榨菜收獲裝備研究現狀與展望*

俞國紅，鄭航，薛向磊，楊槐均

(1. 浙江省農業科學院農業裝備研究所，杭州市，310021；2. 浙江省紹興市新昌縣農業機械管理站，浙江新昌，312500)

0 引言

榨菜為我國特有的蔬菜種類，種植范圍包括重慶、浙江、江蘇、福建等地，是主要的農業經濟作物之一，每年實現外匯收入數萬億美元，我國目前榨菜產量達到400萬t，經濟效益200億元[1-2]。重慶市榨菜種植面積達91.5 khm2，約占全國種植面積1/2，僅涪陵地區就有近48 khm2，榨菜是重慶涪陵農村支柱產業和當地農民的主要經濟來源，已形成了全形榨菜、方便榨菜、出口榨菜三大系列100多個產品品種，產品銷往全國各大中城市及縣鄉市場，2018年的產值已達到了102億元[3-4]。目前榨菜出口日本、東南亞及有華人居住的世界各國，與歐洲的酸黃瓜、德國的甜酸甘藍成為世界三大名腌菜，也是中國對外出口的三大名菜[5]。

目前，我國蔬菜機械化水平已進入快速發展階段，其中莖葉類蔬菜(小白菜、甘藍、蘆蒿、芹菜、莧菜、菠菜、空心菜)收獲技術達到國際先進水平，而榨菜機械化收獲研究基本處于起步階段，其收獲過程完全依靠人工，具有勞動強度大(作業包括彎腰、側搬、砍莖、起身、削莖、去葉、裝框、搬運)，收獲效率低、作業成本高等缺點，隨著農村勞動力出現斷崖式缺乏和人力成本持續上漲，收獲已成為制約榨菜產業可持續發展的關鍵環節。因此，基于國內外蔬菜機械化收獲的研究基礎研發出結構參數合理，滿足我國榨菜種植特點和收獲要求的榨菜機械收獲裝備迫在眉睫。本文分析了現有榨菜收獲機械的研究現狀，提出了存在問題和收獲關鍵技術難點以及今后榨菜機械化收獲的研究方向，旨在為我國榨菜收獲機械的進一步發展提供借鑒和參考。

1 榨菜種植農藝以及收獲要求

1.1 榨菜種植農藝要求

榨菜屬于十字花科的莖用芥菜，又名莖瘤芥，其莖可分為縮短莖和膨大莖兩段(圖1)，膨大莖又可稱為莖瘤，以其膨大的莖供食[6]。榨菜一般采用露地栽培，重慶、四川、浙江等榨菜主產地于每年的10月開始種植，主要有直播和育苗移栽兩種方式。目前全國還沒有統一標準的種植，西南產出榨菜種植行距30 cm，株距30 cm，平均每公頃種植90 000株左右，浙江產出榨菜種植行距25 cm，株距17 cm，平均每公頃種植225 000 株左右[7]，一般當榨菜50%植株抽苔時開始采收，榨菜整個收獲周期約半個月，在每年2月底—4月初內完成[8]。

圖1 榨菜及各部位

1.2 榨菜收獲要求

榨菜收獲作為榨菜產業機械化率最低的環節，具有農藝要求高、作業難度大、收獲周期短的特點一旦錯過收獲期菜頭就容易空心，影響品質和銷售價格。采收后的菜頭2/3以上用于腌制制作榨菜，因此收獲要求包括[9]：(1)收獲過程中需去除縮短莖、根部以及纓葉，保持莖瘤完整；(2)收后的青菜頭外表皮破損面積不得超過菜頭面積的15%；(3)收獲后青菜頭應盡量較少粘土，不得水洗；(4)收獲后菜頭需要及時運輸、妥善儲存以便及時用于加工。

