南方丘陵地區煙葉機械化收獲研究現狀及對策研究

譚紹輝 ，孫超然 ，李軍政 ，肖名濤 ，艾文可 ，劉昊源 ，鄧 佳

（湖南農業大學機電工程學院，湖南 長沙 410428）

煙葉生產機械化主要分為旋耕起壟、育苗、移栽、中耕培土、采收以及烘烤。近年來，我國煙葉生產機械化工作取得長足進步，除采收過程外，其他生產過程均可實現機械化作業[1]，但部分機型存在故障率高、使用成本高等問題，與煙農對機械化的迫切需要相比尚有一定差距。目前來看，煙葉機械化生產的各個環節均有較大提升空間，尤其是收獲環節。南方丘陵地區是我國煙草的主要種植區域[2]，地勢起伏不平，不利于機械化作業，煙葉采收環節主要依靠人工完成，采收效率低、勞動強度大，阻礙了煙草產業的發展。因此，在丘陵地區發展和提高煙葉機械化收獲水平，能夠提高采收效率，降低煙農的勞動強度，增加煙農的收入[3]，對推進煙草產業的現代化發展具有重要的意義。

1 煙葉收獲農藝

2 煙葉收獲現狀

目前煙葉收獲主要依靠人工完成，收獲時期正值酷暑，作業環境惡劣。日出以后煙葉會變韌，為了保證煙葉品質，煙農是凌晨作業，勞動強度大。一名煙農采收一畝煙葉需花費4 h~5 h，收獲效率低[6]。近年來，高?？蒲性核囍屏硕嗫畈煌臒熑~收獲機嘗試機械化作業，但是多數煙葉收獲機仍然存在易損傷煙葉、適應性差等問題，未能有效提升煙葉收獲效率，煙農接受度較低，煙葉收獲機械一直沒能得到廣泛推廣應用[7]。

3 國內外煙葉收獲機械研究現狀

煙葉收獲是指將葉片從其主動脈與煙莖相連處斷開完成采摘，然后集中運往烤房進行烘烤。人工采摘主要是利用大拇指在煙葉主動脈與煙莖相連處施加下壓力，使煙葉與莖稈分離，達到采摘的目的。煙葉成熟度和完整度是影響煙葉質量的主要因素，保證烘烤質量的前提是收獲成熟且完整的煙葉[4-5]，由于煙葉的成熟速度不一致，一般為從下至上逐漸成熟，導致在收獲時需要根據其成熟時間的不同進行多層分批采收，收獲農藝復雜、煩瑣。

國外煙葉收獲機械研究起步較早，發展至今已經形成一套較為完整的機械化、智能化煙草生產體系，實現了煙葉的全自動機械化收獲，極大地提高了采收效率。我國針對煙葉機械化采收的研究起步較晚，而且烘烤工藝復雜，制約著前端采收環節的機械化程度。目前，幾乎沒有機型能夠應用在實際的作業過程中，采收工作仍然需要人工完成。近年來，隨著農業機械化進程的不斷推進，我國也開始重視煙葉收獲裝備的研發，高校、科研院所和企業先后試制了多種不同型號的煙葉收獲機進行試驗。

國內外在煙葉機械化裝備研究過程中，針對不同農藝和使用場景制造了多種不同的機型，根據作業過程是否需要人工協助采摘，可分為半自動煙葉收獲機和全自動煙葉收獲機；根據采摘及烘烤方式的不同，可分為葉片采收機和帶莖采收機。

3.1 國外煙葉收獲機械研究現狀

美國、意大利等國家根據不同種植農藝要求，研制了多款高性能全自動葉片采收機，具有代表性的如美國MarCo 公司研制的6360 型煙葉采收機、意大利DeCloet 公司研制的2TTH 型采收機以及SPAPPERI公司生產的RA632 等型號采收機[7]，這些機型均搭載高功率的約翰迪爾發動機，采用三輪全液壓驅動技術，自動化程度高，可同時跨兩壟作業，采收效率高，如圖1 所示。這些機型均屬于葉片采收機，采用“機械拍打式”采摘方式，利用電機驅動兩側的異形采摘刀，使其高速旋轉，對作業范圍內的煙葉從莖稈上拍下完成采摘。但是這些機型都較為龐大，田間轉向和掉頭比較困難，并且“機械拍打式”采摘方式對煙葉的損傷較大，該機型在我國不適用。

