中國馬鈴薯產地貯運工程技術分類與集成

孫潔+王希卓+黃振霖+孫海亭+程勤陽+朱明

摘要：針對中國馬鈴薯（Solanum tuberosum）產業發展的問題，深入調研馬鈴薯四大主產區，分析歸納了現有產地貯運工程技術，并采用線性分類法進行技術分類。按技術屬性和特征，以大類、中類、小類、子類逐次將馬鈴薯產地貯運技術劃分為相應的類目，將其納入農產品產地加工與儲藏工程技術體系，揭示其結構與功能。同時，對目前使用較廣的技術進行集成，總結得到5種技術集成方案，提出了適于種植專業合作社、家庭農場和企業等新型經營主體的技術集成。

關鍵詞：馬鈴薯（Solanum tuberosum）；產地貯運；技術分類；技術集成

中圖分類號：S532 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）02-0314-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.02.027

馬鈴薯是世界第四大糧食作物，在保障糧食安全、實現千年發展目標方面具有不可替代的作用[1]。馬鈴薯產業鏈長，目前廣泛應用于食品、醫藥、石油、日用化工等行業，其加工制品需求和增值潛力巨大。近年來，隨著馬鈴薯主糧化戰略的提出，發展馬鈴薯產業成為新形勢下推進中國農業供給側結構性改革，加快農業轉型升級，促進穩糧增收、提質增效和農業可持續發展的重要途徑。到2020年，主食消費將占中國馬鈴薯總消費量的30%[2]，為實現這一目標，需加大力度以加工轉化拉動馬鈴薯生產和消費，短期可通過馬鈴薯初加工，保持和提高傳統馬鈴薯產品和鮮薯消費[3]；中期則需突破馬鈴薯精深加工技術和裝備缺口，生產多元化的馬鈴薯主食產品[4]，從而總體提升中國馬鈴薯主食消費地位。在這一進程中，產后貯運是銜接馬鈴薯上游生產和下游加工的關鍵環節，不僅要著力降低鮮薯原料損失率，保證供應，還要解決加工原料在生產周期內的質量安全問題，為馬鈴薯主食化加工提供原料質量和數量雙重保障。然而，中國馬鈴薯生產仍以組織松散、技術裝備水平差的分散經營為主，特別是產后貯運設施簡陋、貯藏量小而分散、管控技術落后、專業化水平低[5]，貯期損失率高達15%～30%，每年造成的經濟損失達100億元以上；并且產地收儲運及加工各環節脫節嚴重，產業鏈銜接不暢，整體運行效率差。此外，隨著專業種植合作社、家庭農場等新型經營主體的不斷壯大，現有馬鈴薯貯運方式已無法滿足大規模和機械化生產要求，對落地性強、效益突出的技術模式需求極為迫切。本研究既在滿足不同經營主體差異化需求的前提下，對馬鈴薯產后貯運工程技術進行分類、選擇、集成、優化，分析不同組織模式和集成技術的應用情況，總結出適宜于現階段中國馬鈴薯產業發展的集成技術方案，以期實現馬鈴薯產后貯運技術要素全過程控制，引導從事馬鈴薯產地貯運的各類經營主體發展態勢達到最優，使之成為帶動馬鈴薯產業發展，實現農業提質、農戶增收的主要力量。

1 馬鈴薯產地貯運工程技術與裝備

馬鈴薯產后技術主要包括收獲、輸送運輸、預處理和貯藏等環節，整體技術流程見圖1。馬鈴薯產地貯運各環節包括的主要單項技術和裝備見表1。

1.1 收獲技術及裝備

收獲是影響馬鈴薯產后貯運質量的要素，也是馬鈴薯產后貯運工程技術集成不可或缺的技術環節。馬鈴薯收獲主要由挖掘、分離、撿拾和裝運等工序組成[6]，可分為人工、畜力和機械收獲。人工收獲裝備為原始的鐵鍬、鋤頭、耙子等，特點是效率低、裝備成本可忽略不計。機械收獲分為聯合收獲、分別收獲和分段收獲[7]，目前中國產地大多采用分段式收獲。分段式收獲機常為管鋼機架，配有限深輪、挖掘鏟板和兩級篩土鏈，需要另外配置牽引機具，薯塊集中鋪成一個狹窄條后依靠人工撿拾裝袋。聯合式收獲機可一次性完成挖掘、輸送分離、除秧、薯塊輸出作業。機械收獲較人工收獲效率有大幅提升，單位作業成本比人工收獲低，但國產聯合收獲機造成的馬鈴薯表皮破損率和漏收率也不容忽視，而選擇進口裝備則購置成本較高，通常適用于有實力的專業種植合作社、企業等的規模化生產。由于機械化收獲對馬鈴薯的種植方式、品種及地形地貌等均有較高要求，目前在北方一作區的內蒙中部、東北和西北平原地區普及率較高，其他地區仍以人工收獲為主。

