我國蠶桑生產機械化研究進展

摘要：栽桑養蠶是農業體系中重要的組成部分，機械化生產技術及裝備成為目前關注的熱點。介紹蠶桑產業的發展現狀，列舉家蠶飼育和制種環節的主要農藝及特點。總結桑園管理、家蠶飼育、蠶繭采收與分選、家蠶制種等方面的機械化研究進展。對蠶桑生產機械化發展進行分析，指出目前存在產業鏈長，需要的機械種類多；農藝復雜，機械研發難度大；家蠶生命周期短，樣機試驗受限等問題。給出對應的建議，包括開展多功能桑園管理和特有養殖裝備研究；注重宜機化研究，推動農機與農藝的深度融合；建立家蠶機械化養殖示范基地，研究蠶桑機械化生產技術等方面。

關鍵詞：蠶桑；桑園管理機械；養蠶機械；工廠化養殖

中圖分類號：S224； S225； S894" " " 文獻標識碼：A" " " 文章編號：2095?5553 （2024） 09?0318?09

Research progress on mechanization of sericulture production in China

Shi Hongkang Chen Yi'an Zhu Shiping Li Linbo Zhang Jianfei

（1. Sericulture Research Institute， Sichuan Academy of Agricultural Sciences， Nanchong， 637000， China；

2. College of Engineering and Technology， Southwest University， Chongqing， 400700， China）

Abstract： Mulberry planting and sericulture is an important part of the agricultural system， mechanized production technology and equipment have become the focus of attention. In this article， the development status of sericulture industry is introduced and main agronomy and characteristics of silkworm rearing and seeds production links are listed. Mechanized research progress in mulberry field management， silkworm rearing， cocoons harvesting and sorting， and silkworm seeds production are summarized in detail. The mechanization development of sericulture production is analyzed， the main problems at present are pointed out， such as long industrial chain resulting in the variety of machines are required， the difficulty of mechanical research and development because of complicated agronomy， and the short growth cycle of silkworm leads to the limited test conditions. Some corresponding suggestions are given， including research on multi?functional mulberry field management and unique silkworm rearing equipment， attaching importance to research on agronomic reform suitable for mechanized production， promoting the in?depth integration of machinery and agronomy， and establishing demonstration bases of mechanized silkworm rearing， researching mechanized sericulture production technology.

Keywords： sericulture； mulberry garden management machinery； sericulture machinery； factory farming

0 引言

近年來，蠶桑成為許多地區實施脫貧攻堅和鄉村

振興戰略的主導產業，為農業農村發展作出重要貢獻。但我國蠶桑生產主要依賴于手工操作，存在勞動強度大，生產效率低和工作環境惡劣等問題，因此機械化生

產成為目前行業共同關注的焦點[1?3]。

由于我國蠶桑機械研究起步晚，基礎薄弱，導致目前機械化生產程度較低。同時，外界對蠶桑的農藝特點了解不足，造成從事蠶桑機械研究的人員和機構也相對較少。因此，為有效引導蠶桑機械的研究工作，本文在對蠶桑產業發展現狀介紹的基礎上，總結近10年蠶桑機械研究取得的進展，并分析存在的主要問題，對未來發展作出展望。

1 蠶桑產業發展現狀

1.1 蠶桑產業背景

栽桑養蠶在我國具有悠久的歷史，造就了舉世矚目的絲綢之路。自20世紀90年代起，隨著我國市場經濟的全面發展，絲綢的外貿地位逐步下降。再加之東部地區產業結構調整以及蠶桑自身的生產水平落后等因素，造成蠶桑產業的整體規模出現嚴重下滑，產業發展步入低谷期[4， 5]。直至2008年，國家成立現代農業產業技術體系，將蠶桑納入首批50個現代農業產業體系中[6]，為產業發展注入科技力量。自“十三五”以來，我國大力實施脫貧攻堅戰略，將產業發展作為脫貧攻堅中的主要措施。因蠶桑產業具備投資小、見效快，還有助于生態治理的優點，許多地區選擇蠶桑為主導產業大力發展，推動產業迎來新的發展高潮。據國家繭絲辦發布的數據，截止2020年，我國共有桑園面積764.3 khm2，蠶繭發種量1 643.3萬張，蠶繭產量715 kt，全國蠶農售繭總收入241億元，在產業規模上，繼續保持世界領先地位[7]。

