趙紅星孫雪嬌王立新董永鷺歐志鵬何禹王立國劉忠孝王伯成

(1.長春市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院，吉林 長春 130062；2.農(nóng)安縣哈拉海鎮(zhèn)綜合服務(wù)中心，吉林 農(nóng)安 130200)

引言

毛蔥又名分蘗蔥頭、珠蔥等，是洋蔥的一個(gè)變種。屬于百合科蔥屬，是一種特色經(jīng)濟(jì)作物，在東北地區(qū)非常受歡迎，可作為蔬菜，也可作為調(diào)味品[1]。近些年來，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，毛蔥作為高產(chǎn)經(jīng)濟(jì)作物的地位日益突出，種植面積也逐年擴(kuò)大。為了提高土地利用率，增加單位面積上的經(jīng)濟(jì)效益，基于套種模式的毛蔥種植產(chǎn)業(yè)，將成為毛蔥高效栽培的發(fā)展方向。毛蔥機(jī)械化生產(chǎn)起步較晚，機(jī)械化水平較低，基本采用傳統(tǒng)人工方式作業(yè)，生產(chǎn)效率低、勞動強(qiáng)度大，經(jīng)濟(jì)效益不能有效顯現(xiàn)。特別是毛蔥收獲環(huán)節(jié)，人工成本逐年上升，所以亟需加快推進(jìn)毛蔥收獲環(huán)節(jié)的全程機(jī)械化。包括研制和推廣毛蔥收獲機(jī)械、莖葉破碎機(jī)械等。從而補(bǔ)齊毛蔥收獲機(jī)具短板弱項(xiàng)，穩(wěn)步降低人工成本，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展就成為當(dāng)前的研究重點(diǎn)。

1 毛蔥收獲機(jī)研究現(xiàn)狀

毛蔥是以鱗莖進(jìn)行繁殖，基部分蘗，形成數(shù)個(gè)或十多個(gè)小鱗莖簇生一起，須根呈弦線狀，著生于短縮莖盤的基部。由于毛蔥成熟時(shí)，部分蔥頭裸露在土壤表面，枯黃莖葉貼于壟上，收獲時(shí)難度高，作業(yè)強(qiáng)度大，容易對毛蔥頭造成損傷。與馬鈴薯、大蒜等根莖類作物收獲機(jī)具相比，毛蔥收獲機(jī)起步較晚，針對毛蔥單品種收獲的機(jī)型較少，整個(gè)收獲機(jī)自動化程度較低，尚處于初級階段。與馬鈴薯收獲機(jī)類似，毛蔥收獲機(jī)具主要部件由挖掘裝置和振動篩分裝置構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)毛蔥的挖掘、去土、平鋪等功能，后期還要進(jìn)行人工的撿拾、莖葉切除、收集等工作，勞動強(qiáng)度高，人工費(fèi)昂貴。聯(lián)合式毛蔥收獲機(jī)是未來發(fā)展的方向，能集合切莖，挖掘、篩土、輸送和自動收集等功能，整個(gè)過程自動化程度較高，能有效提高作業(yè)效率，降低勞動成本，適合大面積種植推廣。

1.1 小型手扶式收獲機(jī)

山東德州一家農(nóng)機(jī)企業(yè)研制出一款小型手扶式收獲機(jī)，適用于毛蔥、洋蔥等根莖作物，屬于分段式收獲機(jī)型。該收獲機(jī)重80～90kg，配套動力7.5hp，工作效率1300～200m2·h-1，適合在小塊地形和溫室大棚內(nèi)工作。這種機(jī)型自帶動力，設(shè)計(jì)小巧輕便，操作簡單，能實(shí)現(xiàn)毛蔥挖掘和簡單篩土功能，但是自動化程度較低，工作效率不高，整個(gè)收獲過程人的參與度較高，不適合大面積收獲使用，見圖1。

圖1 小型手扶式毛蔥收獲機(jī)

1.2 牽引式收獲機(jī)

牽引式收獲機(jī)是現(xiàn)在比較成熟的分段式毛蔥收獲機(jī)，該收獲機(jī)以拖拉機(jī)為動力，能實(shí)現(xiàn)毛蔥挖掘和篩土功能，與小型手扶式收獲機(jī)相比，大大提高工作效率，縮短了毛蔥采收期，降低了人的勞動強(qiáng)度，適合于大規(guī)模種植戶使用，見圖2。