1.2 輸送運輸技術及裝備

馬鈴薯產后由田間至貯藏區域的運輸在中國已基本實現機械化。主要裝備為農機車和貨車，較大產區的長途運輸則常見裝載貨車。僅有一些地勢陡峭，不宜機械運輸的山區，或產量極少、僅供自用的地區還存在部分人力、畜力運送的情況，基本可忽略不計。貯期輸送方式根據貯藏設施的不同而略有差異，一般儲量在20 t以下小型貯藏設施，仍然依靠人力背運、手推車等輸送；儲量較大的通風庫、貯藏窖群等，各類農用車、小型貨車可直接駛入庫內裝卸。一些大型鮮銷商品薯和種薯生產企業，采用各式皮帶、軌道輸送機，便于提高輸送效率，并與分級清選等環節和設備銜接。

1.3 清選分級技術及裝備

機械清選和分級技術常見的有基于質量分級技術的質量傳感分級機、以馬鈴薯體積分級技術為基礎的網眼、滾筒、長徑比分級機；高端清選技術通常使用色選[8]和光選技術[9]，特別是采用了機器視覺和近紅外技術[10]的在線無損檢測并自動分級馬鈴薯分選生產線，可同時完成馬鈴薯外部缺陷和內部品質檢測、剔除和分級。在中國馬鈴薯主產區，仍以人工清選分級為主，主要包括人工去石、除雜、揀選、目測分級等步驟，通常在田間收獲時一并完成。分級標準多為3級，一般以150 g為界，按薯塊質量分為大薯、小薯和殘次薯。在種薯生產及高端鮮食馬鈴薯收儲過程中，部分企業采用機械清選技術，裝備主要包括振動篩、干刷機、一體化分揀機等。目前，質量分級和體積分級裝備是中國馬鈴薯設備分級的主要技術形式。由于價格昂貴，光學分揀裝備目前在產地大宗貯藏方面尚未具備市場化意義。

1.4 包裝技術及裝備

馬鈴薯包裝主要分為人工包裝、半機械包裝和全自動包裝技術。人工包裝的稱重、封口等均由人力完成；半機械包裝的稱重由設備完成，封口由人工完成，或在一些輔助機械的幫助下，由人工完成過程作業。也有稱重、包裝一體機，可進行全自動化生產線作業。在中國馬鈴薯主產區，包裝環節仍以全人工包裝和簡單機械輔助包裝為主。

1.5 貯藏技術及裝備

中國常見的馬鈴薯貯藏設施包括井窖、窯窖、自然通風貯藏庫、恒溫貯藏庫、機械冷庫等[11]。其中傳統的井窖、窯窖因技術落后、損失率高等弊端已瀕于淘汰，少量僅見于農戶自用馬鈴薯的貯藏。自然通風庫和貯藏窖[12]是近年在北方產區應用較廣的貯藏設施，特點是建造成本低、能耗小、容量大，堅固耐用，出入方便，便于管理。若加裝機械通風系統，則貯藏效果更佳，適于自然冷源充沛或氣候條件適宜的地區。機械恒溫庫配有專業通風系統和制冷設備，可實現對馬鈴薯貯藏環境溫濕度和CO2的精確控制，貯藏期間還可進行輔助手段，如抑芽劑、抑菌劑噴施處理等，但是造價和運行成本也相應較高，主要應用于種薯、高端商品薯和大型企業加工原料薯的貯藏。

