紅花絲機(jī)械化采收研究現(xiàn)狀分析

阿孜古麗

（塔城地區(qū)中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，新疆　塔城　843700）

紅花絲機(jī)械化采收研究現(xiàn)狀分析

阿孜古麗

（塔城地區(qū)中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，新疆塔城843700）

摘要：介紹了新疆和國(guó)內(nèi)外紅花絲機(jī)械化采收的研究現(xiàn)狀，對(duì)比了不同采收機(jī)械的特點(diǎn)，分析了當(dāng)前機(jī)械化采收存在的問題，提出了提高紅花絲機(jī)械化采收水平的建議，為新疆紅花絲采收機(jī)械的研究提供參考。

關(guān)鍵詞：紅花；紅花花絲；采收；機(jī)械化

0　引言

紅花是菊科紅花屬中的栽培種，學(xué)名Carthamus tinctorius L.，為一年或二年生草本植物，又名紅蘭花、草紅花、菊紅花、懷紅花、川紅花和杜紅花，其生長(zhǎng)期短，具有抗旱抗寒和耐鹽堿的能力，在我國(guó)新疆、河南、四川和浙江等地都有種植，其中新疆紅花種植面積約占全國(guó)的80%以上，種植面積達(dá)4萬hm2，主要分布在塔城、昌吉和伊犁地區(qū)。其中紅花花絲是紅花作物中經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高的物料，具有很高的藥用價(jià)值，是一種名貴的中藥材[1～4]。目前，紅花的耕種及籽粒的收獲已實(shí)現(xiàn)機(jī)械化[5～7]，但紅花采收仍以人工收獲為主，采摘效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、采摘時(shí)間長(zhǎng)，不僅給農(nóng)民造成了經(jīng)濟(jì)損失，也大大降低了紅花的產(chǎn)量和花絲質(zhì)量，制約了紅花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此紅花絲的機(jī)械化采收問題亟待解決，研究紅花絲機(jī)械化采收現(xiàn)狀和技術(shù)具有重要的意義。

1　國(guó)外紅花絲機(jī)械化采收現(xiàn)狀

國(guó)外紅花種植分布較廣，在很多國(guó)家均有栽培，主要生產(chǎn)國(guó)有印度、墨西哥、美國(guó)、埃塞俄比亞、西班牙和澳大利亞等60多個(gè)國(guó)家，紅花年種植總面積達(dá)110萬hm2，籽粒產(chǎn)量約89萬t。其中，印度年種植面積約76萬hm2，籽粒產(chǎn)量約46萬t，占世界總面積和產(chǎn)量的50%以上[8]。國(guó)外紅花種子收獲、脫籽、榨油等生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)均已實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，但紅花花絲采收環(huán)節(jié)仍以手工采摘為主。

圖1　背負(fù)式采收機(jī)　

圖2　手推式采收機(jī)

近年來，國(guó)外針對(duì)紅花花絲機(jī)械化采收問題的研究主要集中在氣力式采收方面。早期印度學(xué)者研制出兩種分別以蓄電池（2003年）和發(fā)電機(jī)（2004年）為不同動(dòng)力源的氣力式采收機(jī)，前者采用背負(fù)式（圖1），后者采用手推式，根據(jù)農(nóng)藥噴霧器改裝而成（圖2）。在這兩種裝置中，紅花花絲的采摘和收集依靠氣體吸力，通過旋風(fēng)分離器將花絲分離，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，在一定程度上提高了工作效率，但仍存在能耗大、采摘量小、噪音高等缺點(diǎn)[9～10]。對(duì)此，伊朗德蘭黑大學(xué)Abuoreihan學(xué)院農(nóng)業(yè)技術(shù)系的學(xué)者Siavash Aetal（2012年）設(shè)計(jì)了一種由發(fā)動(dòng)機(jī)、含有智能刀片的徑向風(fēng)扇、輸送管道、將花絲從空氣流和儲(chǔ)花室分離出來的擴(kuò)散器及儲(chǔ)花室等五部分構(gòu)成的紅花花絲采收機(jī)[11]（圖3）。與手工采摘相比，雖然該機(jī)的采收量大大提高，但由于該機(jī)只有一個(gè)吸花口，工作時(shí)對(duì)花絲頂部吸附力小，導(dǎo)致掉落損失量較大，且同樣存在噪音大等氣力式收獲機(jī)的共有缺點(diǎn)。

