枸杞采摘機研究進展

石志剛 肖宏儒 萬如 張最 王亞軍 梅松 安巍 丁文芹

摘要：枸杞采摘成為制約枸杞產業發展的關鍵技術難題，研制枸杞鮮果采摘機是提高勞動生產率、降低生產成本、推動枸杞產業提質增效的根本途徑。綜述國內外現有枸杞采收機具研究現狀，分析目前枸杞采摘機的種類、原理、結構、功能和存在問題，提出枸杞采摘機研究方向和趨勢。

關鍵詞：枸杞；采收；機械化；研究現狀

中圖分類號：S225.93 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）05-0053-04

枸杞系茄科（Solanaceae）枸杞屬（Lycium L.）落葉灌木，是“藥食同源”功能型植物資源之一，具生態、經濟、社會“三位一體”的顯著效益。寧夏作為我國和世界枸杞的原產地和主產區，開發利用歷史悠久，產業優勢明顯，是寧夏優勢特色戰略性主導產業。截至2015年底，寧夏種植規模達到5.71萬hm2（85.7萬畝），占全國種植總面積的42.5%；枸杞干果產量13萬t，占全國總產量的48%；年出口量6 500 t，出口額7 000萬美元，占全國出口量的65%和58%；枸杞生產總值突破50億元。全國13個省市自治區枸杞種植面積達到13.3萬hm2（200多萬畝），年產干果27萬t，枸杞產值超過100億。

在枸杞產業大發展的過程中，枸杞采摘難、生產成本高等制約產業發展的問題日益突出。寧夏年產枸杞鮮果65萬t，采摘成本占總成本的50%以上，每500 g鮮果按1.5元采摘費計算，每年支付的采摘勞務費達19.5億元。在此情況下，亟需研制枸杞鮮果采摘機，通過機械化提高勞動生產率、降低生產成本，進而推動枸杞產業提質增效。

1 枸杞采摘機國內外研究進展

枸杞在國外分布較少，因此枸杞采收機研究為空白。枸杞采收主要依靠人工完成，存在采收效率低、成本高，采摘高峰期雇工緊張的問題。國內外市場上沒有技術成熟的枸杞采收機械，國際對枸杞采收機的研究僅見韓國有相關報道，實地考察后，不能應用于生產。

國內枸杞采摘機械研究始于21世紀初，主要為寧夏、內蒙古、新疆、青海等枸杞種植區開展相關研究。目前，枸杞采摘機有自走式和便攜式兩種，主要以小型便攜式為主。根據采摘原理，國內枸杞采摘機主要分為以下幾種：振動式枸杞采摘機、梳理式枸杞采摘機、剪切式枸杞采摘機、氣吸式枸杞采摘機、振動式與梳理式組合作用采摘機、氣動式與梳理式組合作用枸杞采摘機。所有采摘機都存在采摘方式單一、采摘效果不夠理想等問題。

1.1 自走式枸杞采摘機

針對枸杞“無限花序、連續花果”的生長特性，目前研制出5種自走式枸杞采摘機。石志剛等研制隧道式、多頻率、高風壓組合型自走式枸杞鮮果采摘樣機，并于2014年和2015年進行田間試驗。劉文海等研發了全自動枸杞采摘收獲機；李進玉等研發一種枸杞采摘機；雷澤民等設計了從枸杞樹上采摘枸杞的采摘裝置。這此裝置均主要由行走機構、傳動機構、主架體、采摘機構、果實收集機構及果實輸送機構等組成；在主架體上設置可上下升降的采摘架，采摘架上設有均勻分布的搖振條，采摘時振動桿插入果樹快速擺動振動桿，使掛果枝條擺動起來，成熟枸杞受到的慣性力大于果柄結合力時脫落，掉入底下的收集器中。在主架體縱向通道下部的兩側設有果實收集機構，采摘下來的枸杞通過傳送帶收集到收集箱。機具優點是實現連續采果，自走式作業，效率較高；主要存在的問題是大量密集的下垂枸杞掛果枝條基本與搖振條平行，搖振條震蕩采摘時只有小部分掛果枝條受此作用，另外一部分掛果枝條上的枸杞無法脫落。由于機具的尺寸比較大，搖振條搖振幅度和頻率大小受限，掛果枝條上的枸杞鮮果受到的采摘慣性力小于其果柄結合力時，不能被采摘。