1.3 農(nóng)戶自制收獲機(jī)

由于種植模式、套種方式等農(nóng)藝不同，市場上收獲機(jī)具并不能滿足有些毛蔥種植戶的需求，為了更快縮短采收期，節(jié)省生產(chǎn)成本，這些蔥農(nóng)自主設(shè)計(jì)和制造適用于自己生產(chǎn)的毛蔥收獲機(jī)。農(nóng)戶參照根莖類作物收獲機(jī)的原理，根據(jù)種植經(jīng)驗(yàn)、毛蔥種植模式和機(jī)械技術(shù)等自主設(shè)計(jì)的毛蔥收獲機(jī)，雖然能滿足其套種模式的使用，但由于蔥農(nóng)的農(nóng)機(jī)專業(yè)水平不高，造成械故障率高、零部件強(qiáng)度不足、無故障工作時(shí)間短、工作效率低下等問題[2]，見圖3。

圖3 蔥農(nóng)自主設(shè)計(jì)的毛蔥套種大豆收獲機(jī)

2 套種農(nóng)藝

2.1 增產(chǎn)機(jī)理

為了提高土地利用率，合理利用種植空間，在原有毛蔥的種植基礎(chǔ)上，研究出一套科學(xué)合理的高效套種栽培模式。毛蔥套種栽培指在不影響毛蔥生長的前提下，同一年內(nèi)，在毛蔥生長中后期，同時(shí)在壟間栽培其他農(nóng)作物的種植方式。該種植方式是根據(jù)毛蔥的生長習(xí)性，結(jié)合長期的種植經(jīng)驗(yàn)積累，利用毛蔥對光照反應(yīng)不十分敏感，前期生長強(qiáng)勢，后期生長弱勢等特點(diǎn)，通過套種其他農(nóng)作物如大豆、白菜和向日葵等，能更好地利用水、肥等自然條件，還能很好地利用光能和土壤養(yǎng)分，錯(cuò)開作物的生育期，在有限的土地上獲得最大的收益，具有很大的發(fā)展前景。

2.2 農(nóng)藝流程

毛蔥套種種植模式，采用錯(cuò)期播種，充分利用空間和時(shí)間，結(jié)合不斷實(shí)踐積累的種植經(jīng)驗(yàn)，形成一套科學(xué)合理的套種栽培農(nóng)藝流程。在4月上旬左右，采用壟上雙行交替播種毛蔥，壟間套種的其他農(nóng)作物，如套種葉菜，需在毛蔥種植1個(gè)月后播種，葉菜類蔬菜可以選擇如白菜、菠菜、萵苣、小白菜等速生性蔬菜；套種大豆在6月上旬前后，壟溝內(nèi)機(jī)播大豆，毛蔥收獲后大豆可正常生長；套種向日葵在6月中旬，能夠利用作物生長的立體空間，互不遮光[3-5]。毛蔥套種大豆種植方式最為普遍，圖4為毛蔥套種大豆種植農(nóng)藝流程圖。

圖4 毛蔥套種大豆種植農(nóng)藝流程圖

2.3 套種模式

中央一號文件提出實(shí)施大豆振興計(jì)劃，大力推進(jìn)大豆和油料產(chǎn)能提升工程，多途徑恢復(fù)和擴(kuò)大種植面積，對大豆生產(chǎn)者實(shí)施補(bǔ)貼。經(jīng)過連續(xù)多年實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，毛蔥套種大豆種植面積最廣，套種模式與毛蔥收獲方式和大豆種植模式有關(guān)，大致可分為模式Ⅰ和模式Ⅱ，具體如下。

2.3.1 模式Ⅰ

模式Ⅰ是指在不影響毛蔥生產(chǎn)的條件下，在毛蔥每行壟溝都播種大豆。該模式優(yōu)點(diǎn)是能提高單位土地的利用率，使大豆產(chǎn)量的最大化，直接從提高產(chǎn)量方面增加農(nóng)民受益；缺點(diǎn)是所有毛蔥壟溝都播種大豆，毛蔥成熟時(shí)無法采用機(jī)械采收，需要人工收獲，造成人工成本大幅度上升。

