生態環境條件下食用菌機械低碳化可行性分析*

張 靜

（寧德師范學院，福建 寧德 352000）

近年來，食用菌產業已經成為了我國農業發展的重要組成部分，屬于國家重點支持和發展的朝陽產業。在一些地區，食用菌的栽培和加工，已經成為了農民脫貧增收的重要手段。但由于條件的限制，一方面，在食用菌的栽培和加工等環節，自動化生產和機械化加工的水平還很低，手工操作還占有相當大的比例，這與我國食用菌產業大國的地位并不相符；另一方面，隨著食用菌產能的擴大，整個產業的格局也在不斷發生變化，隨著國家對環境保護和生態建設方面的管控越來越嚴格，食用菌生產加工過程中的環境保護問題也越來越突出[1]。如何使食用菌整個產業在這一歷史轉型的時期跟上國家發展的腳步，踐行綠色發展、低碳環保的發展理念，用先進的自動化、機械化生產技術和設備來提升工作效率，是關系到新農村經濟發展和可持續發展重大問題[2]。

1 我國食用菌機械低碳化的現狀

目前，我國食用菌機械設備的專業生產企業有上百家，如位于“中國香菇之鄉”隨州市的隆興食用菌機械設備有限公司、湖北菇人自動化機械有限公司、內黃縣昌興生物機械設備有限公司等。這些食用菌機械設備的生產廠家，都致力于食用菌機械加工設備的自動化、智能化產品的研發，具有自主產權的高水平、智能化的食用菌機械設備產品已被廣泛應用，涵蓋了食用菌的栽培、加工、拌料、裝袋、扎口、滅菌、接種、烘干等成套自動化生產設備。這些先進設備和生產線，具有生產效率高、能耗小、低碳環保等特點，許多設備還加入了AI 人工智能等最新的智能化技術，以滿足食用菌工廠化栽培、加工和生產的要求，是新一代食用菌機械設備的代表[3-4]。

工廠化生產也體現了食用菌機械化發展的最新成果，如圖1。

圖1 所示為“灰樹花”工廠化栽培。自動化作業、機電一體化的控制系統可以實現食用菌的復種指數、產品的標準化和規模化生產。相比傳統的農戶家庭式生產，生產效率和產品品質都有了極大的提升。更重要的是，食用菌工廠化的生產可以降低能源消耗，以最小的成本獲得最大效益，智能化的溫度、濕度控制、LED 光源的使用等都體現了現代農業節水、節電的低碳環保理念。同時，立體栽培、全自動流水線的工廠化生產，從整體上節約了土地占用率，降低了社會資源的占有率，標準化的食用菌產品更代表了綠色、有機環保的生態農產品。

1.1 食用菌機械低碳化的意義

食用菌生產加工過程的機械化和自動化，也是踐行低碳環保發展理念，降低食用菌的栽培和加工等各個環節的生產成本、減少能耗，從而響應國家節能環保生態發展的號召；用先進的機械化流水線代替人工，用先進的制造工藝實現食用菌機械自身的低碳化、環保化設計，從而減少社會資源浪費、降低企業成本和原材料投入，這也是一種低碳環保發展的具體體現[5]。

食用菌產業本身就帶有一定的生態環保性，食用菌作為一種微生物起主導作用的生產方式，與其它動植物很容易形成一個和諧共存的生態循環，食用菌利用廢棄的秸稈、木屑作為生產菌棒的主要材料，降低了這些廢物焚燒帶來的空氣污染；豬、牛、羊等牲畜的糞便是食用菌良好的生長營養來源；而食用菌生長通過微生物分解出的菌糠和菌蛋白，成為了牲畜的飼料和農作物的肥料。在這一過程中食用菌充當了農業循環經濟中的關鍵環節，對生態發展和農業可持續發展起到了積極的作用。

1.2 食用菌綠色產品為機械企業帶來環境和經濟效益

食用菌產品是一個綠色環保的產品，而帶有綠色、生態、有機、環保等字樣的產品，在市場競爭中可以獲得更多的優勢。由于食用菌產品在加工生產過程中要符合綠色產品的生產理念，因此會在相應的加工生產機械上提出低碳化的要求，而機械產品生產企業也需要滿足用戶要求，在零部件、機構、動力輸出等各個環節，采用低碳化設計方案，減少能源消耗，提高機械生產中的污染防治和能源利用率，進而取得產品成本領先優勢，這種優勢集中體現在企業環境保護方面的領先。事實上，適當的環境管制和產品設計，有利于促進企業經濟創新，提高資源生產力，從而能提高企業的生產效率和競爭力。同時，在國家大力加強環境保護力度的大環境下，也可以有效降低企業可能受到的環境保護的懲罰，樹立良好的企業社會形象。