1.6 殺菌技術及裝備

中國馬鈴薯主產區的貯藏設施消毒主要為貯藏環境硫磺熏蒸、噴灑石灰粉或消毒劑等，多為人工噴灑；抑菌技術主要以藥劑噴施為主，常用于馬鈴薯貯期的防腐劑主要有四氯硝基苯、硫磺、百菌清、多菌靈等[13]，或采用臭氧發生器、紫外光照射等方式進行滅菌處理，目前由于國內相關裝備效果不佳而應用較少；輻照技術則是利用安全劑量的射線或電子束照射來達到馬鈴薯防腐保鮮的效果[14]，由于輻照劑量及安全性在學界一直存疑[15]，并且輻照成本相對較高，目前在中國產地的相關應用也極為罕見。

1.7 管控技術及裝備

管控技術是馬鈴薯產后貯藏的核心技術，任何馬鈴薯貯藏設施都需精準環境控制及標準貯期管理。溫度控制通常以建筑材料和控溫裝備相結合的方式實現。產區常見的保溫材料以苯板和聚氨酯發泡材料為主；控溫裝備以機械制冷系統、電加熱器及送風系統為主，溫控精度較高；自然通風設施則利用內外溫差或壓差進行氣流交換，依靠風道、無動力風球、氣窗等控制貯藏環境溫度，控制精度因設施設計建造、氣候條件和管理等因素而差異較大。人工濕度控制主要依靠地面和墻體灑水，機械控濕裝備包括霧化設備、噴淋設備等，也有利用濕簾風機進行加濕。在中國馬鈴薯產區，自然通風的中小型通風庫和貯藏窖貯期控制多依靠人工，管理人員根據溫濕度計顯示或憑經驗打開或關閉門、氣窗、風道蓋板等進行貯藏環境控制；條件適宜的地區，通常以加裝軸流風機、溫濕度傳感器和自控裝備的方式，實現自然通風庫和貯藏窖內環境的自動化管理；恒溫庫、機械冷庫等高端貯藏設施采用計算機程序監控溫濕度的變化，還有些設施接入了物聯網控制技術，實現了對貯期環境溫濕度、氣體成分、馬鈴薯品質變化等的全程監測和智能化控制，目前在中國只應用于少數具有雄厚實力的種業集團。

1.8 輔助技術

馬鈴薯貯運的輔助技術，如抑芽技術可有效保持商品薯和加工薯品質。抑芽技術主要以溫度控制和抑芽劑噴施為手段[16]，溫度控制是將貯藏環境溫度控制在萌發基礎溫度5 ℃以下，以達到延長休眠期的目的；目前常見的抑芽劑是氯苯胺靈（CIPC）和青鮮素（MH）[17]，其中CIPC在世界范圍內的應用已超過50年[18]；裝備方面，霧化器可以低速風將藥劑通過庫內通風系統送入薯堆內部，使抑芽劑的施用量更少、分散更均勻，效果尤佳。中國馬鈴薯貯期抑芽主要以溫度控制為主，抑芽劑及噴施裝備的使用尚不多見，目前仍處于研發和推廣階段。

2 馬鈴薯產地貯運工程技術分類

2.1 技術分類方法和原則

農產品產地加工與儲藏技術體系整體上可分為產地加工、產地輸運、儲藏及綜合四大專業技術門類，各專業技術門類功能之和構成該工程技術體系的完整功能[19]。由于農產品產地加工儲藏領域中很多工程技術涉及多學科、多門類的科學技術綜合應用[20]，為了避免分類技術交叉，體現各技術層面的功能屬性，該技術體系分類應以生產內容為主體，將技術鏈條的完整功能作為技術分類的基本依據，遵循層次性、穩定性、開放性、現實性等系統原則，采用線性分類法對其進行縱向層次劃分[21]，以屬性和功能作為分類依據，而對具有多種功能的技術，則按照其主要屬性進行分類[22]。

2.2 馬鈴薯產地貯運工程技術分類

根據上述原則，將馬鈴薯產地貯運工程技術按其屬性和特征逐次地分成相應的類目，形成以大類、中類、小類和子類為框架的體系，分別反映貯運技術環節、技術功能、具體技術和實現手段等屬性，簡明、清晰地揭示馬鈴薯產地貯運工程技術系統的結構與功能，具體技術分類見表2。