2.3.2 模式Ⅱ

模式Ⅱ是指在不影響毛蔥生產(chǎn)的條件下，毛蔥壟溝每間隔一壟溝播種1行大豆。該模式是依據(jù)現(xiàn)有毛蔥收獲機(jī)具設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，形成的大豆種植模式，優(yōu)點(diǎn)是毛蔥成熟時(shí)，在不損傷大豆苗的前提下，使用現(xiàn)有毛蔥收獲機(jī)具進(jìn)行毛蔥采收，大大降低人工成本；缺點(diǎn)是單位土地的利用率無法最大化利用，大豆產(chǎn)量也會減少，直接影響農(nóng)民收益。

綜合模式Ⅰ和Ⅱ來看，各有優(yōu)劣勢，但是隨著毛蔥全程機(jī)械化程度越來越高，機(jī)械收獲成本會逐年下降，但人工成本會逐年上升，與模式Ⅰ相比，模式Ⅱ在未來的發(fā)展更具有競爭力。圖5為毛蔥套種模式Ⅰ與模式Ⅱ收獲方式對比。

圖5 毛蔥套種模式Ⅰ與模式Ⅱ收獲方式對比

3 收獲裝備研究與效益分析

3.1 收獲機(jī)的研究

為了響應(yīng)吉林省政策，提高蔬菜生產(chǎn)能力，大力發(fā)展特色高產(chǎn)經(jīng)濟(jì)作物，提高農(nóng)民收入。2019年長春市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院進(jìn)入“三辣之鄉(xiāng)”農(nóng)安縣哈拉海鎮(zhèn)進(jìn)行實(shí)地考察調(diào)研，與種植大戶、合作社等農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體交流探討，了解到農(nóng)戶毛蔥種植遇到的難點(diǎn)和困境。種植戶反映毛蔥種植勞動強(qiáng)度大，人工成本逐年上升，造成經(jīng)濟(jì)收入不升反降等問題，最終聚焦在發(fā)展毛蔥全程機(jī)械化才是解決蔥農(nóng)難點(diǎn)與困境的根本途徑。在毛蔥各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，毛蔥收獲環(huán)節(jié)占據(jù)的人工成本最高，勞動強(qiáng)度最大，是造成經(jīng)濟(jì)收入下滑的主要原因。

2020年長春市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院開始吸收、引進(jìn)和轉(zhuǎn)化現(xiàn)有的毛蔥收獲機(jī)械類型，基于毛蔥套種大豆的種植模式，設(shè)計(jì)和研究出適合于套種大豆的毛蔥收獲機(jī)械，機(jī)具作業(yè)農(nóng)藝要采用套種模式Ⅱ。該收獲機(jī)設(shè)計(jì)為雙壟收割毛蔥，要達(dá)到不傷毛蔥鱗莖，篩分機(jī)構(gòu)的去土效果，也要不損傷大豆苗，解決了零部件強(qiáng)度不足、無故障工作時(shí)間短、工作效率低下等諸多問題。圖6為毛蔥套種大豆收獲機(jī)的研究與試驗(yàn)。

圖6 毛蔥套種大豆收獲機(jī)的研究與試驗(yàn)

3.2 莖葉破碎機(jī)械的研究

莖葉破碎一直是毛蔥收獲一個(gè)難點(diǎn)，由于毛蔥成熟時(shí)莖葉垂落，貼于壟上，鱗莖也有部分裸露在土壤表面，造成很難有合適的機(jī)械既能除去毛蔥成熟的莖葉，又能不損傷毛蔥。目前還是需要人工剪去莖葉，工作效率低，工作勞動強(qiáng)度大，造成人工成本高，每公頃的人工成本相當(dāng)于一臺普通毛蔥收獲機(jī)器造價(jià)，這是導(dǎo)致種植戶種植毛蔥經(jīng)濟(jì)效益不增反而下降的根本原因。長春市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院在研制毛蔥收獲機(jī)的同時(shí)，也在研究與收獲機(jī)相配套的毛蔥莖葉破碎機(jī)械，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該莖葉破碎機(jī)械對毛蔥莖葉處理效果不錯(cuò)，但是仍存在少許毛蔥莖葉處理不凈、對毛蔥造成一定的損傷的問題，還需要進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)。圖7為毛蔥莖葉破碎機(jī)械的研究與試驗(yàn)。