圖1 全自動自走式煙葉采收機

法國KIRPY公司設計制造的RMTD自動裝載式煙草收獲機[7]，如圖2所示，其特點是對煙草進行整稈帶莖收獲，屬于全自動帶莖采收機。作業過程中，底盤和采收機具前進方向與煙葉莖稈方向垂直，在靠近地面的根莖位置時，切割刀把煙葉莖稈切斷，通過夾持裝置將切下的煙株垂直向后輸送至運輸車上完成收獲，無需人工干預，作業速度可達1 800桿/h~2 500桿/h，作業效率高，但作業過程中需要一臺裝載車同步完成，增加了勞動力和使用成本。

圖2 法國RMTD自動裝載式煙草收獲機

法國SOMAREF 公司研制的M20 帶框架的自動煙草收獲機[7]，如圖3 所示，該機型與KIRPY 公司設計制造RMTD 型相似，屬于全自動帶莖采收機。在作業過程中，割刀在莖稈底部把整株煙割斷，再通過機器上的夾持裝置夾住煙株將其運輸到后方的框架上，收獲機一次可以裝7 個收納框架，每框約可收納450 株煙，當煙框集滿后可直接放在田上晾曬，降低了勞動力和成本，田間最高行駛速度可達9.5 km/h，作業效率極高。

圖3 法國M20自動煙草收獲機

帶莖收獲方式的效率非常高，可以較好地保證煙葉的完整度，便于運輸和整理，但是由于煙葉的成熟過程并不是一次性完成的，所以帶莖采收無法保證采下的煙葉成熟度一致，對煙葉的烘烤質量會有一定的影響。目前，我國帶莖烘烤技術還不太成熟，未能在實際生產中使用，所以這類機型無法在國內得到推廣應用。

3.2 我國煙葉收獲機械研究現狀

山東五征集團有限公司研制的五征4TZ-3煙葉采收機，如圖4 所示，該機為半自動煙葉采收機，具有高地隙作業特性，滿足三壟同時采收，整機采用液壓驅動，具有道路和田間兩種行駛模式；作業過程中，采收人員乘坐在下方的座椅上，采摘方式仍然需要人工完成，采下的煙葉可集中收納在上方的平臺上，便于運輸，煙葉收獲效率有一定程度的提升，但是效果不明顯，煙農對其接受度差。

圖4 五征4TZ-3煙葉采收機

河南農業大學朱晨輝等[8]研制的履帶式全自動煙葉采收機，如圖5 所示，采用雙泵-雙定量馬達液壓驅動，解決了履帶式煙葉采收機在丘陵地區作業時因路面不平造成的行走不穩問題，轉彎半徑＜3 m，在一定程度上解決了國外大型設備難以適應我國煙田的困擾。由于采收方式仍然使用“機械拍打式”對葉片進行收獲，未能解決對煙葉的損傷問題，推廣應用難度較大。

圖5 履帶式煙葉采收機

河南農業大學王秀山、李智廣等[9-10]提出利用機器視覺原理研制出仿生機器采摘手，該仿生機器手可以模擬人手進行采摘煙葉，作業時攝像頭對目標煙葉進行識別，同時機械采摘手對煙株莖稈進行夾取，隨后通過采摘手的向下運動完成對煙葉的采摘。這種收獲方式極大地降低了對煙葉的損傷，保證了煙葉的品質，對煙葉收獲智能化發展有一定的參考價值，但是該仿生機器采摘手的采摘效率偏低，無法滿足煙農需求。

