0引言

胡萝卜\\(Carrot\\),又称甘荀,是一年生或两年生伞形科草本植物,原产亚洲西南部,阿富汗为最早演化中心,栽培历史在2000年以上,现栽培于整个温带地区。其以肉质根作蔬菜食用,肉质根呈圆、扁圆、圆锥、圆筒形等,根色有紫红、橘红、橘黄、白、青绿等颜色;其根营养丰富,日本称之为“小人参”“菜人参”[1-4]。

胡萝卜具有十分丰富的营养价值和较高的药用价值,药菜双优。其根含有丰富的胡萝卜素、花青素、番茄红素、核黄素、蛋白质、碳水化合物及人体所必需的多种微量元素,可增强视力、提高人体免疫力、预防心脏病、清除人体内氧自由基、排出结合毒素及增加冠状动脉血流量,同时具有降血脂、降血压、抗癌、抗衰老等多重功效。栽植胡萝卜田间管理相对简单,病虫害较少,容易进行规?;种?。栽培中所需施用农药量较少,农药污染轻微,适于培育无公害蔬菜;且具有易储运、生长期短及便于茬口安排的特点,是一种传统救灾作物[5]。

根据农业部近年统计资料表明,我国胡萝卜栽培面积已近48万hm2,产量约占世界总产量的1/3,是当之无愧的胡萝卜生产大国。其种植区域主要分布在的华北、华中、西北及东北的部分省份。因其种植模式繁杂,目前很少采用机械化收获。随着国际市场胡萝卜需求量的持续增长,为我国胡萝卜产业发展提供了有利机遇;但胡萝卜产业体系中收获已是个大问题。人工收获劳动强度大,效率低,并且随着城镇化进程的推进,农村劳动力的转移、雇工难、费用上涨等问题已日益突出,使得农户对胡萝卜收获机械的需求更为迫切。收获难题已经成为制约胡萝卜产业发展的“瓶颈”问题[6-24],因此推进胡萝卜收获机械化进程已迫在眉睫。

1国内外胡萝卜收获机械的研究现状

1.1国内胡萝卜收获机械的研究现状

国内胡萝卜收获主要有人工收获、半机械化收获和机械化联合收获等方式。尽管我国胡萝卜种植面积和产量均居世界首位,但仍以人工收获为主,机械化收获水平相对较低,在农忙时搞人海战术,不仅浪费人力物力、财力,而且不能很好抓住农时,易错过最佳收购时间,直接导致胡萝卜质量下降,影响销售。

我国在胡萝卜收获机械方面的研究才刚刚起步,胡萝卜专用联合收获机还处于空白状态。近几年,虽有少数地区胡萝卜收获开始采用机械化作业,但这种机械化的作业形式仅是实现挖掘功能的半机械化,或者直接利用其他根茎类收获机兼收胡萝卜[25]。所谓胡萝卜收获机械化只是借助现有农机具在胡萝卜侧面进行松土,然后人工拔取,最后切樱。此种收获方式存在工序多、劳动量大、能耗高、经济成本高等问题,无法满足胡萝卜规?;种驳囊?。

一些农户根据自身对胡萝卜收获机的农艺要求,开始进行自制胡萝卜收获机,如图1所示。该机采用履带行走式底盘,自制收获单体、输送带及切樱装置,能一次性收获两行。其采用胡萝卜底部进行松土,行走地轮仿形,具有一定的可行性;但是,由于是农户自制的机械,未经过长时间的理论研究与试验,其可靠性低、不能连续作业,且造价高、维修费时[26]。

由于我国几大胡萝卜主产区的种植模式差异较大,无论是国外已成熟的机型还是国内现有的块根类收获机械都无法满足我国胡萝卜收获的农艺要求。

兼顾胡萝卜收获机械设计的可行性与农户的经济效益,研制适合我国胡萝卜种植模式和农艺要求的收获机械,将有助于胡萝卜种植产业的统一化与标准化。

1.2国外胡萝卜收获机械的发展状况

国外胡萝卜收获机械的发展经历了从牵引式到自走式的发展历程。

1.2.1单行牵引式胡萝卜收获机

1937年,美国斯阔特.瓦伊涅耳公司成功研制了世界上第一台拔取式胡萝卜收获样机,并在这个基础上研制出块根类作物单行牵引式联合收获机。

1950年,苏联开始进行食用块根收获机的研制工作。在1959-1966年之间,全苏农业机械制造科学研究所、国家蔬菜机械化专业设计工艺所和蔬菜科学研究所共同对УКШ-1单行拔取式食用块根收获机进行了研制工作。该机悬挂在T-16自动底盘上,结构如图2所示[27]。

1961年跨国福特公司生产了新型斯阔特·阿尔契联合收获机,如图3所示。其他国家的几种联合收获机也都借鉴了该机原理,如东德EM-11、罗马尼亚CLR-1、比利时杰乌里费等。

