具中國特色的雙孢蘑菇機械化生產之路的探討

王 鵬 馮翠英 姚太梅 劉 洋 忻龍祚＊ 南 潔 趙廣闊 高秀芳 劉 會

（1. 河北北方學院園藝系/河北省口蘑栽培技術創新中心/張家口市口蘑栽培技術創新中心，河北 張家口 075000；2. 懷來縣農業農村局農機中心，河北 張家口 075400；3. 易縣橋頭鄉農業綜合服務中心，河北 保定 074200；4. 易縣牛崗鄉農業綜合服務中心，河北 保定 074200；5. 張家口市萬全區農業技術推廣服務中心，河北 張家口 076250）

近十幾年來，我國食用菌產業飛速發展，先前小農經濟式的傳統分散栽培模式，逐漸被周年工廠化全自動遠程控制的立體栽培模式所取代，且品質和數量上超過了日本、韓國和我國臺灣地區[1]，工廠化生產已成為食用菌行業發展的重要方向。2010—2020年間，全國食用菌總產量持續平穩增長，工廠化率呈現震蕩上行走勢，由2010年的2.87%提高到2017年的6.90%、2020年的9.66%（圖1）。目前，我國雙孢蘑菇等食用菌生產中，以家庭作坊和中小微企業半機械化、半自動化生產形式為主的其他設施類型食用菌產量占75%以上。設施類型多樣，栽培模式五花八門[2]，亟待轉型升級。未來我國食用菌產業應以品牌和質量升級為重點，以過程自動化、品種多樣化、設施輕簡化、管理標準化、利用高值化等為內涵，走具有中國特色的菇業發展道路，實現我國食用菌強國之夢[3]。

圖1 2010—2020年食用菌全國總產量及工廠化率

1 我國雙孢蘑菇工廠化生產現狀

雙孢蘑菇（Agaricus bisporus）是歐美地區最常見和最廣泛食用的食用菌，占全球食用菌產量（3.4×107噸）的15%[4]。其人工栽培始于1650年法國路易十四時代，我國于20世紀30年代在上海、福州等市郊首次引進栽培[5]；1966年福建最早開始雙孢蘑菇的規模栽培；20世紀90年代后，我國雙孢蘑菇栽培進入快速發展期，自1999年以來產量一直穩居世界第一[6，7]。2010—2020年間，我國雙孢蘑菇總產量和工廠化率變幅極大（圖2）。其中，2019年總產量為231.4萬噸，占全球雙孢蘑菇總產量的50%左右，產品出口量占全球的65%左右[8]；2020年受各種因素影響，總產量降至202.21萬噸，較2019年下降12.6%[9]。雙孢蘑菇工廠化率由2010年的1.05%提高到2020年的12.18%，工廠化生產逐漸成為雙孢蘑菇生產的重要模式，其飛速發展，極大帶動了相關設施設備制造業的發展[12]，并形成較完備的生產裝備體系[13]。我國生產裝備水平的大幅提升[14]，在一定程度上限制了國外裝備企業對國內市場的占領[15]，國內多家企業應用國產裝備，產、質量達到了國際先進水平[16]。由于我國雙孢蘑菇工廠化生產起步較晚，生產總量仍處于較低水平[10]。2019年，全國雙孢蘑菇工廠化企業數量為49家，占食用菌工廠化企業數量的11.75%，前三大企業（江蘇裕灌、江蘇紫山、中國綠寶）合計市場占比為5.3%，市場較為分散[11]。

圖2 2010—2020年雙孢蘑菇全國總產量及工廠化率

目前我國雙孢蘑菇栽培模式主要有傳統栽培模式、“公司（企業）+農戶”栽培模式和工廠化栽培模式三種。傳統栽培模式以農戶為主，設施、設備簡陋，生產規模小，主要為季節性栽培，產量、質量及安全等級參差不齊，總體競爭力差。傳統栽培生產勞動強度大，由于勞動力成本不斷攀升，生產設施、設備亟待進行輕簡化、機械化轉型升級。

