牛坡岳瑞曉謝英杰夏飛王明明

(1.重慶三峽學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，重慶 404020；2.重慶市農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)推廣總站，重慶 404147；3.重慶市開州區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，重慶 405400)

引言

莖瘤芥作為我國(guó)的一種特殊經(jīng)濟(jì)作物，是芥菜的變種，通常被用來腌制咸酸菜，其肉質(zhì)瘤莖是榨菜原料，即青菜頭。目前青菜頭的種植已遍布多個(gè)地區(qū)，包括川渝、浙江、福建、江蘇、上海、湖南、廣西、臺(tái)灣等[1]。目前青菜頭的深加工已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全面機(jī)械化，然而青菜頭收獲環(huán)節(jié)仍依賴人工砍收。國(guó)內(nèi)外相關(guān)收獲機(jī)械較少，現(xiàn)有機(jī)械收獲速度雖比人工略勝一籌，但收凈率與人工仍存在差距，菜頭的損傷也較大[2]。

隨著農(nóng)村勞動(dòng)力斷崖式減少，勞動(dòng)力成本不斷上升，人工收獲將會(huì)制約青菜頭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，青菜頭田間生產(chǎn)迫切需要高效、高質(zhì)量的機(jī)械作業(yè)方式，開發(fā)符合我國(guó)青菜頭種植產(chǎn)業(yè)的機(jī)械，對(duì)實(shí)現(xiàn)青菜頭田間生產(chǎn)全程機(jī)械化和促進(jìn)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重大的意義。

1 青菜頭砍收標(biāo)準(zhǔn)

青菜頭整個(gè)生產(chǎn)及深加工流程中，收獲環(huán)節(jié)是其中不可或缺且關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。青菜頭砍收后的質(zhì)量和保鮮時(shí)長(zhǎng)對(duì)后期深加工副產(chǎn)品的特色風(fēng)味和品質(zhì)會(huì)造成不同程度的影響。青菜頭具有較為獨(dú)特的形態(tài)特征，收獲過程復(fù)雜且適宜收獲的時(shí)間也較短，因此為實(shí)現(xiàn)高效率的機(jī)械化收獲以及提高機(jī)收青菜頭的品質(zhì)對(duì)種植農(nóng)藝提出了更高的要求[3]。

制作榨菜用到的是莖瘤芥的莖瘤部分，相對(duì)其他結(jié)球類蔬菜，其砍收難度是比較大的，通常包括以下幾步：從近地根莖連接處砍下青菜頭，把老根去掉；把菜頭之間生長(zhǎng)的小菜葉剪凈，形成坨型更加圓滑的青菜頭；迅速砍掉菜頭的頂部葉片，使青菜頭上下齊平；迅速裝載于干凈貨箱內(nèi)，原則上砍收完成至裝箱不能超過24h，更好地保證青菜頭品質(zhì)，以便后期的存儲(chǔ)和加工[4]。

2 青菜頭收獲機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前青菜頭田間機(jī)械化作業(yè)主要涉及到了以下幾個(gè)方面：耕整地主要依賴微耕機(jī)；運(yùn)輸依靠軌道運(yùn)輸車；人工播種收獲，作業(yè)效率低，隨著農(nóng)村勞動(dòng)力的轉(zhuǎn)移，人工勞動(dòng)成本提高，種植利潤(rùn)降低，不少農(nóng)戶因此放棄了青菜頭的種植，青菜頭種植面積逐年減少，這種趨勢(shì)也阻礙了青菜頭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

青菜頭適生環(huán)境較特殊，國(guó)內(nèi)青菜頭的田間機(jī)械化存在較多待攻克難題[5]。國(guó)外除日韓部分地區(qū)有小面積種植外，其他國(guó)家鮮有種植，針對(duì)青菜頭機(jī)械化收獲的相關(guān)技術(shù)和機(jī)械的研究也比較少，該部分對(duì)當(dāng)前國(guó)外其他結(jié)球類蔬菜收獲機(jī)械以及國(guó)內(nèi)青菜頭收獲機(jī)研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析研究。