目前我國的桑園主要集中在西南地區，其中，廣西的桑園面積為197.2 khm2，四川的桑園面積為150.1 khm2，這兩個省區桑園面積約占全國總面積的45%。同時，四川和廣西的桑園大多分布于丘陵山區，該地區的農業機械化的整體水平偏低。

1.2 蠶桑生產模式

當前我國蠶桑生產模式發生轉變，傳統的家庭零散養蠶逐步被以園區、龍頭企業和合作社為主的規模化養殖取代[7]，但主要生產方式還是手工生產。同時，蠶桑產業鏈也在不斷增長，桑樹除用于養蠶外，也廣泛用于桑葉茶、桑葉面、桑果酒等綜合開發[8]；蠶繭除用于紡織品外，也被用于醫療、生物和工業材料領域[9]，這對桑園田間管理和養殖技術提出更高的要求。

1.3 蠶桑生產農藝

1.3.1 桑園管理

桑園管理與果園管理相似，包含灌溉、施肥、嫁接、除草、病害防治等內容。較為特殊的在于桑園每年夏季或冬季需開展1次伐條。伐條時需將全部枝條去除，僅留下樹干。由于桑枝的韌性高，伐條的勞動強度大，伐除的桑枝還需進行粉碎，用于還田或食用菌生產。在養蠶季節，每天都需要采摘桑葉，目前僅少部分地區使用機械收割草本桑，用作畜禽養殖的輔助飼料外[10]，桑葉采摘仍舊依賴手工操作，勞動密集且強度較大，是養蠶過程中最主要的人力支出。

1.3.2 家蠶飼養

飼養一般是指家蠶從卵到繭的過程，如表1所示，飼養的農藝主要包括桑葉喂食、消毒、除沙、移箔、上蔟、采繭和蠶繭分選等。飼養還涉及一些輔助農藝，例如桑葉清洗消毒、瀝干和切碎等。

目前家蠶仍屬于季節性飼育，我國的飼養季節集中在每年的4—10月，期間可飼育6～8批次。

1.3.3 家蠶制種

家蠶制種主要在科研機構和蠶種企業開展，目的是蠶種生產、品種雜交選育或資源保存，制種中涉及的主要農藝為削繭和蠶蛹的雌雄鑒別。

2 蠶桑機械研究進展

蠶桑的產業鏈長，包含的機械種類較多，根據NY/T 1640—2021《農業機械分類》標準[11]，桑園管理機械包括耕種地機械、種植施肥機械和田間管理機械。家蠶飼育機械歸屬的大類為畜禽養殖機械，小類為飼養設備，品目為桑蠶飼育設備。蠶繭采收被單獨歸類，大類歸屬在畜禽產品采集儲運設備，小類歸屬在畜禽產品采集設備，品目為采繭機。

為便于歸類敘述，本文在遵循NY/T 1640—2021《農業機械分類》標準的基礎上，根據蠶桑生產的農藝流程，分別從桑園管理、家蠶飼育、蠶繭采收與分選和家蠶制種方面介紹蠶桑生產機械化的研究進展。