工廠化栽培模式具備生產標準化、規模化、機械化、周年化等諸多特點，單產高，產品質量穩定，但其對技術要求高，高度倚重于資金、技術和管理的投入。工廠化生產企業受技術、資源、市場等主客觀因素限制，生產規模無法達到設計要求，巨額銀行債務、折舊及知識產權等開支成為企業的沉重負擔，盈利艱難，工廠化生產在盈虧平衡線附近徘徊，管理或技術稍有失誤則極可能虧損。據不完全統計，2015年雙孢蘑菇工廠盈利占比只有10%左右[17]。近兩年來由于鮮菇價格連續下跌、生產成本不斷攀升，食用菌工廠化企業陷入經營困境。“公司（企業）+農戶”栽培模式是由傳統栽培模式轉向工廠化栽培模式過程中的一種過渡模式，將傳統栽培與工廠、市場對接連通，但其受季節性影響較大，產質量不穩定，其中較為典型的代表有富邦模式[18]、“1+N”生產供應模式等[19]。

2 構想具中國特色的雙孢蘑菇機械化生產之路

盡管工廠化生產在我國雙孢蘑菇產業發展中顯示出越來越重要的作用，但在廣大農村，尤其是中西部農村，在脫貧攻堅與鄉村振興中發揮著重要作用的食用菌傳統栽培模式仍具有舉足輕重的地位與作用。工廠化栽培是一個復雜的系統工程，由傳統栽培轉向工廠化栽培不可能在短時間內一蹴而就，這一轉變必然需要一個較長期的過程。傳統栽培、“公司（企業）+農戶”栽培和工廠化栽培優勢互補、共同發展的局面，在短期內不會有根本性的變化。

歐美國家的雙孢蘑菇栽培模式缺乏靈活性，其大型設施設備不利于因需求而隨時變化與轉移。考慮到我國農村地域廣闊、以家庭為種植主體分散經營的現實國情，不適宜采用歐美大型機械化設備，應將適于幾家聯合或者一家一戶使用的輕簡化設施設備作為重點發展方向[3]。因而，木腐菌栽培的一些發展模式值得雙孢蘑菇產業借鑒，如：為防御市場劇烈波動的風險，一些有經驗、有思想的周年工廠化栽培者，改原來的“大而全、重資產”的做法為采用“輕資產”運營模式，將企業全年所需的菌包全部交由專門的菌包制作中心完成，企業長期租賃專業舊廠房，在完成出菇房改造與設備添置后，進行出菇管理及銷售[1]，這一模式非常適合小型企業運營；為推動傳統栽培向規模化、標準化有效過渡，近年來浙江、河北等地借鑒日本“培養中心模式”，整合散戶實現統一制作菌棒及接種、發菌，能夠減少散戶裝備投資、節約生產成本，進一步降低勞動強度，提高食用菌生產效率[20，21]。這兩種經營模式是在現實國情條件下做出的有益嘗試。

適合我國國情的雙孢蘑菇栽培機械化發展道路，需要考慮以下幾個問題。

一是生產布局、生產規模必須與農區實際情況相結合。我國地域東西、南北跨度大，農區地貌、氣候、農業生產活動條件差異大，不同地區間的貧富差距、經濟發展不平衡，發展雙孢蘑菇必須考慮各地氣候、資源和生產成本等，重在優化優勢基地和區域布局，如河南、山東、江蘇等栽培原料較為集中的地區[22]；中小企業生產規模應與當地農牧業資源規模相配套，地方各級政府可出臺政策加以引導。

二是設施設備機械化、輕簡化、智能化是發展的必然。

三是生產組織模式多元化，打破地域限制，根據資源條件實行分工、分段合作。在原料資源豐富、場地寬裕、水電便利區域建雙孢蘑菇栽培基質制作功能區；在氣候、市場、勞動力等條件具相對優勢的區域建立專業出菇功能區。可分情況采用以下發展模式：一是全機械化的工廠化發展模式，適宜建在經濟發達、交通便利地區；二是專業化發展模式，制料、上料、覆土和下料等作業由專業化公司承擔，栽培主體負責環境可調控出菇房的建設、生產管理及采菇等，鮮菇由專業公司統一收購；三是“公司+農戶”模式，公司負責配方定制、菌種制作、制料、打包及技術指導，菇農完成栽培環節，企業進行產品包裝銷售，此模式以季節性生產為主，有利于降低菇農生產成本，增加收益。

要實現雙孢蘑菇栽培機械化目標，必須先解決以下兩個問題：一是專業技術人員匱乏問題，亟需開展理論與實踐相結合的專業化培訓，特別是迎合企業、地方一線專業人才需求的定向培養；二是針對生產工藝流程，研發配套的輕簡化設施設備，實現菌機與菌藝相融合。

