用前景。林木種子的采集、加工和貯運是林業(yè)育苗產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，在林業(yè)產(chǎn)業(yè)朝著機械化發(fā)展的今天，實現(xiàn)林木種子采摘工具的提升改造和機械化，有助于提高采摘效率和降低采摘成本，減少勞動力的雇用數(shù)量和雇工成本[3]。設(shè)計的祁連圓柏球果采摘機利用裝載機為動力，在升降臂前端加載梳斗，提高了采摘效率，降低了勞動強度，擴展了裝載機的功能，且操作簡單，實用性強，建議在祁連圓柏球果采摘中示范推廣。