基于套種模式下毛蔥機械收獲裝備的研究及發展難點與對策

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.長春市農業機械研究院，吉林 長春 130062；2.農安縣哈拉海鎮綜合服務中心，吉林 農安 130200)

引言

毛蔥又名分蘗蔥頭、珠蔥等，是洋蔥的一個變種。屬于百合科蔥屬，是一種特色經濟作物，在東北地區非常受歡迎，可作為蔬菜，也可作為調味品[1]。近些年來，隨著農業產業結構的不斷調整，毛蔥作為高產經濟作物的地位日益突出，種植面積也逐年擴大。為了提高土地利用率，增加單位面積上的經濟效益，基于套種模式的毛蔥種植產業，將成為毛蔥高效栽培的發展方向。毛蔥機械化生產起步較晚，機械化水平較低，基本采用傳統人工方式作業，生產效率低、勞動強度大，經濟效益不能有效顯現。特別是毛蔥收獲環節，人工成本逐年上升，所以亟需加快推進毛蔥收獲環節的全程機械化。包括研制和推廣毛蔥收獲機械、莖葉破碎機械等。從而補齊毛蔥收獲機具短板弱項，穩步降低人工成本，促進農村經濟發展就成為當前的研究重點。

1 毛蔥收獲機研究現狀

毛蔥是以鱗莖進行繁殖，基部分蘗，形成數個或十多個小鱗莖簇生一起，須根呈弦線狀，著生于短縮莖盤的基部。由于毛蔥成熟時，部分蔥頭裸露在土壤表面，枯黃莖葉貼于壟上，收獲時難度高，作業強度大，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具相比，毛蔥收獲機起步較晚，針對毛蔥單品種收獲的機型較少，整個收獲機自動化程度較低，尚處于初級階段。與馬鈴薯收獲機類似，毛蔥收獲機具主要部件由挖掘裝置和振動篩分裝置構成，能實現毛蔥的挖掘、去土、平鋪等功能，后期還要進行人工的撿拾、莖葉切除、收集等工作，勞動強度高，人工費昂貴。聯合式毛蔥收獲機是未來發展的方向，能集合切莖，挖掘、篩土、輸送和自動收集等功能，整個過程自動化程度較高，能有效提高作業效率，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

山東德州一家農機企業研制出一款小型手扶式收獲機，適用于毛蔥、洋蔥等根莖作物，屬于分段式收獲機型。該收獲機重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工作。這種機型自帶動力，設計小巧輕便，操作簡單，能實現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

1.2 牽引式收獲機

牽引式收獲機是現在比較成熟的分段式毛蔥收獲機，該收獲機以拖拉機為動力，能實現毛蔥挖掘和篩土功能，與小型手扶式收獲機相比，大大提高工作效率，縮短了毛蔥采收期，降低了人的勞動強度，適合于大規模種植戶使用，見圖2。

1.3 農戶自制收獲機

由于種植模式、套種方式等農藝不同，市場上收獲機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，節省生產成本，這些蔥農自主設計和制造適用于自己生產的毛蔥收獲機。農戶參照根莖類作物收獲機的原理，根據種植經驗、毛蔥種植模式和機械技術等自主設計的毛蔥收獲機，雖然能滿足其套種模式的使用，但由于蔥農的農機專業水平不高，造成械故障率高、零部件強度不足、無故障工作時間短、工作效率低下等問題[2]，見圖3。

圖3 蔥農自主設計的毛蔥套種大豆收獲機

2 套種農藝

2.1 增產機理

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上，研究出一套科學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，在毛蔥生長中后期，同時在壟間栽培其他農作物的種植方式。該種植方式是根據毛蔥的生長習性，結合長期的種植經驗積累，利用毛蔥對光照反應不十分敏感，前期生長強勢，后期生長弱勢等特點，通過套種其他農作物如大豆、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分，錯開作物的生育期，在有限的土地上獲得最大的收益，具有很大的發展前景。

2.2 農藝流程

毛蔥套種種植模式，采用錯期播種，充分利用空間和時間，結合不斷實踐積累的種植經驗，形成一套科學合理的套種栽培農藝流程。在4月上旬左右，采用壟上雙行交替播種毛蔥，壟間套種的其他農作物，如套種葉菜，需在毛蔥種植1個月后播種，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，壟溝內機播大豆，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藝流程圖。