2　國(guó)內(nèi)紅花絲采收現(xiàn)狀

由于紅花植株特殊的外部形態(tài)，目前國(guó)內(nèi)紅花還停留在人工采收階段，對(duì)紅花采收機(jī)械開展的研究也相對(duì)較少，主要以科研院所和高校為主，如石河子大學(xué)、山西農(nóng)業(yè)大學(xué)等。山西農(nóng)業(yè)大學(xué)的葉全民、左月明（1994年）研制了一種利用氣吸原理將果實(shí)吸附后經(jīng)吸氣軟管輸送至集料箱的頂生小果實(shí)采摘機(jī)[12]（圖4），該機(jī)專門針對(duì)紅花設(shè)計(jì)了負(fù)壓吸引—剪切式采集頭，具有較好的適應(yīng)能力，但整體結(jié)構(gòu)較大，且未考慮紅花花絲的柔韌性，存在切不上，收不凈的現(xiàn)象，因此也未得到實(shí)際應(yīng)用。

圖3　氣吸式采收機(jī)　

圖4　小果實(shí)采摘機(jī)

石河子大學(xué)的葛云、王磊等人（2012年）在公開發(fā)明專利“紅花采收器”[15]中提出采用氣吸原理梳理花絲，用旋轉(zhuǎn)刀片在吸花口處完成花絲的切割，最后將花絲吸入儲(chǔ)花室。此種方法原理可行，易于實(shí)現(xiàn)，但是需要將采花器逐朵對(duì)準(zhǔn)紅花進(jìn)行采摘，采摘效率有所下降。針對(duì)上述采花器采摘效率低的問題，葛云、王磊等人又于同年申請(qǐng)了發(fā)明專利“紅花采收機(jī)”[16]。利用開花不同天數(shù)的花絲與果球分離力不同的特性，采用對(duì)置式的吹氣裝置將花絲與果球分離，然后由吸氣裝置將吹落的花絲進(jìn)行收集并輸送至儲(chǔ)花室。該裝置可以對(duì)整株紅花進(jìn)行采收，采收效率高，植株損傷小，即可以保證紅花籽的品質(zhì)和產(chǎn)量，又能實(shí)現(xiàn)紅花花絲的機(jī)械化采收，提高效率，降低個(gè)人勞動(dòng)強(qiáng)度。但是該裝置將儲(chǔ)花室置于負(fù)壓風(fēng)機(jī)前方，花絲進(jìn)入儲(chǔ)花室后在負(fù)壓風(fēng)力的作用下會(huì)堵塞負(fù)壓風(fēng)口，降低風(fēng)力，影響紅花收集效果。石河子大學(xué)的李樹峰、李景斌等人（2012年）在發(fā)明專利“便攜式紅花采收機(jī)”[17]中提出一種新的吸花裝置機(jī)構(gòu)，與其他氣吸式裝置不同之處在于其吸花管頭部設(shè)有剪刀裝置，可以解決頭部吸花困難的問題。但是該裝置也需要將采花機(jī)逐朵對(duì)準(zhǔn)花絲進(jìn)行采摘，采摘效率不高。石河子大學(xué)的李景斌、坎雜等人（2013年）在發(fā)明專利“一種便攜式單人紅花采收機(jī)”[18]中介紹了一種用于將鮮花絲從果球根部切割下來的采收機(jī)構(gòu)，該采收機(jī)可以克服現(xiàn)有技術(shù)中易對(duì)人體造成傷害、采收效果差的缺陷，但是該機(jī)構(gòu)同樣需要逐朵對(duì)準(zhǔn)紅花進(jìn)行切割，采收效率也不理想。基于上述機(jī)型采收效率不佳的缺陷，李景斌等人在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了“一種多人紅花采收機(jī)”[19]。該裝置配有多個(gè)切割頭，可供多人同時(shí)操作，這樣雖增加了單臺(tái)機(jī)械的采收效率，可是平分到個(gè)人時(shí)效率并不高。