20世纪90年代,日本于成功研制了后悬挂拔取式萝卜收获机械,并很快投入使用。

21世纪开始,国外的胡萝卜收获机已开始走向成熟,有代表性的几家大型公司主要有:ASA-FILT、Weremczuk和Kubota。图4为Weremczuk公司生产的拔取式胡萝卜收获机,该机整体采取后悬挂形式,通过3组传送带将胡萝卜运送到与作业拖拉机配套使用的储料箱内。单行牵引式胡萝卜收获机的还有ASA-FILT公司生产的CM-1000、CM-1000E等单行牵引式料斗胡萝卜收获机,并开始走向国际市场。

1.2.2多行胡萝卜收获机

2002年,我国台湾嘉义大学生物机电系黄文禄设计制造了两行自走式胡萝卜收获机,配套动力29.4kW,如图5所示。

2009年,针对进行深加工的胡萝卜,Weremczuk公司研制生产了切顶式胡萝卜收获机,采用先切顶后捡拾的收获方式,茎叶残留率低,收获后的胡萝卜主要用于深加工。

ASA-LIFT公司生产的多行牵引料斗式胡萝卜收获机,不但收获单体间的高度和宽度可调节,而且单体均可独立仿形,控制机架上升下降;能够在复杂的环境下高效地收取多种块根类作物。因该公司所生产的机型收获单体宽度较大,且单体间距大,故无法满足我国农艺要求。

1.2.3自走式胡萝卜收获机

20世纪90年代,日本久保田公司研制自行走式胡萝卜收获机,如图6所示。该收获机已渐渐走入我国市场,但是因其工作效率不高,且我国土质较粘,易出现对行不准的现象,在我国未能得到广泛应用。

总之,目前国外发达国家胡萝卜联合收获机械化程度很高,欧美地区多以大型侧牵引联合收获机为主[28-31],技术先进、作业效率高,适合大面积作业;亚洲的日、韩及我国台湾等地区多采用中小型收获机械,机器结构紧凑、配套动力小,适用于小地块作业。

由于我国胡萝卜种植面积大、分布区域广、各地的种植模式和农艺要求差异较大[32-33],以及价格昂贵等原因,致使引进国外的联合收获机在国内的应用还有很多问题。因此,研制适合我国农艺要求和种植模式的胡萝卜收获机械已成为当前亟待解决的问题。

2现役胡萝卜收获机存在的问题

目前,胡萝卜收获机存在的问题主要表现在农机农艺脱节和漏收损失过大等方面。

2.1农机农艺脱节

胡萝卜种植的农艺特性直接影响其收获方式,是胡萝卜收获机设计的重要依据。我国胡萝卜种植区域分布广而分散,种植多以小农户为主,种植模式复杂且品种多样,行、株距差异较大。这些复杂的农艺特性,使得研制出的胡萝卜收获机不具有广泛的适应性。所以,农机农艺脱节问题在胡萝卜收获机的研发中表现得尤为突出。

2.2漏收损失过大

机械化收获胡萝卜时,一般经过挖掘\\(松土\\)、夹持、输送、切樱及收集等工序。在收获时,由于受胡萝卜的埋根深度、畦上位置、个体形状、大小及土壤含水率和硬度等因素的影响,出现漏收、误伤、掉落等现象,致使胡萝卜收获机作业时,存在漏收率高、损失大和作业效率低等问题。

3胡萝卜机械化收获的主要影响因素

我国是胡萝卜生产和出口大国,与大豆、玉米、马铃薯等作物机械化收获水平相比,其机械化收获水平还比较低,国内几乎一片空白。究其原因,其主要影响因素可以归结为以下3方面:一是传统观念的束缚。蔬菜易损伤,长期以来其生产采用手工作业。人们主观认为,蔬菜生产属于劳动密集型产业,只能采用手工生产,机械化作业达不到人工作业的水准,而且影响蔬菜的质量;再加之机械化的一次性投入成本较高,回收期相对较长,加重农民负担。二是我国的特殊国情。农村人口多,以往劳动力投入成本相对较低,导致对蔬菜机械化的重视不够,农机研发的主要精力都集中在大田作物机械上。三是我国几大胡萝卜主产区种植模式不同、农艺要求较复杂[34-37],农机农艺严重脱节。

4结论

实现胡萝卜生产机械化,一方面要从制约胡萝卜生产机械化的主观因素入手,更新观念,加大对机械化生产的宣传力度,提高对蔬菜生产机械化的认识;另一方面,从客观上政府要对几大胡萝卜主产区进行规划管理,实现规?;种?。同时,一是要加大对胡萝卜机械化收获的研发力度和资金投入,出台相应的惠农政策,最好能针对胡萝卜收获机械的研究开发专题立项,大力推进农机农艺技术融合,由农艺专家与农机专家共同努力、从品种改良、栽培模式创新到收获机械研发,联合攻关。二是要做到因地制宜选择优良品种和种植技术,农艺科学化,农机服务农艺。三是要针对我国胡萝卜收获方面存在的问题,结合国情,引进国外的先进技术,经过消化吸收创新,研制出适合我国各地区农艺要求的胡萝卜收获机械。

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