荸薺機械化收獲技術研究進展

李旭，廖劍，王銳，盧澤民，杜錚，舒虹杰，羅友誼

（武漢市農業科學院農業機械化研究所，430345）

荸薺機械化收獲技術研究進展

李旭，廖劍，王銳，盧澤民，杜錚，舒虹杰，羅友誼

（武漢市農業科學院農業機械化研究所，430345）

系統分析了當前我國荸薺的種植情況和收獲現狀，闡述了荸薺機械化收獲技術研究進展，比較分析了各種荸薺收獲機的特點，揭示了我國荸薺機械化收獲存在的問題，展望了我國荸薺機械化收獲技術的研究與發展趨勢。

荸薺；挖掘；采挖；收獲；機械化

荸薺又名馬蹄，既可作水果亦可作蔬菜，營養豐富且具有一定的藥用價值。荸薺有分株分蘗特性，平均每株基本苗分生成10個分株，每個分株結球5～6個，球莖主要集中在9～20 cm深的土層，且任意分布。荸薺最佳采收時節為冬至（12月21～23日）到小寒（1月5～6日），此時球莖皮色為紅褐色，含糖量最高，味最甜；早期采收的球莖，皮薄肉嫩味淡，不耐貯藏；晚期采收的球莖，含糖量減少，表皮增厚，皮色加深為黑褐色，表皮下長出一層黃衣，品質變差。我國荸薺栽培面積5萬hm2，其中廣西栽培面積最大，達2萬hm2，主要分布在廣西的賀州、荔浦等地；湖北團風縣、沙洋縣共0.33萬hm2[1]。

荸薺易種難收，目前荸薺收獲沒有適用機具，以傳統人工挖掘為主，方法有2種：一是在采收前1 d放掉田水，邊清理秸稈，邊用手扒掉上層（0～9 cm）泥土，然后扒出下層泥土，用手捏出球莖；二是在采收前10～15 d將荸薺種植田排水晾干，用鍬或叉挖取球莖。由于黏性土壤和荸薺的親和力大，不易實現分離，荸薺挖掘勞動強度大、效率低、收獲成本高（人工成本高達3萬元/hm2）[2]，且受氣候和人工不足的限制，延長了采收時間，降低了荸薺的商品價值[3]，以上這些因素嚴重制約了荸薺的集約化、規模化生產，農民迫切期盼能有荸薺收獲機代替人工作業。由于荸薺不是主要農作物，創造的經濟價值有限，對其研究相對也較少[4]，2009年才見荸薺機械化收獲技術的文獻報道。本文系統地對我國荸薺的機械化收獲技術進行了分析，擬為荸薺機械化收獲技術的進一步深入研究提供參考。

1 荸薺機械化收獲技術研究現狀

1.1 通用成熟機械收獲荸薺研究

為探索黏性土壤荸薺機械化采收模式，黃寧等[5]用小型馬鈴薯收獲機、小型耕田機和蓮藕挖掘機分別采收荸薺，但小型馬鈴薯收獲機采收荸薺時，挖掘部件入土困難，機具出現打滑現象，且土塊和荸薺分離困難；小型耕田機采收荸薺時，荸薺損傷大，機具易打滑，并要求及時撿拾，否則影響機器下一行程的作業；蓮藕挖掘機采收荸薺時，大部分荸薺田塊田埂高度無法滿足蓄水高度要求，漏失率高，且采收的荸薺不宜長時間保存。

1.2 不分層式荸薺機械化收獲技術研究

為解決荸薺的機械化收獲問題，解放勞動力，一些科研院所和企業研制出了不分層式荸薺收獲機械。2011年焦忠等[6]設計出一種由手扶拖拉機、犁地裝置、傳動裝置、旋切破碎裝置和尾輪裝置組成的荸薺挖掘機，2013年唐仲華等[7]發明了一種包括支架、犁地機構和傳輸篩機構的荸薺收獲機，這2種荸薺收獲機的挖掘部件均為犁體，而犁體適合于收獲壟作栽培，且球莖比較集中的場合[8]，在收獲荸薺時，機具行進過程中，犁壁切割荸薺集中層，荸薺損傷率較高。