圖5　小型背負(fù)式采摘機(jī)　

圖6　電動(dòng)采摘機(jī)

此外少數(shù)基層農(nóng)機(jī)人員也進(jìn)行了紅花采收機(jī)械研制，但研究仍處于起步階段，并未投入大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。新疆裕民縣農(nóng)機(jī)推廣站聯(lián)合塔城地區(qū)農(nóng)機(jī)站組織技術(shù)人員（2010年）研制出一臺(tái)小型背負(fù)式紅花采摘機(jī)[13]（圖5），機(jī)器采用風(fēng)力和吸力原理對(duì)紅花干絲進(jìn)行吸收，該機(jī)器雖然代替了人工手采，但缺點(diǎn)是不能大面積大量吸收紅花干絲，還存在機(jī)器刷吸過程中致使紅花干絲損失的問題，未得到推廣使用。針對(duì)此問題，新疆裕民縣李建富（2013年）研制出了一個(gè)通過電動(dòng)來模擬人工采摘紅花鮮絲的紅花采摘機(jī)[14]（圖6），但該機(jī)需要一個(gè)人雙手把持，仍然存在重量偏重、勞動(dòng)強(qiáng)度較大等缺點(diǎn)。

綜上所述，目前國(guó)內(nèi)在紅花采收機(jī)領(lǐng)域開展了大量研究，但大都集中在小型便攜式、手持式和背負(fù)式方面，對(duì)于紅花采收工藝和物理形態(tài)特性研究較少，采收效率和質(zhì)量有待進(jìn)一步提高，只適用于小面積紅花采收，不適合大規(guī)模機(jī)械化推廣。

3　新疆紅花絲采收現(xiàn)狀

新疆是國(guó)內(nèi)最大的紅花產(chǎn)區(qū)，紅花種植發(fā)展較快。1960年新疆紅花播種面積約2 667 hm2，20世紀(jì)80年代起，紅花常年種植面積達(dá)2～2.7萬hm2，總產(chǎn)2.7～3.6萬t，目前已發(fā)展到約4萬hm2，占全國(guó)紅花種植面積和總產(chǎn)量的80%左右[20]。新疆紅花產(chǎn)區(qū)主要分布在塔城、昌吉、伊犁地區(qū)，并在塔城裕民縣、昌吉吉木薩爾縣以及伊犁霍城縣建有紅花的GAP種植基地，和田為近年發(fā)展的新產(chǎn)區(qū)，其中塔城紅花種植面積達(dá)1.13萬hm2，為新疆紅花盛產(chǎn)區(qū)[21]。目前新疆紅花絲采收同樣以手工采摘為主，勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，且每年的7～8月份是新疆紅花的盛花期，紅花花絲的收獲期正置農(nóng)忙時(shí)節(jié)，導(dǎo)致采收季節(jié)勞動(dòng)力緊張，人工采摘花絲成本增加，約占花絲售價(jià)的30%～40%[22]，部分紅花因無人采集而白白浪費(fèi)，不僅給農(nóng)民造成了經(jīng)濟(jì)損失，也降低了紅花的產(chǎn)量。紅花花絲的高成本采摘已成為制約其產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展的“瓶頸”，新疆紅花絲的機(jī)械化采收問題亟待解決。

4　紅花絲機(jī)械化采收存在的問題及發(fā)展趨勢(shì)

4.1存在的問題

（1）紅花植株生長(zhǎng)特性、物理特性和采收要求增加了紅花絲機(jī)械化采收的難度。文獻(xiàn)資料表明，紅花栽培密度相對(duì)較大（株距約10 cm），單株開花率高（約15～30個(gè)/株）[23]，若逐個(gè)采摘新鮮紅花花絲，不僅效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且采摘時(shí)間長(zhǎng)；此外不同灌溉程度的紅花在成熟期時(shí)的植株高度、寬度、果球數(shù)等物理特性也是不同的，加上紅花花絲的采摘期較短，一般為15～20天[24]，許多新鮮花絲因無人采摘而損失嚴(yán)重，而半干花絲和干花絲干脆易碎，與新鮮花絲在采收時(shí)形態(tài)及力學(xué)特性相差較大，導(dǎo)致采摘更加困難。