3 馬鈴薯產地貯運工程技術集成與應用

3.1 馬鈴薯產地貯運工程技術集成

常見的農業工程技術集成方案構建多采用列舉法[23]，即根據農業產業工程技術集成的實際需求，列舉所有現有的符合要求的技術集成方案，通過評價和優化，選擇最優方案。也有采用組合法[24]的方案，即將所有子類技術進行排列組合，得到所有可能的技術集成方案，經過定性分析剔除不可能的技術集成方案，得到技術集成方案備選集，再通過對備選集中工程技術集成方案的分析和篩選，得到技術集成方案可行集。理論上，各環節的技術經過排列組合之后就形成了眾多可選的集成技術方案，但從生產實際看，在一個特定區域內真正使用的方案僅限于幾種，通常結合實際需求和經驗，調研分析各環節組成或功能模塊，并匹配經營主體的組織模式，篩選出可行性方案。

中國馬鈴薯分為北方一作區、中原二作區、西南單雙季混作區和南方二作區四大種植區域[1]。經過長期深入調研，對四大主產區馬鈴薯產后貯藏技術環節和單項技術進行梳理，根據生產實踐，總結得到5類最具代表性的技術集成方案（表3）。

3.2 馬鈴薯產地貯藏技術集成的應用

方案1為農戶自用型混合式技術集成方案，該方案主要應用于小型農戶自用薯和種薯的貯藏，在地勢不平的西北山區和華北、西南丘陵地區較為常見。由于人工收獲作業效率低，馬鈴薯在收獲過程中，在田間攤晾時間較長，基本無需再進行預儲，直接在田間人工清選和分級后，由人力或農用車散運至貯藏地點，再由人工搬運至庫內貯藏。耗用勞動力多，但在以上環節基本無損失。貯藏設施通常為30 t以下的井窖、窯窖或小型自然通風庫，不通風的井窖和窯窖通常損失率在30%以上，在氣候濕熱的地區，管理不當易致整窖腐爛；管理較好的自然通風庫損失率基本維持在15%左右，貯期通常在120 d以內。該套方案中人工作業環節多、效率低、損失高、貯藏規模小，目前已不能適應現代農業發展需求，但由于現階段中國大部分馬鈴薯產區依舊分散種植，單戶種植面積小，生產的馬鈴薯僅供自用和留種，此集成技術方案的生產成本和技術要求極低，針對這些特定對象，尚有存在的合理性和必要性，短時間內還將繼續在產區發揮作用。

方案2為分散型商品薯產地貯運技術集成方案，適用于分散經營的商品薯種植合作社，在北方一作區、中原二作區較為常見，合作社社員自行生產馬鈴薯，經人工收獲、分級、包裝后，由農機車或機動車運輸至統一貯藏地點進行集中貯藏。貯藏設施主要以貯藏窖群和自然通風庫為主，建造結構主要為磚混結構，建造方式以半地下式和地下式為主，貯藏量在1 000 t以內，馬鈴薯貯期損失在8%～15%之間。貯期通常為90～120 d，一般年底或春節前即全部售出。主要特征是農戶自愿合作構建、共同集資購買新設備設施，可在一定程度上化解個體農戶與存儲成本之間的矛盾，使單個農戶也可應用較先進的貯藏技術及設施，并因此獲益。

方案3為集中型商品薯產地貯運技術集成方案，是目前中國馬鈴薯主產區較為先進的主要貯運模式，常見于集中度較高的種植合作社和家庭農場。該方案多使用分段式收獲機進行收獲，收獲后的馬鈴薯在田間進行晾曬，時間根據當地氣候和收獲時的天氣狀況，分別在4～36 h不等；分級通常和收獲預儲一起進行，仍以人工為主，少量簡易機械分級裝置用于該方案，一般以薯塊質量150 g為界，分為大薯、小薯和殘次薯3個等級。包裝以袋裝為主，僅有一些簡易工具輔助人工包裝。以上環節約有1%的損失，但單位時間處理量較純人工收獲有大幅提升。此集成方案常采用帶有保溫層的鋼結構機械通風庫，或配有強制通風裝備的磚砌貯藏窖進行貯藏，儲量通常在1 000～3 000 t左右，對貯期管理也有較高的要求，包括非貯期的庫體維護，貯期環境溫濕度監控及病害排查等，入庫品質較高的馬鈴薯損失率基本可控制在10%以下。貯期通常為90～120 d，至年底或春節前即售出。該方案主要應用于主產區大規模生產的專業種植合作社和家庭農場等經營主體，特別是在北方地區，由于馬鈴薯收獲期通常在20 d左右，常遇突然降溫降雪等天氣，對收獲到入貯的時間有較高要求，該方案產后處理成本較低、效率高、貯量大，可滿足產區大多數商品薯專業種植合作社的生產需求。