2.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外青菜頭種植很少，針對(duì)青菜頭機(jī)械化收割的相關(guān)技術(shù)成果和專用農(nóng)機(jī)具也不多。但其他結(jié)球類蔬菜在國(guó)外的相關(guān)研究還是比較多的，如甘藍(lán)、菠菜等，從這些研究中可以為青菜頭收獲機(jī)的研發(fā)找到一些思路。

Urschel等[6]設(shè)計(jì)的菠菜收割機(jī)采用圓形鋸片對(duì)菠菜根部進(jìn)行切割，割下的菠菜通過傳送帶運(yùn)送至收集裝置；由意大利Hortech公司設(shè)計(jì)出的Rapid T型甘藍(lán)收獲機(jī)工作原理是先切斷甘藍(lán)根部，然后夾取到收集箱中，該機(jī)械運(yùn)用機(jī)電液一體化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)節(jié)切割高度的功能，能夠更好地應(yīng)對(duì)多樣的收割對(duì)象；Hachiya等將收獲、輸送、裝箱等功能融合于一體，研發(fā)了一種多功能甘藍(lán)收獲機(jī)，利用旋轉(zhuǎn)式雙圓盤拔取裝置將甘藍(lán)運(yùn)送至圓盤割刀處切割。

綜合分析以上3個(gè)研究得出，Hachiya等的甘藍(lán)收獲機(jī)能夠更好地減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，為我國(guó)青菜頭收獲機(jī)技術(shù)研究和相關(guān)機(jī)械研發(fā)提供了借鑒、參考。

2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，國(guó)內(nèi)對(duì)青菜頭機(jī)械化收獲技術(shù)和相關(guān)機(jī)械的研發(fā)優(yōu)化從未間斷，相關(guān)學(xué)者、高校、科研機(jī)構(gòu)及企業(yè)等致力于青菜頭機(jī)械化收獲新技術(shù)和新機(jī)具。相關(guān)成果也不斷涌現(xiàn)。如，寧波市某公司2013年開發(fā)的新型聯(lián)合青菜頭收獲機(jī)，采用全喂入履帶式收獲機(jī)底盤與青菜頭拔取機(jī)的結(jié)合方式，一次作業(yè)完成青菜頭的拔取、除泥、切葉、分離、輸送、收集等工作。但青菜頭的損傷率仍然較大，因此該機(jī)械仍然處于樣機(jī)試制階段，未得到產(chǎn)業(yè)化推廣和運(yùn)用。

西南大學(xué)龔境一等[7]依據(jù)青菜頭適生環(huán)境，設(shè)計(jì)出一種小型自走式青菜頭收獲機(jī)，更易于操作且提高作業(yè)效率。該機(jī)械主要有扶葉、夾持拔取、運(yùn)輸、切葉等功能。但實(shí)際工作中仍存在一些問題：土壤粘性較大，青菜頭根部與泥土作用力較大，增大拔取難度，收凈率低；缺少對(duì)行功能，菜葉夾持精準(zhǔn)度較低，仍需進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)。

重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院龐有倫等[8]研發(fā)出了一種青菜頭小型收獲機(jī)。以青菜頭生長(zhǎng)特性和生長(zhǎng)環(huán)境為依據(jù)，增加了地面仿形功能、柔性?shī)A持裝置和往復(fù)切割裝置且攻克了植株行性差的問題。實(shí)現(xiàn)青菜頭根部的往復(fù)切割，提高收凈率。但受土壤粘性影響，該收獲機(jī)割刀易壅土堵塞，影響收獲作業(yè)且降低工作效率。

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所金月等[9]對(duì)手扶式青菜頭收獲裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善及試驗(yàn)，通過加寬割幅設(shè)計(jì)出了一種4行青菜頭聯(lián)合收獲機(jī)。大大提高了收割效率，同樣由于青菜頭適生環(huán)境地形不平整，土壤粘性大，切割刀高速旋轉(zhuǎn)易陷入泥土，刀具受磨損，影響使用壽命且降低作業(yè)效率。