2 國內榨菜收獲裝備發展現狀

榨菜是我國特有的農產品，受種植區域限制，國外針對榨菜機械化收獲技術研究較少，有關榨菜機械化收獲裝備的研究鮮見有報道，針對與榨菜外形類似的蔬菜(如甘藍、圓白菜等)機械化收獲技術已趨于成熟。鑒于國外缺乏榨菜物理特性及相應的田間試驗研究，類似作物收獲機械不可直接應用于榨菜收獲。因而，榨菜收獲機械化發展水平基本以國內為準。國內近年來對于榨菜收獲機的研究從未間斷，一些大學、科研機構和農業科技公司都嘗試研發出適用于榨菜收割的相關設備[10-13]。2013年寧波市某公司研發了聯合榨菜收獲機[14](樣機如圖2所示)，該機由全喂入履帶收割機底盤改裝而成，能一次性實現榨菜拔取、除泥、切葉、分離、輸送和收集等功能。工作時，位于收割裝置下端的松土鏟將榨菜根部泥土鏟松，隨后由夾持機構將榨菜莖葉夾持拔取，拔起后榨菜頭在輸送的過程中由雙圓盤切割刀將菜葉及根部切除，切下的菜葉及根部掉落在土壤中，隨后除雜裝置對含有少量葉柄和泥土進行清理，通過輸送裝置將清理完成的榨菜頭運送到集裝箱中，即完成了整個榨菜收獲過程，但由于損失和破碎的關鍵技術未得到有效改善，僅處于樣機試制階段，尚未實現產業化推廣與應用。

圖2 榨菜聯合收割機

西南大學葉進等針對重慶涪陵榨菜種植特有的丘陵山區地貌，設計一種小型手扶式榨菜收獲機[18]，如圖3所示，該機具有扶葉、夾持拔取、輸送、切葉等功能。作業時，由扶葉器將散開的葉直立扶正，并通過一定的張角將莖葉逐漸聚攏送至拔取機構，拔取機構的夾持條和傳送帶將榨菜葉夾持、拔取菜頭，并沿夾持輸送帶方向運動，在夾持拔取的同時，榨菜根部由安裝在夾持機構下方的切根裝置切除，切根后的菜頭和纓葉在夾持運輸過程中進行切纓操作，切纓后的榨菜頭最終掉落在收集箱中。經過田間試驗發現該設備能夠適應丘陵山區，初步實現榨菜機械化收獲，但榨菜根部與土壤作用力較大，使得夾持拔取機構很難將榨菜頭從土壤中拔取，導致榨菜收凈率較低；另外該機器沒有對行功能，容易發生菜葉夾持失敗，仍需進一步改進設計。

圖3 手扶式榨菜收獲機

農業農村部南京農業機械化研究所肖宏儒等[16]對手扶式榨菜收獲裝置進行了結構改善及試驗。針對榨菜收獲難題，在現有研究基礎上設計了一種4行榨菜聯合收獲機。如圖4所示，該設備主要由夾葉輸送總成、圓盤切根裝置、切根高度獨立仿形系統、割臺高度調節裝置、切葉裝置、除葉總成、收集裝置等組成，可一次完成青菜頭的切根、輸送、去葉除雜、裝箱等作業。經過田間試驗表明該設備機具性能穩定，作業順暢，初步實現榨菜機械化收獲要求，通過試驗表明：榨菜損失率9.96%，破損率19.37%，清潔率 90.04%。但由于種植土地不平整，榨菜莖根結合部位離地面高度不一致，當切割部位過高時，榨菜收獲損失嚴重，切割部位過低時，高速旋轉的切割刀具容易進入土壤中，造成刀具磨損，嚴重影響使用壽命。

圖4 手扶自走式榨菜收獲機

重慶市農科院龐有倫等[17]針對青菜頭的生物特性和農藝要求，設計一種具有地面仿形和柔性夾持功能的小型青菜頭收獲機。該機械包括柔性夾持裝置、往返切割裝置、提升運輸裝置以及履帶行走底盤等裝置組成。作業時，將對行性差的榨菜聚攏至拔禾爪內側，榨菜進入夾持機構，由往復切根裝置完成榨菜根部切除，隨后榨菜被輸送到提升運輸裝置，再經提升裝置運輸至出料槽。田間試驗結果表明：切割成功率為89.5%，青菜頭損傷率為10.8%。由于土壤粘性大，切割刀表面容易形成壅土堵塞，影響收獲作業，機器實際工作效率較低。

綜上所述，現有榨菜聯合收獲機關鍵技術尚未得到改善，對菜頭損傷率較高，目前仍處于樣機試制階段；小型手扶式榨菜收獲機收凈率較低，夾持菜頭容易失敗，使用效率不高；菜頭根部切割裝置關鍵部件使用壽命低。

3 存在問題

通過分析現有的榨菜收獲裝備，我國榨菜收獲機械化、自動化技術的研究及技術水平尚未完全成熟，榨菜機械化收獲技術的研究和執行機構的設計還存在以下問題，制約其在我國的實際應用及推廣。