圖7 毛蔥莖葉破碎機(jī)械的研究與試驗(yàn)

3.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

毛蔥從播種到收獲，除了種蔥成本以外，人工成本居高不下，造成種植戶收入難以持續(xù)提升。大力發(fā)展和推廣毛蔥全程機(jī)械化，是解決人工成本的根本途徑。針對于毛蔥收獲機(jī)和毛蔥莖葉破碎機(jī)械的研發(fā)與應(yīng)用，能提高收獲環(huán)節(jié)的工作效率，大幅降低人工成本，保證種植戶的經(jīng)濟(jì)效益穩(wěn)步增長。

表1 毛蔥收獲環(huán)節(jié)機(jī)械與人工成本

4 收獲裝備研究難點(diǎn)

4.1 種植模式不統(tǒng)一，規(guī)模偏小

毛蔥屬于東北地區(qū)的一種特色經(jīng)濟(jì)作物，多為一家一戶的種植模式，小而分散的地塊不利于機(jī)械化操作。受本身種植特征、種植區(qū)域以及農(nóng)戶種植方式的影響，毛蔥種植區(qū)域較為分散，沒有形成規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化種植，再加上沒有統(tǒng)一的種植模式，嚴(yán)重影響了收獲機(jī)具的適用性，影響了機(jī)具的推廣使用。

4.2 收獲機(jī)械不完善、不成熟

與玉米、大豆等糧食成熟收獲機(jī)械相比，毛蔥收獲機(jī)械剛剛起步不久，機(jī)具研發(fā)和示范推廣遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后。市場使用的收獲機(jī)具多為蔥農(nóng)憑借多年的種植經(jīng)驗(yàn)自行研發(fā)的機(jī)具，制造水平粗糙，零件強(qiáng)度不夠，易發(fā)生機(jī)架易變形、斷裂開焊等故障。同時(shí)毛蔥收獲機(jī)械工作時(shí)存在蔥頭破損率高、作業(yè)適應(yīng)性不強(qiáng)、可靠性差、機(jī)械性能低等問題，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了實(shí)際需求。

4.3 收獲機(jī)械的投資效益低，配件通用性、互換性差

毛蔥收獲機(jī)作業(yè)通過拖拉機(jī)牽引來提供動力，毛蔥種植面積有限，收獲期短、收獲時(shí)間相對集中，機(jī)械作業(yè)量少，投資回報(bào)率低，造成農(nóng)戶不愿意購買收獲機(jī)械。毛蔥收獲機(jī)械發(fā)展不完善、不成熟，機(jī)械配件沒有與統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，造成配件的互換性差，導(dǎo)致機(jī)械維修困難，影響收獲機(jī)械的工作效率。

4.4 重視程度不夠

與土豆、洋蔥等大面積根莖類作物相比，毛蔥的種植面積少得多，并且本身生長習(xí)性更適合在東北種植，在蔬菜類受眾度也不高。政府、農(nóng)機(jī)部門一直把工作重點(diǎn)放在提高玉米、大豆等主要糧食作物生產(chǎn)機(jī)械化水平上，對經(jīng)濟(jì)作物毛蔥機(jī)械化的認(rèn)識程度不高，惠農(nóng)政策和資金的傾斜力度不夠，引導(dǎo)、宣傳、推廣力度不足，沒有形成研發(fā)和推廣毛蔥收獲機(jī)械的良好氛圍。

5 收獲裝備發(fā)展對策

5.1 加速收獲機(jī)具關(guān)鍵技術(shù)研究

加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和機(jī)具研發(fā)力度，力爭盡快推出先進(jìn)適用的毛蔥收獲機(jī)械。提升毛蔥機(jī)具的整體適應(yīng)性，研究收獲機(jī)的動力學(xué)耗能特點(diǎn)，分析牽引動力和篩分動力的運(yùn)動特征，通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)和優(yōu)化配置來提高機(jī)具的能效。針對毛蔥收獲挖掘機(jī)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)和運(yùn)動學(xué)仿真，探究挖掘鏟切割土壤運(yùn)動形式，分析將土壤與毛蔥有效分離的最優(yōu)力、角度和深度等，優(yōu)化掘鏟結(jié)構(gòu)、形狀和材料。注重機(jī)具的篩分機(jī)構(gòu)的篩分質(zhì)量，提高篩分機(jī)構(gòu)的工作效率。