借助食用菌機械化生產中的綠色產品打造，主動從戰略上加強機械產品的生態環保設計，是一種主動的環境戰略。通過環境管理，企業能減少能耗，節約資源，降低成本，減少污染物排放的相關稅費和罰款費用，消除綠色貿易壁壘，拓展國際市場，得到相關方的支持，取得財政收益，提高企業管理水平等等，最終轉化為企業的經濟效益[6-7]。

食用菌機械生產企業通過持續創新、學習等活動加強企業的科技實力。可以采用生態設計、清潔生產、環保投資預算等措施，保障產品成本在可控的范圍內。需要指出的是，企業的環境收益往往有一定的滯后性，在企業環境成本發生的初期所取得的環境收益可能少于支出，但是環境成本投入必將對企業的長遠經濟效益產生重大的影響。企業在進行環境成本投資決策、控制和分析考核時，不能只關注短期經濟效益，還要看長期的經濟效益與環保效果，從而最終形成企業環境效益和經濟效益共贏的發展格局。

2 食用菌機械低碳化設計開發

2.1 采用先進的機械設計開發工具，設計開發綠色環保機械設備

機械設計的優劣直接決定了機械的性能和產品質量。在國家向著低碳節約、綠色環保型經濟社會發展的今天，機械設計領域也需要跟上綠色環保的發展步伐，在設計階段就踐行綠色產品設計的理念，采用先進的計算機技術模擬仿真和系統分析技術進行設計，以節約開發成本、將低碳設計理念貫穿到食用菌設計領域。目前最流行的先進機械工程設計軟件有Autodesk Mold Flow Adviser、Auto CAD、Solid Works 等，它們一般都能夠提供整套機械設計方案，并在加工制造前對設計方案進行模擬評估以及優化處理，減少潛在的設計失誤，縮短產品的開發周期，降低開發成本。如Solid Works 可以進行裝配設計，參照已有的零件生成新的零件，不論設計用“自頂而下”方法還是“自底而上”的方法進行裝配設計。

這種設計開發工具，可以大大提高機械零件的重復利用率，為客戶提供了處理復雜零件和復雜制造循環的能力。在食用菌機械設計階段就體現出了綠色產品設計的理念，即產品應具有節能環保、易回收、可重復利用等性質，從機械零件設計的重復設計和循環設計方式來說，就是對最終產品的一種再次利用，其它工業設計的機械零件，在食用菌專用設備制造時，可以加以利用；對更新換代的機械零件或者已經廢舊零件的再設計、回收，體現了一種社會資源的再利用和再分配，節約了整個社會的資源和能源成本，體現了低碳環保的設計理念。

2.2 選擇低碳材料降低能耗

在食用菌機械低碳化設計中，采用低碳材料進行設備制造是一種有效的方法，即采用一些可再生材料和無公害的材料來實現節能減排的目的。如在食用菌機械上采用的照明材料，可以選擇使用LED燈等節能照明材料，或者可以通過導光管將室外陽光引入室內為機械生產線進行照明，見圖2。

如圖2 所示，為日光導光管照明系統。在食用菌包裝機械中，使用可降解塑料等包裝材料，這些都是典型的低碳、環保材料，當完成其產品包裝功能后，還可以重復利用在其它地方，即使最后拋棄不用，也可以自然降解，這些自然環保的材料，都不會對環境造成二次污染。

2.3 環保設計為循環利用創造條件

對食用菌機械開展綠色環保型設計，是一個對社會資源進行再利用的過程。需要在食用菌機械的設計中，不斷改革創新，體現綠色環保的設計理念。食用菌機械的設計本身也正在逐步體現這一理念，如食用菌粉碎機械，可以將樹枝、樹葉、木板、木片、下腳料、邊角料、廢舊木材、廢舊木質家具、竹子、秸稈、玉米芯、玉米稈等進行粉碎加工，一次性解決這些廢料、綠化垃圾等的處理難題，而且還杜絕了這些垃圾在處理過程中所造成的污染。其最終的產品木屑不僅僅是食用菌菌棒等的原材料，也可以發酵后當作肥料來使用。粉碎機械本身自帶環保功能，這此基礎上，還可以對其進行設計改進，進一步體現節能環保的功能。如可以通過加裝輪胎，讓粉碎機具備移動作業的能力，一些小型的粉碎機就可使用人力拖動，不再需要借用吊車等車輛來進行移動，從而節約能耗；同時，這種加裝的輪胎采用一種分體式設計，設計可拆卸式連接裝置，當粉碎機報廢不能使用時，這個輪胎移動裝置還可以用于其它機械設備的作業移動，從而達到可回收重復利用的功能。