（2）粗放的紅花種植、管理模式制約了紅花絲機(jī)械化采收的進(jìn)程。目前新疆紅花多采用粗放式種植管理模式，品種繁多（有刺、無刺、水澆、旱作等），造成紅花植株物料特性差異較大，不利于采收機(jī)械參數(shù)的確定和優(yōu)化，一定程度上制約了紅花絲機(jī)械化采收的推廣實(shí)施。

4.2發(fā)展趨勢(shì)及對(duì)策

（1）研究選擇合理的采摘方式。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者和科技人員對(duì)紅花花絲的采收技術(shù)已有多種研究，也取得了較多的成果，大都采用氣力式或氣力與切割相結(jié)合的方式對(duì)紅花絲進(jìn)行機(jī)械化采收。但仍存在噪音大、紅花絲掉落損失嚴(yán)重等問題。因此，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，開展相關(guān)紅花絲的基礎(chǔ)性研究工作，在充分研究紅花物理特性的基礎(chǔ)上，積極探索和選擇適合新疆種植模式的機(jī)械化采收方式，以減少采收損失。

（2）向多功能自走式方向發(fā)展。當(dāng)前采用的氣吸式紅花花絲采收機(jī)大都采用背負(fù)式結(jié)構(gòu)，因自身負(fù)荷重、噪聲大等原因未能實(shí)現(xiàn)田間作業(yè)并得到推廣，但氣吸式采收技術(shù)依然存在很大優(yōu)越性。而且研究表明紅花秸稈經(jīng)粉碎后可直接喂養(yǎng)牲畜，是良好的飼料來源[25]。為提高機(jī)械采收效率和利用率，減少生產(chǎn)成本，研究能適應(yīng)不同紅花植株物理特性，集采收、輸送、收集多功能為一體的自走氣吸式花絲采收機(jī)將成為以后的發(fā)展趨勢(shì)。

（3）向標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。解決紅花絲機(jī)械化采收問題是實(shí)現(xiàn)紅花產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化發(fā)展的前提，也是未來紅花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。目前國(guó)內(nèi)針對(duì)紅花采摘的試驗(yàn)裝備均分別針對(duì)其各自特點(diǎn)展開相關(guān)采收機(jī)械的研究，在一定程度上制約了紅花絲機(jī)械化采收的實(shí)施，只有選擇合適的紅花品種，統(tǒng)一規(guī)范紅花種植和管理模式，促進(jìn)農(nóng)機(jī)和農(nóng)藝的相互融合，才能實(shí)現(xiàn)紅花的機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。

5　結(jié)語

研究紅花絲機(jī)械化采收技術(shù)對(duì)提高新疆紅花采收效率，減少采收損失和生產(chǎn)成本，提高紅花生產(chǎn)的綜合效益具有重要的意義，有利于促進(jìn)新疆特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和農(nóng)民增收，對(duì)加快新疆三大基地建設(shè)和提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化綜合水平具有十分重要的意義和良好的應(yīng)用前景。

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Current State and Development of the Mechanical Harvesting on Saffron Filaments

Aziguli
（Tacheng area secondary vocational and technical schools，Tacheng 843700,China）

Abstract:This paper introduced the current state of the mechanical harvesting on saffron filaments in Xinjiang and domestic and overseas, it compared the featuresof harvesting machine, analyzed the problemsexisting in present mechanical harvesting, and raised the suggestionsofstepping the level ofit, and also provide the reference for design research.

Key words:Saffron；Saffron filaments；Harvest；Mechanization

收稿日期：2015-08-15

文章編號(hào)：1007-7782（2015）04-0007-04

中圖分類號(hào):S225.99

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi:10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2015.04.002