郭志東和楊志浩研發一種自走氣吸梳齒式枸杞采摘收獲機，包括小車、汽油發電機、梳齒采摘器和收集箱。采摘時，握住移動手柄將梳齒采摘器貼近枸杞枝條，引風機抽吸風將枸杞果柄由鉛垂狀變為偏離鉛垂線且與鉛垂線夾角在30～90°之間。采摘梳電機帶動采摘梳轉動，采摘梳使枸杞從樹枝上脫落并進入輸送袋，最后經風機淸選落入收集箱。此機具主要存在的問題是，枸杞掛果枝條在抽吸風作用下偏離相應角度，使枸杞、果柄與掛果枝條的夾角不明顯；質量比較小的未成熟枸杞、花朵、葉片容易偏離枝條，導致采摘梳不能觸碰部分成熟枸杞，未成熟枸杞、花朵、葉片被采摘機率增大。

1.2 小型便攜式枸杞采摘機

當前，我國的枸杞采摘大多為人工手摘和借助簡單便攜式工具輔助采摘，具有結構簡單、體積小、質量輕、便于攜帶、工作效率較低等特點。

1.2.1 振動式 曹有龍等針對枸杞生長“無序花序、連續花果”的特點，采用振動原理研制開發出4ZGB-30型枸杞便攜式采收機，其采凈率達90%左右，果實破損率不足5%，采摘效率是人工的5倍左右，節約采摘費200元/667 m2左右，獲寧夏科技進步三等獎。此外，曹有龍、葉力勤、武兵強、李強等、郭清輝等眾多科研人員也進行了枸杞采摘裝置的設計和研究。他們設計的枸杞采摘機構均包括電源、傳動單元、手柄、采果頭、另行布置的果實接收單元等，其中采果頭主要由振動桿和振動桿壓板組成。采摘時，將采果頭以與枸杞掛果枝條相垂直的角度插入樹體，開啟開關，在電動機驅動下采果頭的振動桿往復振動，振動叉給枝條一個瞬間作用力，使成熟果實獲得慣性力而實現采摘；果實收集單元是另行布置在枸杞樹下面的收集裝置。這些機構存在的主要問題是振動采摘需要的振動頻率和振幅比較大，果實脫落瞬間的速度比較大且方向不確定，導致枸杞著地范圍大，不容易收集且損傷率大。另外，枸杞掛果枝條受到持續激振力易對掛果枝條造成內傷，影響果樹生長。

向仲榮設計的枸杞采摘器包括電機、振動器、振動桿、彈性的密封條、集果箱等。采摘時，先將枸杞枝條穿過密封條，通過形成密封空腔防止果實外飛，順著軟管進入集果箱中。存在的主要問題是采摘前需將每個枸杞掛果枝條置于密封空腔中，采摘完成后將枝條拉出空腔，采摘操作不方便，降低枸杞采摘速度。

1.2.2 剪切式 趙金魚等研發的枸杞采摘頭安裝在手持電鉆前端，主要由機殼、固定耙爪、與固定耙爪配合的活動耙爪構成。采摘時，活動耙爪作往復水平運動，與固定耙爪配合實現枸杞果柄切割。曾小虎設計的新型枸杞采摘器包括采果頭、手柄、果實收集裝置、過濾裝置等。采摘果實時，人工拿著機具手柄使采果頭抓住樹枝，采果頭上設置的采果刀使枸杞果柄因受到剪切作用而掉進果實收集裝置內。

趙偉康等設計的滾刀式枸杞可選擇采摘機包括采摘器、齒輪組合傳動、電氣部分、儲果盒體4部分。采摘時，枸杞果的果柄與枝條相連，成熟時垂于枝條下方，成熟枸杞果由喇叭口進入采摘器容果腔，果柄由分禾鴨嘴送入滾刀和反向滾刀之間，滾刀和反向滾刀的相互作用切斷果柄，使枸杞果落入儲果盒。

此類機具存在的主要問題有：一是易將成熟枸杞剪破，將未成熟枸杞、花朵、葉片、枝條莖稈剪切下來或割傷，影響枸杞后續生長和總產量；二是對人的依賴程度大，青果、紅果選擇采摘需要人工操作，采摘效率低。