圖4 毛蔥套種大豆種植農藝流程圖

2.3 套種模式

中央一號文件提出實施大豆振興計劃，大力推進大豆和油料產能提升工程，多途徑恢復和擴大種植面積，對大豆生產者實施補貼。經過連續多年實地調研發現，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，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的條件下，在毛蔥每行壟溝都播種大豆。該模式優點是能提高單位土地的利用率，使大豆產量的最大化，直接從提高產量方面增加農民受益；缺點是所有毛蔥壟溝都播種大豆，毛蔥成熟時無法采用機械采收，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。該模式是依據現有毛蔥收獲機具設計的特點，形成的大豆種植模式，優點是毛蔥成熟時，在不損傷大豆苗的前提下，使用現有毛蔥收獲機具進行毛蔥采收，大大降低人工成本；缺點是單位土地的利用率無法最大化利用，大豆產量也會減少，直接影響農民收益。

綜合模式Ⅰ和Ⅱ來看，各有優劣勢，但是隨著毛蔥全程機械化程度越來越高，機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 收獲機的研究

為了響應吉林省政策，提高蔬菜生產能力，大力發展特色高產經濟作物，提高農民收入。2019年長春市農業機械研究院進入“三辣之鄉”農安縣哈拉海鎮進行實地考察調研，與種植大戶、合作社等農業經營主體交流探討，了解到農戶毛蔥種植遇到的難點和困境。種植戶反映毛蔥種植勞動強度大，人工成本逐年上升，造成經濟收入不升反降等問題，最終聚焦在發展毛蔥全程機械化才是解決蔥農難點與困境的根本途徑。在毛蔥各個生產環節中，毛蔥收獲環節占據的人工成本最高，勞動強度最大，是造成經濟收入下滑的主要原因。

2020年長春市農業機械研究院開始吸收、引進和轉化現有的毛蔥收獲機械類型，基于毛蔥套種大豆的種植模式，設計和研究出適合于套種大豆的毛蔥收獲機械，機具作業農藝要采用套種模式Ⅱ。該收獲機設計為雙壟收割毛蔥，要達到不傷毛蔥鱗莖，篩分機構的去土效果，也要不損傷大豆苗，解決了零部件強度不足、無故障工作時間短、工作效率低下等諸多問題。圖6為毛蔥套種大豆收獲機的研究與試驗。

圖6 毛蔥套種大豆收獲機的研究與試驗

3.2 莖葉破碎機械的研究

莖葉破碎一直是毛蔥收獲一個難點，由于毛蔥成熟時莖葉垂落，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，工作勞動強度大，造成人工成本高，每公頃的人工成本相當于一臺普通毛蔥收獲機器造價，這是導致種植戶種植毛蔥經濟效益不增反而下降的根本原因。長春市農業機械研究院在研制毛蔥收獲機的同時，也在研究與收獲機相配套的毛蔥莖葉破碎機械，通過試驗發現，該莖葉破碎機械對毛蔥莖葉處理效果不錯，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，還需要進一步優化改進。圖7為毛蔥莖葉破碎機械的研究與試驗。

圖7 毛蔥莖葉破碎機械的研究與試驗

3.3 經濟效益分析

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提升。大力發展和推廣毛蔥全程機械化，是解決人工成本的根本途徑。針對于毛蔥收獲機和毛蔥莖葉破碎機械的研發與應用，能提高收獲環節的工作效率，大幅降低人工成本，保證種植戶的經濟效益穩步增長。

表1 毛蔥收獲環節機械與人工成本

4 收獲裝備研究難點

4.1 種植模式不統一，規模偏小

毛蔥屬于東北地區的一種特色經濟作物，多為一家一戶的種植模式，小而分散的地塊不利于機械化操作。受本身種植特征、種植區域以及農戶種植方式的影響，毛蔥種植區域較為分散，沒有形成規模化、標準化種植，再加上沒有統一的種植模式，嚴重影響了收獲機具的適用性，影響了機具的推廣使用。

4.2 收獲機械不完善、不成熟

與玉米、大豆等糧食成熟收獲機械相比，毛蔥收獲機械剛剛起步不久，機具研發和示范推廣遠遠滯后。市場使用的收獲機具多為蔥農憑借多年的種植經驗自行研發的機具，制造水平粗糙，零件強度不夠，易發生機架易變形、斷裂開焊等故障。同時毛蔥收獲機械工作時存在蔥頭破損率高、作業適應性不強、可靠性差、機械性能低等問題，遠遠滿足不了實際需求。