3 雙孢蘑菇生產工藝流程及與其配套的輕簡化設施和機械需求

輕簡化是與傳統手工操作相對應的概念：“輕”是機械代替人工，減輕勞動強度；“簡”是減少作業環節和次數，簡化栽培管理；“化”則是菌機與菌藝融合、良種與良法配套的過程。輕簡化絕不等同于機械化，輕簡化生產是以機械化為主體，以資源高效利用為核心，在實現高產的同時，最大程度降低勞動力成本和勞動強度的生產方式[23]。以輕簡化設施設備為重點研發方向，設計、生產、制造適合我國雙孢蘑菇發展模式的機械裝備有著巨大的發展潛力。

筐（包）式栽培是實施輕簡化栽培的一個有效途徑。根據雙孢蘑菇栽培生產工藝流程，以輕簡化設施栽培為目標，以菌筐（包）栽培為模式，提出以下較具體的雙孢蘑菇輕簡化配套機械設施實現路徑，內容包括十個功能區、一套病蟲害防控系統，涉及配套機械設備28～30種（套）（圖3）。

圖3 雙孢蘑菇工廠化生產流程、功能區劃分及配套機械示意圖

3.1 原料預處理

機械設備主要為切碎或粉碎機、秸稈預濕機和干糞肥粉碎預濕機。

原料切碎、粉碎機：要求具備“擠、切、揉”加工工藝性能，充分破壞秸稈（玉米芯）等材料物理結構，以利于原料預濕、透氣及發酵，并盡可能減少粉末料的產生。

秸稈預濕機：現行工藝預濕效果均質性差，費水、費時、費力，環境污染問題突出，秸稈預濕要求將加工好的秸稈聚攏、扭緊成束狀后推送入水中，期間可通過改變秸稈束的松緊狀態，促使秸稈迅速吸收水分，經過一定的浸水過程，含水量達到要求后推出。

干糞肥粉碎預濕機：具備粉碎、噴淋、攪拌一體化功能，能避免混合料中出現直徑超過10毫米的大糞塊，減少粉塵排放，避免糞水流失與場地污染，尤其是可通過控制用水量保證預濕效果均質可調。

3.2 培養料發酵與檢測

培養料定量化配制攪拌機：針對現有裝載機混料不均勻的問題，通過借鑒飼料加工中的料斗定量配制與攪拌工藝，保證培養料的成分含量精確，促進主料（秸稈等）與輔料（豆粕、石灰粉、石膏粉等）均勻混合。

一次成型密閉式有氧發酵裝置：室外堆積一次發酵與室內增溫二次發酵相結合，開發適合小規模生產，可移動、節能環保、自動化程度高的輕簡化原料發酵裝置是關鍵。現行的隧道式增氧發酵是主流發酵技術，其成本和耗能高，環境污染隱患較大；而歐洲國家的工廠化雙孢蘑菇栽培技術模式，因投資過大，不適宜于我國農村小規模分散經營，難以廣泛應用。本課題組已成功研發試制出封閉發酵裝置，并獲兩項國家實用新型專利。

發酵料質量檢測設備：國內多數雙孢蘑菇栽培因發酵料理化性質檢測耗時長、技術復雜、缺少必要設施設備與配套技術人員等原因，基質質量往往得不到保證。基質質量快速檢測裝置（主要包括含水量、透氣性、pH、黏度等檢測指標）的研發更能切合生產企業的實際需要。

3.3 播種

播種機（與筐式栽培配套）：采取混合播種與表層播種相結合的方式，先將發酵好的栽培基質與菌種攪拌混勻，再將播有菌種的發酵料混合物裝入筐內或打包，最后在栽培基質表層均勻撒播一層菌種。

3.4 發菌培養

可移動養菌架（菌包或菌筐專用）：設計目的在于方便栽培基質上架、下架，提高勞動效率，減少上料、下料及運輸的大型設備投資，提高設備與空間（養菌架可以靠緊，減少中間過道）的利用率，也便于栽培場所消毒。

專用養菌筐：與后續的機械覆土、噴水、育菇操作系統相配套。

專用養菌房環境自動調控裝置：應用現代信息與智能化技術，實現菇房環境遠程智能調控，保證養菌房溫、濕度和空氣調控適宜、恒定，減少人為因素造成的調控失誤，同時降低人工成本。