1) 農藝與農機難融合。榨菜的機械化收獲對農藝要求較高，榨菜種植規范未形成標準，菜頭頂葉茂盛，不利于機械實現自動對行、夾持；榨菜主產區的生產耕地多不平整，有些丘陵地區甚至無法實現耕地作業；榨菜種植區多為丘陵山區小塊地形，分布廣且分散，普遍存在機械田間作業空間少，運行和轉彎困難等問題，這給榨菜收獲機械對地形的適應能力提出了更高的要求。

2) 根部切割難度較大，菜頭損傷嚴重。由于榨菜頭的瘤狀莖底部貼近土表，部分甚至略陷于土表，割刀很難對準榨菜根部合理的切割位置，割刀過高導致莖瘤損失較大，位置過低則需要割刀進入土表以下，導致切割阻力巨增，容易使刀片磨損，同時造成割刀表面壅土堵塞和重復切割的現象，進而導致菜頭損傷嚴重，收獲效果差。

3) 現有榨菜收獲技術仍不成熟。國內外現有的蔬菜類收獲技術大都采用松土、拔取、根莖分離等方式進行機械化收獲，而我國西南地區榨菜種植土壤水分高、粘性大，榨菜根部與土壤間的作用力大，菜頭須根發達而莖葉脆弱易斷，傳統的先拔取后切根收獲方式容易造成菜頭表皮的破損加快腐爛速度，同時也會影響整個的菜窯的風味品質，達不到人工收獲的作業質量。

4 發展建議

1) 加強農藝與農機的深度融合。農機與農藝相輔相成，標準化種植是榨菜機械化收獲實現的前提與保證，榨菜機械化收獲的效率、榨菜收獲后的品質與榨菜品種和栽培模式關系密切。按照機收要求確定整地規范、榨菜種植行距、株距以及種植密度，培育菜頭頂葉集中，菜葉均勻且菜頭根部較長作為宜機化品種，不斷加強農藝與農機融合研究，是實現榨菜機械化收獲的關鍵，同時收獲機可根據現實情況實現行距、株距微調，以適應不同地區的機收作業。

2) 分段實施榨菜機械化收獲作業。榨菜是我國特有的農產品，榨菜收獲與現有成熟機型的甘藍、胡蘿卜等蔬菜方式類似，但其物理特性相差甚遠，且我國榨菜種植地區地形地貌差異顯著，現有的榨菜收獲技術還未成熟，短時間內很難研發出可以投入實際生產應用的“多功能榨菜聯合收獲機”。為緩解目前榨菜收獲“無機可用”現狀，應將榨菜收獲作業分解成“切纓—切根—集條—收集”環節，重點突破丘陵山地地形仿形切根技術，分別研制各環節的配套機具或部分聯合作業機具，旨在緩解人工作業勞動強度大，作業效率低的困境，提高榨菜產業經濟效益。

3) 加大政府扶持，促進科技創新。我國榨菜種植多為丘陵山區，所使用的小型榨菜收獲機械存在研發難度較大、利潤低以及推廣難度大等因素，使得許多企業望而卻步。2021年中央一號文件明確指出：提高我國農機裝備自主研制能力，支持高端智能、丘陵山區農機裝備的研發制造，加大購置補貼力度，開展農機作業補貼。因此，政府應加強對適用于我國榨菜小型農機具的研究和使用的重視程度，積極引導農民按照適合機械化收獲調整種植結構，加大支持相關企業和科研院所研發適應于當地榨菜的收獲技術與裝備，強化創新驅動能力，加大新產品的推廣試用力度，促進我國榨菜收獲機具投入使用。

5 結論

榨菜的深加工已經全面實現了機械化，而榨菜的收獲目前還處于人工收獲階段，雖然榨菜機械化收獲技術進行了部分研究，并取得了一些階段性成果，但是總體還處于起步階段，現有的榨菜收獲裝備還存在不少問題，距離實際投入田間使用還有一定的差距。

隨著農村人口勞動力的斷崖式缺失和人力成本的持續升高，采用人工收獲榨菜必將限制整個榨菜產業的發展，榨菜生產迫切需要高效、實用的機械化收獲方式。通過農藝與農機的深度融合、分段開展榨菜機械化收獲環節的研究，提高收獲關鍵技術的創新能力，開發符合我國榨菜種植產業的榨菜收獲機械，對實現榨菜機械化收獲和促進產業可持續發展具有重大的意義。