從綠色機械設計的角度來說，一次性設計的產品是不可取的，因為它沒有考慮機械設備的長期使用和報廢問題，綠色設計應考慮產品的前期制造、使用一直到最后的設備報廢、回收和重用等全過程的處置方案，克服傳統設計的不足，使食用菌機械產品都具有可回收、可拆卸、可重用的循環利用價值。

一般食用菌生產線包括了前期的菌種生產、食用菌瓶栽、袋栽、光照、凈化生產等設備；中期的生產加工滅菌、制冷、加熱設備以及后期的包裝和運輸設備等。這些設備的模塊化設計理念主要體現在以下方面。

各生產線上的設備及部件應盡可能通用，采用小的模塊化設計零部件進行簡單組裝，適合不同食用菌加工生產線的設備需求。如此一方面節約了設計生產成本，另一方面給機械裝配和施工帶來便捷。

模塊設計時要盡量多考慮未來生產線升級和發展趨勢，提高模塊的兼容性和適應性，支持未來的產品升級和更新換代，延長每個模塊的生命周期。

要考慮整個生產線設備備件和易損件的通用性、可替換性和易得性，盡量少用非標準零件，使用通用型號、統一公差標準等；在維修設備時也盡量使用拆機零件和可替代配件。

3 食用菌機械生產環境的低碳化改造

食用菌機械生產環境也是影響能源消耗的重要因素，在食用菌機械加工生產時，會有不同溫度、濕度的要求，一方面是為了保證食用菌產品的衛生安全，另外還有整個機械生產線的低能耗、低成本運行的問題。這些都可以通過機械生產環境的低碳化改造來解決。例如食用菌生產廠房的建筑材料低碳化。可以采用環保外墻保溫材料，一方面可以給食用菌一個良好的生長溫濕度；另一方面，也為機械生產線的正常運行創造了適宜的外部環境；采用廠房屋頂蓄水，夏季就可以利用蒸發帶走多余熱量，降低太陽輻射熱，有效吸收機械設備運行產生的熱能；或者通過廠房的立體綠植改造，以綠化植物覆蓋建筑物表面，這些綠色植物可以起到節能保溫、降溫、防水等功能，有效降低廠房建筑能耗和溫室氣體排放量；廠房門窗采用復合材料節能窗、中空玻璃窗等來降低噪音和光源污染、低碳保溫隔熱，合理調整廠房生產區的氣密性。這些措施都可以有效改善機械生產線及廠房周邊的小氣候環境，達到節能減排的目的。

對于一些食用菌烘干、滅菌和冷卻等機械設備，需要有額外的熱量來源，如何減少額外的能耗即是低碳環保的要求，也是企業節約成本的關鍵。可以根據當地的條件，在有地熱資源的地區采集地下水等熱能供熱；在降雨比較多的地區收集雨水綜合利用為設備供水、在水資源匱乏的地區為機械設備設計污水可回收裝置和節水設備；在陽光照射充足的地方使用光伏、太陽能發電；在風口地區建立風力發電設備，減少機械設備的能源消耗、節約水電資源，而且這些能源都是因地制宜設計的清潔能源，是一種典型的低碳環保的能量來源。

4 結論

通過分析當前食用菌機械低碳化的現狀的基礎上，從食用菌機械低碳化設計開發、低碳化改造論述了其可行性。提出食用菌機械的低碳化對生態環境和經濟效益都具有重要的意義，對生態環境和農業可持續發展起到了積極的作用。食用菌機械行業應響應國家節能減排的號召，減少能源和資源消耗；采用低碳材料和先進的設計理念，設計開發綠色環保機械設備；加強食用菌機械零部件回收、循環再利用；對食用菌機械生產環境進行低碳化改造、降低機械的噪音污染。只有多管齊下，才能真正實現我國食用菌機械的低碳化可持續發展。