3.5 覆土材料配制與消毒處理

覆土配制與成型機：我國農村雙孢蘑菇栽培，因成本問題，少有使用草炭土等優質覆土材料，自制的覆土材料含水量不足、透氣性差，導致雙孢菇產量低、品質差。該機設計目的就是優先利用當地廉價的自然資源，通過添加持水力強、透氣性好的材料，以攪拌、發酵、造粒等工藝，生產孔隙度、持水力、酸堿度和顆粒度均適宜的優質覆土材料。

覆土消毒機：覆土材料采取日光曝曬方式消毒，時間長而不徹底，易受天氣及環境影響，而采用甲醛等藥物消毒則存在殘留及污染問題。因此，可借鑒食品行業高溫、輻射、高濃度臭氧水等瞬間高效殺菌工藝，研發相應覆土消毒設備。

覆土材料包裝機：主要是解決覆土材料商業化儲運問題。

3.6 覆土

專用覆土機（與筐式栽培配套）：其目的是解決覆土工藝的機械化、標準化，應同時具備料面整理功能。

3.7 噴水

自動噴淋隧道（與筐式栽培配套）：與專用覆土機配套，通過控制噴淋隧道長度、噴淋水量、傳輸裝置速度等參數實現噴淋效果。

育菇房往復式智能噴水、保濕系統：在菇架中間頂部安裝可以上下往復運動、左右雙向噴水的裝置，通過土層含水量感應器調控噴水量。頂部安裝固定高壓霧化噴頭，通過空氣相對濕度感應器調控濕度。

3.8 育菇

可移動育菇架（與筐式栽培配套）：增加單位空間的使用效率，方便進出移動。

育菇房環境自動管理系統：因地制宜開發配套設施設備與管理工藝，如北方雙孢蘑菇栽培，空氣濕度小是主要矛盾，養菌期間超聲波增濕是優化方法，育菇期間高壓霧化增濕與補水是首選措施。通風設備與溫濕度調控設備配套，就可實現栽培室內環境調控，同時可避免因通風導致室內環境的劇烈變化。

3.9 采菇

專用采菇車間（與可移動栽培架、栽培筐相配套）：車間要求溫度、光照、濕度和通風良好。機械采摘比人工采摘作業效率高，病菇處理徹底，利于出菇料面的整理。

雙孢蘑菇自動切根機：目的在于提高雙孢蘑菇切根效率及質量，降低人工成本。

冷藏室與配套冷藏用可移動架：冷藏室溫度和濕度可精確控制，以利于延長雙孢蘑菇保鮮時間。配套可移動架提高作業效率，減少人工搬運對鮮菇質量的不良影響。

3.10 菌渣處理

菌渣粉碎攪拌機：粉碎含水量大的菌渣廢料以便于再次利用，要求進料口設計合理、粉碎物料均勻、不易粘壁、清理方便。

菌渣發酵池：將粉碎后的菌渣，混合適量的水和發酵劑后，嚴格密封一定天數，實現菌渣的進一步腐熟，方便后續顆粒肥料的制作。

菌渣顆粒肥料制造機：菌渣經發酵、造粒等加工工藝后，方便現代化播種施肥一體機施用，可促進商業化菌渣肥料的利用。

以上設施設備，可依據不同地區的農區交通、自然氣候、勞動力和市場等條件靈活選擇。

3.11 病蟲害防控系統

臭氧發生器：設計目的在于實現栽培各環節的空間消毒，要求體積小型化、可移動、功率可選。

高濃度臭氧水機：已有現成設備，可移動、功率可選，其可實現覆土材料的消毒殺菌。

臭氧水高壓霧化系統：與臭氧水制造機配套使用，要求霧化效果好、體積小、可移動、功率可選。

病菇收集處理系統：菇房配套相應的病菇專用采集、隔離收集處理設備，防止病菇病源化傳播。

通風口過濾與防蟲裝置：采取管道通風方式，于通風口處設置過濾、防蟲、消毒、溫濕度調控一體化設備，在嚴格把控空氣進出通道的同時，大幅降低室內設備投資與能源消耗。

4 結 論

現今雙孢蘑菇在歐美發達國家是餐桌上不可或缺的食品，在我國，雙孢蘑菇產品認知度亦高，市場空間巨大。當前我國雙孢蘑菇產業正處于轉型關鍵期，工廠化栽培已成為產業發展的必然趨勢。根據我國國情，設計、生產、制造適合我國雙孢蘑菇發展模式的機械裝備有著迫切需求和巨大的發展前景。