方案4為集中型商品薯和種薯產地貯藏技術集成方案，該方案由于機械化程度較高，對馬鈴薯的種植方式、品種及產區地貌等均有一定要求，目前只在內蒙中部平原地區和甘肅定西地區有部分實力雄厚的鮮薯收儲企業應用。主要通過聯合收獲機收獲馬鈴薯，并在田間空地或者專門場地完成預儲。在入庫或出庫前進行分級，通常配有半自動化的清選生產線。由于聯合收獲易造成馬鈴薯表皮損傷，因此貯期要嚴格監控馬鈴薯品質變化情況。在北方產區通常使用現代化的機械通風庫和恒溫庫，南方產區則需使用機械冷庫，并輔以恒溫恒濕技術和滅菌處理等輔助手段，以保證貯期馬鈴薯損失率低于10%。商品薯貯期通常為120～180 d，種薯貯期為180～240 d。此集成技術適用規模較大的合作社及企業，整個產后處理過程采用機械化，成本較高，但處理效率和貯藏效果可顯著提高，馬鈴薯貯期損失小、品質好、貯期長，可顯著提高收益。

方案5為規模化產地貯運技術集成方案，該方案的適用主體和區域與方案4基本相同，不同之處是通常采用標準箱式包裝或散貯方式，配有自動化分揀生產線。除馬鈴薯長徑比分級設備外，還有光學分揀機等裝備的應用，檢測難以識別的內外部缺陷，實現靈活可控的高精度分揀，并從源頭抑制馬鈴薯貯期病害的發生，實現產后大幅增值。貯藏環節通常使用專業設計的馬鈴薯貯藏庫，具備先進復雜的通風系統和智能計算機控制系統，可調節馬鈴薯貯期所需適宜的氣體成分，實現對馬鈴薯貯藏環境的精確控制。該方案作業全程機械化，在品質保持和節省人工方面有著巨大優勢，一般貯期可長達8個月甚至1年，適于種薯和高端商品薯的貯藏，通常只在實力雄厚的種業集團、薯制品精深加工企業等應用。

3.3 馬鈴薯產地貯藏技術集成方案推薦

中國馬鈴薯主產區目前仍以農戶自用、合作社分散經營和合作社集中經營為主，從經濟效果看，自用和分散型貯運模式表面看省去了部分現金投入，但產后損失較大，經濟性較差。同時，由于這兩種技術集成方案主體都以單一農戶為主，基本不具備示范效應，也不具備正向溢出效應，社會效益較差；而集中式具有合作性、規范性等眾多優點，不僅具有較好的經濟性，還具有良好的社會效益，對帶動當地馬鈴薯生產、物流、加工等上下游行業發展具有顯著效果。因此，根據現階段國情，今后5～10年中國馬鈴薯北方主產區仍以合作社集中型商品薯產地貯藏模式為主，應根據各類經營主體的不同生產規模，選擇集成技術方案3或方案4作為優先發展模式。

4 結論

本研究是現代農業產業工程體系中農產品產地加工與儲藏工程技術體系的重要組成部分[20]，可準確地反映中國馬鈴薯產地貯運工程技術全貌。通過對中國馬鈴薯四大主產區的深入調研，將中國馬鈴薯產地貯運技術及裝備進行了分類整理，采用線性分類法對縱向層次劃分，形成了收獲技術、輸送運輸技術、預處理技術和貯藏技術4個大類、并進一步展開分類得到8個中類和23個小類，明確地揭示了馬鈴薯產地貯運系統的結構與功能。此外，還對目前應用較廣或較先進的技術進行集成，形成了5項技術集成方案，并分別闡述了各項技術集成方案的應用區域和主體。下一步研究將建立技術模式評價指標體系，進行集成技術與組織模式之間的匹配、評價和優化，提出滿足新型經營主體特點及需求的產地一體化收儲運模式，為中國馬鈴薯產后減損增值及原料保障提供切實可行的技術方案。同時，也為中國馬鈴薯產業的政策法規制訂、科研戰略實施和產業結構調整提供參考，對當前和未來一段時期內中國馬鈴薯產業發展具有一定指導意義。

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