5.2 加深農(nóng)機(jī)農(nóng)藝的融合發(fā)展

加深農(nóng)機(jī)農(nóng)藝深度融合是解決毛蔥生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)難題有效途徑之一，需要農(nóng)機(jī)裝備技術(shù)、農(nóng)藝栽培技術(shù)等多學(xué)科的互相融合發(fā)展。加強(qiáng)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝的融合，在充分考慮種植效益的基礎(chǔ)上，大力推行適宜機(jī)械作業(yè)的農(nóng)藝模式，以提升機(jī)具的適應(yīng)性為重要指標(biāo)，規(guī)范毛蔥套種的農(nóng)藝模式，組織引導(dǎo)農(nóng)民統(tǒng)一作物品種、播期、種植密度、行距、施肥和植保等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域化、統(tǒng)一化布局，為機(jī)械化作業(yè)創(chuàng)造條件。

5.3 加強(qiáng)示范引導(dǎo)和技術(shù)創(chuàng)新

建立示范基地和示范園區(qū)，引進(jìn)示范新技術(shù)和新機(jī)具，展現(xiàn)新機(jī)具作業(yè)效果，展示機(jī)械化生產(chǎn)優(yōu)勢，在示范區(qū)形成產(chǎn)業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展模式，通過典型示范和輻射帶動效應(yīng)，引導(dǎo)農(nóng)民積極參與毛蔥機(jī)械化生產(chǎn)。充分發(fā)揮農(nóng)民職業(yè)教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)作用，豐富培訓(xùn)內(nèi)容，培養(yǎng)出一批懂技術(shù)、能操作、會保養(yǎng)的機(jī)械化人才。加強(qiáng)科研機(jī)構(gòu)及各相關(guān)部門等相互配合，建立多種合作模式，推動關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新，對毛蔥收獲機(jī)械化技術(shù)薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行協(xié)同攻關(guān)，解決制約毛蔥收獲機(jī)械的技術(shù)難題。

5.4 加大政策扶持力度，建立聯(lián)合發(fā)展機(jī)制

充分發(fā)揮政策的導(dǎo)向作用，建立激勵(lì)機(jī)制，充分調(diào)動農(nóng)機(jī)企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)研發(fā)新機(jī)具的積極性。專業(yè)技術(shù)人員要指導(dǎo)和幫助農(nóng)民改進(jìn)種植模式和農(nóng)藝，政策上惠農(nóng)資金安排對毛蔥機(jī)械化生產(chǎn)給予傾斜，要落實(shí)好農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼。建立聯(lián)合發(fā)展機(jī)制，搭建毛蔥從種植、收獲到深加工的產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同平臺，調(diào)動農(nóng)業(yè)合作社、農(nóng)民使用先進(jìn)適用機(jī)具的積極性，充分應(yīng)用現(xiàn)代農(nóng)機(jī)技術(shù)儲備和先進(jìn)的信息技術(shù)及制造技術(shù)，形成共同推進(jìn)毛蔥收獲機(jī)械化發(fā)展的合力，使毛蔥收獲機(jī)械化更上一個(gè)新臺階。

6 總結(jié)與展望

毛蔥套種栽培是現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)的種植農(nóng)藝，尤其毛蔥套種大豆栽培技術(shù)，既能穩(wěn)定毛蔥產(chǎn)量，又能恢復(fù)和擴(kuò)大大豆種植面積，緩解油料產(chǎn)能提升的壓力。加快機(jī)具關(guān)鍵技術(shù)研究，提升毛蔥收獲機(jī)具的適應(yīng)性，實(shí)行規(guī)范化種植，為機(jī)械作業(yè)創(chuàng)造條件，制定農(nóng)機(jī)和農(nóng)藝相結(jié)合的技術(shù)方案，為實(shí)行毛蔥機(jī)械化收獲奠定基礎(chǔ)。建立毛蔥套種農(nóng)藝標(biāo)準(zhǔn)化種植示范園區(qū)，推行先進(jìn)、性能可靠的毛蔥收獲機(jī)械裝備，通過典型示范和輻射帶動效應(yīng)，促進(jìn)毛蔥種植產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，推動特色農(nóng)業(yè)向高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展，形成基地化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化的機(jī)械化生產(chǎn)新模式。