1.2.3 梳理式 高懷智等研發的梳理式枸杞采摘機主要由材質柔軟而富有韌性的梳果器構成，梳果器上均布幾個弧形小爪。采摘時，將機具頭部伸入熟果柄部或上部，并沿著枝條快速移動，高速旋轉的柔性梳果器使成熟枸杞掉入機殼內。

田文慶等研發的枸杞收獲機主要由發動機、采摘器、離心風機、分離器等構成，采摘器包括采集扇、采集扇軸、采集電機等。采摘時，電動機通過齒輪帶動采集殼內的采集扇轉動，將采集器伸入枸杞樹枝頭，旋轉的采集扇將果實采摘到采集器外殼中。

鄧沛強等研發的枸杞采摘器主要由采摘裝置和收集裝置構成。采摘裝置為滾筒狀可旋轉毛刷，并呈樹狀棘爪排列，連接于枸杞收集管上，可將靠近棘爪的掛果枝條上的枸杞剝落下來，脫落的枸杞經過枸杞導管進入收集袋。

馬軍等研發的枸杞采摘機包括動力部分、采摘部分和收集部分。采摘部分包括與傳動軸連接的毛刷體以及設置在毛刷體下方的過濾裝置，傳動軸可帶動毛刷體旋轉，將靠近的枸杞剝落下來。主要存在的問題：一是由于枸杞枝條韌性大，果柄柔軟，采摘機具僅能使部分成熟枸杞脫落；二是枸杞果實在掛果枝條上的掛果點通常呈90°或180°的規律分布，需要將采摘頭繞著掛果枝條的軸線人工輔助捕捉采摘，效率低。

高懷智等設計的枸杞采摘電動機械手包括轉軸、弧板、機械指、拇指根肚、輥等。采摘時，充當手掌的弧板上鉸軸限制機械指運動方向，在凸輪控制下，機械指及拇指根肚收縮，個體較小的青果及葉子從指縫鉆過，個體較大的熟果被揪下，并進入機械指與拇指根肚形成的空間。每臺機子可以有幾個機械手，每個機械手上有數個機械指，同時采摘。主要存在的問題為：大部分枸杞果實軸線與果柄軸線呈一定角度而不是同軸，指縫順著果柄捋過時，果實與果柄不同軸的未成熟枸杞被揪下，當花朵和葉片穿過指縫的角度剛好被卡住時也被揪下，容易損傷枸杞果實。

劉云設計的枸杞采摘耙和楊永順設計的枸杞采摘器均由梳齒和收集單元組成。梳齒之間的距離小于枸杞直徑但大于果柄直徑，梳齒下面設有收集單元。這兩種機具均存在的問題是：梳齒摘捋下成熟枸杞果實的同時，也將未成熟枸杞果實、花朵、葉片摘捋下來，對枸杞后續生長不利。

1.2.4 氣吸式 張換高等研發的氣吸式枸杞采摘機由機架、采集裝置、動力裝置和存儲裝置等構成。采集裝置包括吸頭、吸入軟管、出氣軟管和吸入管連接器。氣泵工作產生的少量壓縮空氣提供給空氣放大器，其一端產生負壓效應，產生真空低壓區，并通過吸入軟管將枸杞吸到收集桶內。在整個采摘過程中，沒有機械機構或零部件與枸杞果實和枝葉產生接觸。主要存在的問題是：機具產生的氣壓大小和量比較有限，氣壓經過氣管時產生很大阻力，從而造成壓力損失，難以持續提供穩定的、使成熟枸杞脫落的氣壓。

1.2.5 振動式與梳理式組合式 王寧州研發的便攜式枸杞采摘機包括手持部、采摘頭、動力輸出模塊、電源，可以設置自動、手動模式及調整電動機轉速。自動時，CCD傳感器采集到成熟枸杞的紅色信號后，電動機旋轉；若無紅色信號，電動機不轉動。手動時，CCD傳感器不參與工作，人工控制電動機旋轉。采摘頭通過電動機帶動以預定旋轉速率轉動，以高出旋轉頻率4倍的震動頻率上下振動。采摘膠頭由柔軟橡膠制成，在振動盤的另一面上呈梳狀排列，排列間距為10 mm。當振動盤帶動采摘膠頭做振動及梳濾動作將成熟的枸杞從樹上摘下，以完成枸杞采摘。主要存在的問題是，柔軟的果柄、花柄、葉片纏在轉動的采摘膠頭上，由于采摘膠頭同時在上下振動，振動產生的拉力將帶著果柄的枸杞、帶著花柄的花朵、葉片從掛果枝條莖稈拔掉或撕碎，既影響枸杞質量又影響枸杞總產量。