2.1 桑園管理機械

桑園管理與果園管理相似，目前桑園管理機械研究以引進果園管理機械為主[12]。李法德等[13]發明了一種多功能桑園管理機，使用微耕機為主動力，通過改進優化工作部件，單機實現耕地、除草和變量施肥等功能。郭勇剛等[14]改進了一種桑園管理機，通過在微耕機上加裝水泵和噴水頭的方式，單機實現灌溉、松土、噴藥和除草等功能。盧營蓬等[15]設計了一種桑園電動除草機，適用于丘陵山區桑園的除草作業。山東農業大學楊碩[16]根據桑園種植農藝要求，設計了一種桑園動力耙，將刀具垂直安裝在圓形刀盤上，采用回轉的方式對土壤進行立式切削，可增加耕地深度，并在耙上設計了保護裝置，避免在工作過程中損傷桑樹。高天浩等[17]對桑樹枝條在不同取樣位置、直徑和品種下剪切、壓縮和彎曲等力學性能進行了研究。吳建梅等[18]設計了一種雙杠桿省力桑枝大剪，通過增長動力臂和使用2級杠桿方式實現省力，在生產中推廣良好。張增產[19]設計了一種手持式桑園伐條機，采用倒V型刀片來防止桑枝脫落，適應不同高度桑枝伐條。張相恒[20]在牧草收割機的基礎上，改進了一種草本桑平茬機，主要由圓盤鋸割臺、傳動系統、動力機構、絲杠調節機構等組成，可根據需要調節割茬高度，適用于草本桑的平茬作業。張晉[21]設計了一種草本桑收割機，主要由行駛機構、切割機構、輸送機構、打捆機構傳動系統和測控系統等組成，可完成草本桑的連續收割和自動打捆作業，也可用于小麥、水稻和柳條等作物的收割試驗。胡光榮等[22]設計了一種單鋸盤燃油伐條機，利用微耕機為主動力，采用主軸帶動蝸桿與蝸輪嚙合，驅動撥枝器將行間兩側的桑枝向中間聚攏，然后割盤高速旋轉完成桑枝伐條。張劍飛等[23]研制了一種氣動桑枝剪，使用微型柴油機驅動氣泵，工作時手持氣動剪刀進行桑枝剪伐，并使用微耕機帶動設備在田間行進，適宜在丘陵山區的桑園管理。胡迎春等[24， 25]在桑葉采摘方面開展了大量的研究，設計了往復式、搖桿式、螺旋式等多款采摘機，但目前仍處于前期理論研究階段。翁連娟[26]使用ZigBee技術，設計了一套桑園環境監控系統，實現在手機端對環境溫度、光照強度和土壤濕度的實時監測。

綜上所述，桑園管理機械已經受到研究人員的廣泛關注，尤其在桑園施肥、除草和桑枝剪伐等環節，且現有裝備可滿足地勢平緩地區的機械化生產要求，但丘陵山區的桑園由于作業環境復雜、土壤粘度高和基礎設施落后等因素，管理裝備的作業性能和效率還有待提升。另外，采用以微耕機為動力源，研發不同的作業機構實現“一機多用”是丘陵山區桑園管理機械研發的主要思路，但現有微耕機仍存在能耗高、功效低、操作舒適性差等問題，也是丘陵山區桑園管理機械化迫切需要解決的難題。

2.2 家蠶飼育機械

我國目前盛行“兩段式”養蠶模式，將養蠶分為養小蠶（1～3齡蠶）和養大蠶（4～5齡蠶），其中小蠶采取集中共育模式，即將一個片區的蠶種集中在一處由技術人員飼育至2齡或3齡眠起，再分發給蠶農飼育。結合這一現狀，家蠶飼育設備的研究也分為大蠶飼育機和小蠶飼育機研究。

2.2.1 小蠶飼育機

李林波等[27]開發了一種帶傳送式小蠶飼育機，采用傳輸帶對蠶箔進行傳輸，在機架的固定位置安裝給桑裝置和灑石灰粉裝置，蠶箔傳輸時自動完成桑葉飼喂和灑石灰粉，實現小蠶的自動飼喂。石洪康等[28]設計了一種螺旋升降式小蠶飼育機，采用碼垛、拆垛和下傳送式的原理進行蠶箔的拆解、傳動和堆疊，在傳送時進行灑粉消毒和桑葉飼喂。由于采用下傳輸式的蠶箔傳輸原理，使每個蠶箔的行程固定，傳輸還能改變蠶箔的堆疊次序，實現移箔功能。在此基礎上，湯自強[29]設計了一種自動小蠶飼育機，該設備對蠶箔傳輸機構和拆箔與疊箔機構進行了改進，將機械結構式的拆箔裝置改為控制電機帶動轉臂轉動，使其舉升蠶箔更加穩固，并采用CAN總線開發出控制系統，使用觸摸屏設計出控制界面，增強了設備人機交互能力。韋相立等[30]采用工業流水線方式，設計了一種小蠶飼育自動化生產線總成，將蠶箔放置在傳送帶上傳輸，在固定位置上給桑的方式實現小蠶的自動化飼育。