王濤等[10]發(fā)明了一種新型青菜頭收割機(jī)。對(duì)青菜頭除雜機(jī)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)，解決了青菜頭收獲過程中留有較多莖葉的問題。

對(duì)目前的青菜頭收獲機(jī)械的研發(fā)狀況進(jìn)行了全面分析，發(fā)現(xiàn)功能上基本可以滿足機(jī)械化的收割和采摘的需要，在一定程度上可以降低傳統(tǒng)的人工收割的作業(yè)強(qiáng)度。但適用范圍上仍然有一些缺陷，受到品種、作業(yè)環(huán)境及地域條件的影響，在實(shí)際操作中，很難實(shí)現(xiàn)預(yù)期的高效作業(yè)?，F(xiàn)有機(jī)械本身仍存在進(jìn)步空間，收凈率、凈葉率有待提高、夾持精準(zhǔn)度較低及刀片使用壽命較短等問題亟待解決。

3 青菜頭收獲過程中存在的問題及難點(diǎn)

3.1 作業(yè)環(huán)境條件差

適宜于種植青菜頭的地區(qū)大多為丘陵山區(qū)，分布廣且分散，地形復(fù)雜，難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的機(jī)械化生產(chǎn)，也不方便使用大型機(jī)械作業(yè)；其適生土壤粘性較大，土壤與青菜頭間作用力大，青菜頭的拔取和清理環(huán)節(jié)具有較大的難度。

3.2 種植農(nóng)藝與農(nóng)機(jī)融合性不夠

現(xiàn)階段青菜頭的種植大多仍人工播種，種植深度和施肥量不同、地塊不同，生長(zhǎng)狀況存在差異且品質(zhì)參差不齊，行性較差、菜頭茂盛；部分育苗移栽，種植后培土及后期雨水沖刷都會(huì)造成菜頭周邊地表的不平整，機(jī)械化收獲夾持和切割難度增大，漏收和損傷較多；作業(yè)土地不平整，刀片入土拱土，割刀磨損，縮短機(jī)具使用壽命。

3.3 缺少專業(yè)的裝備、技術(shù)和配套的服務(wù)體系

青菜頭主要種植于我國(guó)的重慶涪陵和浙江余姚，其中余姚屬于沿海平原，青菜頭種植標(biāo)準(zhǔn)化較高，較易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，但涪陵地區(qū)屬于丘陵山區(qū)，青菜頭收獲機(jī)械的獨(dú)創(chuàng)技術(shù)難度較大，可以余姚地區(qū)作為參照，進(jìn)一步改進(jìn)研究。現(xiàn)有收獲機(jī)械需要進(jìn)一步的改進(jìn)提升，由于青菜頭特殊的播種和收獲要求，很難通過現(xiàn)有的種收機(jī)械高質(zhì)量完成青菜頭的機(jī)械化播種和收獲，達(dá)到減輕菜農(nóng)勞動(dòng)強(qiáng)度并提高收獲質(zhì)量的目標(biāo)；由于服務(wù)保障體系不完善，機(jī)械使用過程出現(xiàn)問題無法及時(shí)解決，部分機(jī)具閑置，應(yīng)用率也逐漸降低。

4 展望

4.1 改善立地條件

合理規(guī)劃田地，小并大，旱改水，在適宜作物生長(zhǎng)的前提條件下，提供更加適合機(jī)械作業(yè)的土地環(huán)境。因此，加快宜機(jī)化改造，提高田塊、地塊適機(jī)條件，機(jī)具配套且有技術(shù)銜接、有效控制人工成本，改善勞動(dòng)環(huán)境等方面，可以使青菜頭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景廣闊。