陜西科技大學陳海峰等[9]設計了一種利用振動原理使土壤液化后進行荸薺收獲的荸薺采收船，船體中部安裝可以振動與旋轉的采收滾筒，并對其挖掘部件和振動系統展開了一系列研究[10～14]，該荸薺采收船在工作過程中，挖掘部件旋轉切割荸薺集中層，荸薺損傷率較高；丁年生[15，16]研發了2種由高壓噴水管、鏟刀等組成的馬蹄收獲機；東北大學秦皇島分校郭獻章等[17]設計開發了一種由液壓式履帶機車、挖掘輸送裝置、振動篩、泥漿泵清洗裝置、轉籠高壓氣泵風干裝置等組成的聯合型荸薺采收機；華中農業大學夏俊芳等[18]研制了一種由挖掘鏟、推送裝置、清洗分離裝置和抽水裝置等組成的水田荸薺采收機；江蘇馬鎖才等[19]試制了一種由履帶機身、除草機構、采集機構和篩選機構等組成的大型馬蹄收獲機，其在采集過程中通過高壓水槍使土壤和荸薺進行分離，從而保證馬蹄的完整性。這幾種荸薺收獲機收獲過程中，均需用水沖洗荸薺，在實際應用中，一是大部分荸薺種植田無法滿足機具作業水深要求；二是經水沖洗后的荸薺無法長時間保存，因此存在一定的局限性。

安徽農業科學院農業工程研究所的王川等[20]提出采用農機與農藝相結合的模式，在荸薺種植過程中引入秸稈，以改善荸薺栽培土壤的品質，減輕荸薺在生長過程中深鉆的發生幾率，并開發生產了一種由機架、挖掘裝置、傳輸和分離裝置、清洗、收集等部分組成的升運鏈式荸薺收獲機，機器生產率較高，損失率、傷實率、含雜率低，性能較好[21]，但該農機與農藝結合模式尚處在探索階段，沒有廣泛推廣應用。

1.3 分層式荸薺機械化收獲技術研究

2009年周曉明[22]發明了一種由排泥裝置、荸薺挖掘裝置分層進行收獲的荸薺挖掘機，排泥裝置和挖掘裝置平行傾斜固定在機動車的前端，其排泥裝置為螺旋輸送機構，將上層根莖和泥土從機具側面排出，其挖掘裝置鏟起荸薺集中層，在滾軸的推動下進入帶式輸送機，但該挖掘機的行走裝置為輪式機動車，在高濕黏重土壤的荸薺田作業時，牽引附著性能差，易打滑，同時還存在荸薺與泥土分離困難和莖稈纏繞等問題。丁年生[23，24]2013年設計出的荸薺收獲機，其耕翻裝置為帶齒的旋轉部件，該機具挖掘部件運動過程中旋轉切割荸薺集中層，荸薺損傷率較高。高峰等[25]開發出一種由旋耕機、犁體和可伸縮滾筒等組成的荸薺收獲機，其旋耕機打碎上層無荸薺的泥土，犁體鏟起荸薺集中層進入滾筒實現荸薺和泥土分離，但犁體隨機具行進過程中，犁壁切割荸薺集中層，荸薺損傷率亦較高。唐仲華等[26]于2015年公開了一種荸薺收獲設備，其包括履帶機體、鏟土機構和篩網支架，其鏟土機構前端上部設置旋耕刀，能打松上層土，為鏟土機構減輕作業強度；同時他們還公布了1種雙層鏟兩級篩分型荸薺收獲機[27]，其上鏟土板將上層泥土鏟到機具側邊，減輕后續作業強度，下鏟土板鏟起荸薺集中層，經輸送機構輸送到篩分機構，該機具收獲前要曬田至泥土含水量低于20%，并將荸薺的莖部割平地面，且上鏟土板運動過程中可能存在壅土堵塞問題。周曉明[28]2015年設計出一種包括履帶機車、挖掘裝置、排泥裝置的履帶式荸薺挖掘機，其排泥裝置將上層泥土排到機具側邊，其荸薺集中層挖掘裝置的鏟爪上開有出水孔，水從出水口噴出沖刷荸薺集中層，實現荸薺與泥土的分離，而荸薺經水沖刷后不能長時間保存。周曉明[29]又于2016年公布了一種由履帶式行走機構、挖掘裝置和輸送機構等組成的分層式荸薺挖掘機，其上層泥土和下層球莖被分層挖掘提升后從駕駛位下方輸送至機具后方，大限度地增加了荸薺集中層翻轉分離面積，使球莖和泥土有效分離，并能保證采收后的田地平整。此外，蓋國安等[30，31]、吳紅順[32]、張 雅靜等[33，34]也對 分層式荸薺收獲機械提出了一些設計思路和方案。