4.3 收獲機械的投資效益低，配件通用性、互換性差

毛蔥收獲機作業通過拖拉機牽引來提供動力，毛蔥種植面積有限，收獲期短、收獲時間相對集中，機械作業量少，投資回報率低，造成農戶不愿意購買收獲機械。毛蔥收獲機械發展不完善、不成熟，機械配件沒有與統一的標準，造成配件的互換性差，導致機械維修困難，影響收獲機械的工作效率。

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，并且本身生長習性更適合在東北種植，在蔬菜類受眾度也不高。政府、農機部門一直把工作重點放在提高玉米、大豆等主要糧食作物生產機械化水平上，對經濟作物毛蔥機械化的認識程度不高，惠農政策和資金的傾斜力度不夠，引導、宣傳、推廣力度不足，沒有形成研發和推廣毛蔥收獲機械的良好氛圍。

5 收獲裝備發展對策

5.1 加速收獲機具關鍵技術研究

加強技術創新和機具研發力度，力爭盡快推出先進適用的毛蔥收獲機械。提升毛蔥機具的整體適應性，研究收獲機的動力學耗能特點，分析牽引動力和篩分動力的運動特征，通過改進結構和優化配置來提高機具的能效。針對毛蔥收獲挖掘機構進行力學和運動學仿真，探究挖掘鏟切割土壤運動形式，分析將土壤與毛蔥有效分離的最優力、角度和深度等，優化掘鏟結構、形狀和材料。注重機具的篩分機構的篩分質量，提高篩分機構的工作效率。

5.2 加深農機農藝的融合發展

加深農機農藝深度融合是解決毛蔥生產機械化技術難題有效途徑之一，需要農機裝備技術、農藝栽培技術等多學科的互相融合發展。加強農機農藝的融合，在充分考慮種植效益的基礎上，大力推行適宜機械作業的農藝模式，以提升機具的適應性為重要指標，規范毛蔥套種的農藝模式，組織引導農民統一作物品種、播期、種植密度、行距、施肥和植保等生產環節，實現區域化、統一化布局，為機械化作業創造條件。

5.3 加強示范引導和技術創新

建立示范基地和示范園區，引進示范新技術和新機具，展現新機具作業效果，展示機械化生產優勢，在示范區形成產業化和標準化發展模式，通過典型示范和輻射帶動效應，引導農民積極參與毛蔥機械化生產。充分發揮農民職業教育培訓機構作用，豐富培訓內容，培養出一批懂技術、能操作、會保養的機械化人才。加強科研機構及各相關部門等相互配合，建立多種合作模式，推動關鍵技術的創新，對毛蔥收獲機械化技術薄弱環節進行協同攻關，解決制約毛蔥收獲機械的技術難題。

5.4 加大政策扶持力度，建立聯合發展機制

充分發揮政策的導向作用，建立激勵機制，充分調動農機企業與科研機構研發新機具的積極性。專業技術人員要指導和幫助農民改進種植模式和農藝，政策上惠農資金安排對毛蔥機械化生產給予傾斜，要落實好農機購置補貼。建立聯合發展機制，搭建毛蔥從種植、收獲到深加工的產業鏈協同平臺，調動農業合作社、農民使用先進適用機具的積極性，充分應用現代農機技術儲備和先進的信息技術及制造技術，形成共同推進毛蔥收獲機械化發展的合力，使毛蔥收獲機械化更上一個新臺階。

6 總結與展望

毛蔥套種栽培是現代高效農業的種植農藝，尤其毛蔥套種大豆栽培技術，既能穩定毛蔥產量，又能恢復和擴大大豆種植面積，緩解油料產能提升的壓力。加快機具關鍵技術研究，提升毛蔥收獲機具的適應性，實行規范化種植，為機械作業創造條件，制定農機和農藝相結合的技術方案，為實行毛蔥機械化收獲奠定基礎。建立毛蔥套種農藝標準化種植示范園區，推行先進、性能可靠的毛蔥收獲機械裝備，通過典型示范和輻射帶動效應，促進毛蔥種植產業的可持續發展，推動特色農業向高產、優質、高效的現代化農業發展，形成基地化、規范化、標準化、產業化的機械化生產新模式。