4.2 推進(jìn)農(nóng)藝與農(nóng)機(jī)高度融合

農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝的發(fā)展相互制約，青菜頭機(jī)械化收割的效率和質(zhì)量與其品種、種植農(nóng)藝以及收獲機(jī)械是否相匹配密切相關(guān)。根據(jù)青菜頭生長(zhǎng)特性以及相應(yīng)的收獲要求，制定相應(yīng)的整地規(guī)范、種植行距、株距以及種植密度等，培育頂葉集中、菜葉規(guī)律性分布且根部出土部分較長(zhǎng)的青菜頭品種，多次進(jìn)行田間試驗(yàn)觀察試驗(yàn)數(shù)據(jù)以調(diào)整收獲機(jī)械的行距和株距，進(jìn)一步提高機(jī)械在不同作業(yè)區(qū)的適應(yīng)性和作業(yè)能力。努力實(shí)現(xiàn)青菜頭收獲機(jī)無損切根、夾持輸送和莖葉分離等痛點(diǎn)技術(shù)，早日實(shí)現(xiàn)該領(lǐng)域農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝的高度融合。

4.3 提高科技創(chuàng)新水平，加強(qiáng)服務(wù)體系建設(shè)

2021年中央一號(hào)文件明確指出，提高我國(guó)農(nóng)機(jī)裝備自主研制能力，支持高端智能、丘陵山區(qū)農(nóng)機(jī)裝備的研發(fā)制造，加大購(gòu)置補(bǔ)貼力度，開展農(nóng)機(jī)作業(yè)補(bǔ)貼。政府要積極引導(dǎo)技術(shù)人員開發(fā)適用于青菜頭適生田地條件的機(jī)械，并引導(dǎo)農(nóng)戶依據(jù)新型機(jī)械適當(dāng)調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，以期最大程度高效高質(zhì)量地完成機(jī)械化收割；農(nóng)機(jī)推廣人員要結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際，對(duì)農(nóng)民進(jìn)行正確的宣傳，提高農(nóng)機(jī)設(shè)備的使用質(zhì)量，為農(nóng)民創(chuàng)造更多的便利條件。要強(qiáng)化對(duì)農(nóng)機(jī)的管理，做好農(nóng)機(jī)信息登記工作，安排有關(guān)部門不定期下鄉(xiāng)，對(duì)問題農(nóng)機(jī)進(jìn)行故障維修并對(duì)老舊、老化農(nóng)機(jī)進(jìn)行更新和整備。要充分發(fā)揮相關(guān)政策的支持和指導(dǎo)作用，堅(jiān)持實(shí)施農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼政策，在減輕農(nóng)戶購(gòu)機(jī)負(fù)擔(dān)的基礎(chǔ)上，促進(jìn)青菜頭全程機(jī)械化的發(fā)展和實(shí)現(xiàn)。

5 總結(jié)

現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展離不開農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平的提高，這是新時(shí)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的客觀規(guī)律和要求，也是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要保障，青菜頭田間生產(chǎn)各環(huán)節(jié)機(jī)械化也不例外。當(dāng)前我國(guó)在青菜頭收獲機(jī)械的研究技術(shù)以及機(jī)具的研發(fā)仍處于初期起步階段，各方面的研究還不夠成熟。雖然現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)已經(jīng)有部分成果，但大多都處在試驗(yàn)階段，也存在較多需要優(yōu)化的問題，未能得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用。

“十四五”時(shí)期，“三農(nóng)”工作進(jìn)入全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興、加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的新階段，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化全程全面和高質(zhì)量發(fā)展提出了新的更高的要求。因此，要盡快解決目前青菜頭收獲機(jī)械的短板，不斷優(yōu)化和改進(jìn)現(xiàn)有青菜頭收獲機(jī)，逐個(gè)解決提高青菜頭收凈率和凈葉率，降低青菜頭的損失率，提高刀具使用壽命等難題，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)青菜頭田間生產(chǎn)全程全面，高質(zhì)量發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械化的目標(biāo)。