4 存在的問題

4.1 農機與農藝不融合

南方丘陵地區，煙草種植多數采用“煙稻輪作”方式，煙稻輪作可以有效改善土壤生態，減少病蟲害，但因水稻種植需要保水，田埂無法去除，田塊較小，形狀不一，不利于機械化作業。目前市面上大型的煙葉收獲機龐大的機身導致其轉彎半徑過大，無法在田間轉彎、掉頭，作業過程容易損傷煙葉，煙民接受度不高。農機與農藝不融合，嚴重阻礙了煙葉收獲機械化的發展。

4.2 采收烘工藝要求嚴格

煙葉烘烤工藝要求采收的煙葉完整有序，收獲煙葉質量的好壞會直接影響到烤煙的品質。目前市面上主流的煙葉收獲機大多數采用“機械拍打式”的采摘方式，盡管在旋轉葉片材料上做了很多研究，使用柔性材料盡可能降低破損率，但是效果并不理想，破損率仍然較高[11]，煙農無法接受。帶莖采摘可以保證煙葉的完整度，但是無法保證采摘煙葉的成熟度，目前帶莖烘烤技術還不太成熟，帶莖采摘難以推廣使用。煙草收獲及烘烤農藝的復雜性，加大了煙葉收獲機的研制難度。

4.3 標準不統一，適應難度大

煙草在我國南北各省區均有廣泛種植，目前我國共有24 個省區市進行煙葉的種植與生產，已經形成了六大煙草主要生產區域。我國疆域范圍廣闊，地形復雜多樣，地勢高低起伏，氣候差異較大，導致各個煙區種植的品種不同，種植及采收的農藝也不同，未能形成一個較為統一的標準，對煙葉收獲機的適應性造成巨大的挑戰。對于南方丘陵地區，此問題尤為突出。

4.4 缺乏技術創新

近年來，高?？蒲性核跓熑~采收機械的研制上開展了大量科研攻關，推出了多款樣機，但是多數沿用了國外發達國家的技術路線，缺乏創新，并不能滿足我國煙草種植的農藝要求。例如，動力機械多，配套機械少，生產上缺少與烤煙生產相配套的揭膜、中耕、葉片采收、編煙等環節的實用機械。另外，小型拖拉機多，大型拖拉機少；小型農機具多，大中型綜合性能的農機具跟不上生產發展需要。

5 建議和對策

5.1 農機農藝融合發展

要以農機農藝融合為突破口，推進農藝技術集成、作業場景重構、區域標準統一，為煙葉機械化收獲提供基礎。促進農機與農藝融合發展，構建宜機化標準體系，通過農藝的標準化，加強煙草機械化收獲技術的標準化和規范化，提高煙葉收獲機械化水平。

5.2 加大技術創新力度

加大技術創新力度是推進煙葉機械化收獲的重要途徑。需要加強煙葉機械化收獲技術的創新，提高裝備的先進性和適應性。我國煙草種植環境復雜、采收條件苛刻，對煙葉收獲裝備的要求高，高校、科研院所和企業要加強合作和技術創新，在學習國外先進技術的同時，要始終結合我國煙草生產農藝，因地制宜，研發適合我國丘陵地區的煙草收獲機，提高煙葉收獲機的先進性和適應性。

5.3 完善農機配套設施

加強農機配套設施建設是推進煙葉機械化收獲的重要保障。要改善農機作業配套設施條件，積極推進農機報廢更新，加快淘汰老舊農機裝備，提高農機作業便利程度，按照高標準農田建設、農村土地綜合整治和農田“宜機化”要求，改善農機通行和作業條件，提高農機適應性和安全性，加快補齊農業機械化基礎條件的短板，為煙葉收獲機械的使用提供便捷的作業環境。

6 結語

目前，我國丘陵地區煙葉收獲機械化發展不理想，存在農機農藝不融合、采收路線不明確等問題，制約了煙葉收獲機械的裝備研發和推廣應用。對此，應加快推進農機農藝融合發展，著力解決機械下田難、作業難等問題，集中力量研發適應性強、可靠度高的丘陵地區煙葉機械化收獲裝備，實現煙葉收獲減工降本、提質增效。