2 枸杞采摘機研究方向及趨勢

2.1 研究方向

2.1.1 提高采凈率 現有大部分枸杞采摘機的采摘方式沒有充分考慮枸杞樹的生長習性，采摘方式單一，導致采摘效果不夠理想。根據成熟果實、青果、花蕾的果柄結合力，選擇合適的振動頻率和振幅。枸杞與果柄結合力的大小隨環境中各種因素變化而變化，應根據試驗和計算確定兩者與外界因素之間的關系，得到最優振動方式與環境因素的參數組合，提高成熟枸杞鮮果的采收效率和質量。

2.1.2減少損傷率 枸杞鮮果是漿果，皮薄易損傷，輕微作用力會導致其制干后變油果，造成售價下降。目前，采摘機無法充分保護未成熟枸杞、花朵、葉片、枝條莖稈，在采摘成熟枸杞的同時不可避免地對下一茬生長造成損傷。采摘機具的材料、分布方式、作用方式等需要合理選擇與組合，以不影響下一茬枸杞生長為前提。同時，保護采摘下來的成熟枸杞不受碰撞、擠壓等傷害，避免機具采摘的枸杞加工成產品時因內傷而發黑，影響其商品價值。

2.1.3 提高整機作業效率 目前，半機械化的小型便攜式枸杞采摘機研究占據主體地位，大型自走式枸杞采摘機研究很少。便攜式采摘機人工依賴程度大、效率低，遠不能滿足市場需求。需要根據枸杞樹尺寸設計大型枸杞采摘機具，使采摘、收集、轉運等環節擺脫人工依賴，實現采摘機械化。

2.2 發展趨勢

2.2.1 大型自走式 小型便攜式枸杞采摘機對提高采摘效率作用不明顯，且對人工依賴程度大，不能滿足枸杞采摘期相對集中的季節要求。大型自走式枸杞采摘機多個采摘頭同時作用于掛果枝條，能大大提高采摘效率，可保證在短時間內完成工作任務。

3.2.2 智能化采摘 智能化枸杞采摘機采用計算機智能視覺系統，根據果實顏色確定其成熟度，再由計算機控制系統決定是否采摘及采摘部位。這種智能采摘機械可以實現精確的“標靶”采摘和最佳采摘期采摘，確保果實品質優良。

3.2.3 農機農藝融合 應從枸杞全程機械化整體考慮，從枸杞品種、株行距、栽培模式、作業方式等綜合考量，圍繞枸杞機械化采摘等關鍵環節機械化作業對農藝的要求，選育適宜品種，開展適宜于機械化作業的枸杞建園模式、株行距配置、樹型培養、整形修剪等配套農藝措施研究，按照枸杞鮮果機械化采收機工作要求，建立枸杞機械化采收生產技術體系，提出機械化技術模式和優化途徑，實現農機農藝融合。

3 結語

枸杞鮮果采摘機研究相對滯后，導致枸杞旺盛需求與日益短缺的勞動力矛盾日益突出，研制適宜枸杞生長特性的大型自走式枸杞采摘機，建立適宜枸杞機械化采收的農機農藝融合生產體系，對枸杞產業提質增效、轉型升級和農民增收、農業增效具有重要意義。

參考文獻

[1] 趙鳳勇.雙軸雙電機枸杞鮮果采摘器的研制[J].農業機械，2013（11）：132.

[2] 武兵強，周鳳廷，陳慶峰，等.枸杞采摘器的設計[J].新疆農業科技，2013，25（5）：46-47.

[3] 李強，葉力勤，安巍.枸杞采摘機的適采條件[J].新疆農機化，2009（3）：44-45.

Abstract：Chinese wolfberry picking has become a key technical problem which restricting the development of Chinese wolfberry industry. DevelopingChinese wolfberry picking machine is the fundamental way to improve labor productivity， reduce production costs and promote the quality and efficiency of Chinese wolfberry industry. This paper summarizes the existing research status of Chinese wolfberry picking machine at home and abroad， analyzes the current types， principles， structure， functions and the existing problems of Chinese wolfberry picking machine， and puts forward the research direction and trend of Chinese wolfberry picking machine.

Key words： Chinese wolfberry； picking；mechanization；research status