2 制約荸薺機械化研究進程的原因

美國在1930年開始引進試種荸薺，試種至今的80多a里，由于缺乏合適的荸薺采收機械，荸薺在美國的種植面積并沒有大幅增加[35]。雖然我國2009年已經開始有企業和科研機構進行荸薺機械化收獲的探索和研究，但七八年過去，市場上仍然沒有適于荸薺收獲的定型機具進入實際生產應用。究其原因，主要有以下幾個方面：

①由于黏土與荸薺親和力大，荸薺被黏性土壤緊密包裹，致使荸薺與土壤的分離比較困難。

②荸薺分株分蘗生長的特性，使得荸薺在9～20 cm深的土層任意分布，加之其較脆易破損，非常不利于機械化作業，現有的用于成行成排的后置式根莖類挖掘收獲機械均難沿用。

③企業直接經營比重低，以散戶種植為主，種植規模較小，使得大型機械難以施展。

④荸薺主要集中分布在9～20 cm深的土層，挖掘工作量大，挖掘阻力大，機具易打滑。

3 荸薺機械化收獲技術展望

荸薺集中層的挖掘、球莖與泥土的分離是荸薺機械化收獲過程中的2個關鍵環節，目前，我國對于荸薺機械化收獲技術的研究還處于發明專利和實用新型專利的申請層面，除陜西科技大學的荸薺采收船有進一步的理論研究外，鮮見荸薺收獲機械的理論及試驗研究，因此，加強對荸薺機械化收獲技術的理論及試驗研究具有重要的現實意義。

當前，我國荸薺機械化收獲技術的研究趨勢主要在于：①為降低荸薺破損率，荸薺收獲機應朝前置式發展，即收獲裝置在前，行走機構在后，且下層挖掘部件工作過程中不宜穿越切割荸薺集中層，行走機構優選履帶底盤。

②為減少挖掘阻力，一是在收獲前1 d放干田水，第2天收獲；二是采用分層收獲，上層挖掘鏟鏟除0～9 cm的泥土根莖，下層鏟起9～20 cm的荸薺集中層，以減少挖掘阻力，并減輕后續球莖和泥土的分離工作量；三是重點開展荸薺集中層挖掘部件的減阻研究。

③在荸薺集中層鏟起后的球莖和泥土分離環節，應慢輸送、快振動，利用振動原理使土壤液化，實現荸薺與泥土的有效分離。

④探索農機農藝結合的新模式，改變荸薺栽培方式，開溝制壟種植，改良土壤，降低泥土黏性，并減少荸薺在生長過程中深鉆的發生幾率，提升荸薺生長層，為后期機械化收獲提供便利。

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[23]丁年生．一種一體化馬蹄收獲機：CN201310323257.6[P]．

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[27]唐仲華，高峰，高巧明，等．荸薺的收獲方法及設備：CN 201510384057.0[P]．2015-07-03．

[28]周曉明．一種履帶式荸薺挖掘機：CN201510369687.0[P]．2015-06-30．

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[32]吳紅順．全自動荸薺挖掘機：CN201420314478.7[P]．2014-06-13．

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Research Progress in Mechanized Harvesting Technology of Water Chestnut

LIXu,LIAO Jian,WANG Rui,LU Zemin,DU Zheng,SHU Hongjie,LUO Youyi
(Wuhan Academy of Agricultural Sciences,Institute of Agricultural Mechanization,430345)

In this paper,planting condition and harvesting status of water chestnut in China were analyzed,and the research progress of water chestnut mechanized harvesting technology was expounded.The characteristics of various water chestnut harvester were compared and analyzed which revealed the problems of mechanized harvesting of water chestnut and forecasted the harvesting technology research and development trends of water chestnut in China.

Water chestnut;Excavate;Digging;Harvesting;Mechanization

S645.3

A

1001-3547（2017）18-0077-04

10.3865/j.issn.1001-3547.2017.18.022

李旭（1985-），女，碩士，助理工程師，主要從事現代農業裝備設計研究，電話：13638670392，E-mail：lx@whiam.cn

2017-08-11