機械化小蠶飼育的關鍵技術在于桑葉喂食的均勻性，難點在于需根據小蠶的個體大小確定桑葉的切碎程度，導致桑葉的物料特性不固定。同時，家蠶在生長過程中，體型每一天都會增長，所以蠶座分布在蠶箔中的位置也會不斷變化，如何根據小蠶的生長范圍進行精準給桑也是目前面臨的難點。在這一問題上，何玉等[31]使用圖像處理技術進行了蠶座位置與桑葉飼喂均勻性研究。但其方法對均勻性的判斷只局限于飼喂不足時，當過度飼喂時，很難提取到白色像素點。

2.2.2 大蠶飼育機

四川省農業科學院與南充某公司聯合研制了一種雙螺旋式大蠶飼育機。采用軌道傳輸的原理對蠶箔進行傳輸，在一根軌道安裝了一根鏈條，將所有蠶箔一側串聯，另一根軌道上設計了滾動摩擦結構，使鏈條能夠帶動蠶箔行進并順利通過彎道，再將傳統的固定層蠶架改進為螺旋升降式結構，實現蠶箔可從蠶架的底層旋轉移動至最頂層，也可從最頂層移動到底層。同樣在固定位置進行桑葉喂食和灑石灰粉。

胡光榮等[32]設計了一種多層循環式大蠶飼育機，采用將所有蠶箔掛在鏈條上，鏈條轉動帶動蠶箔在多層蠶臺上依次循環移動，在固定位置進行桑葉喂食和撒粉消毒。郭曦等[33]設計了一種垂直旋轉式大蠶飼育機，采用將多個蠶臺上下往復式旋轉，在固定位置進行桑葉飼喂和撒粉消毒的方式，實現家蠶的機械化飼育。

針對將蠶箔進行傳輸的原理研發出的大蠶飼育機容易因局部故障導致整機停運的問題，西南大學和四川省農業科學院聯合研發了一種自動化大蠶飼育機[34]，采用在多層固定蠶臺上安裝軌道，給桑和撒粉裝置沿軌道行進，并使用升降機將給桑和撒粉裝置送往不同層的蠶臺，實現大蠶的自動化飼育。

針對部分地區在地面飼養家蠶的模式，廣西某公司研發了一種喂蠶平臺，在地面安裝軌道，并架設操作平臺沿著軌道行進，飼喂者站在軌道上手工鋪灑桑葉，解決了蠶房內桑葉的搬運問題，可減輕部分勞動強度。

鋪灑桑葉的均勻度也是大蠶飼育機研發的關鍵點，在手工飼喂大蠶時將桑葉直接飼喂，而桑葉物料特性十分復雜。因此，采取將桑葉切碎后再進行飼喂可降低大蠶飼育機的研發難度。

綜上，現有家蠶飼育機械根據其工作原理可分為兩種，一種是蠶臺（蠶箔）循環轉動，給料裝置在固定位置投喂桑葉和撒粉消毒，另一種是蠶臺（蠶箔）位置固定，給料裝置移動作業。從實際反饋來看，前者的優點是節約蠶房空間，上料便捷，缺點是效率較低，且蠶臺（蠶箔）相互傳輸會造成一定的磨損；后者在穩定性，可靠性和工作效率上優勢明顯，不足之處是蠶房空間利用率較低。進一步與目前采取的兩段式飼養模式結合，前者適宜小蠶飼育機械，后者適宜大蠶飼育機械。

2.3 蠶繭采收與分選設備

2.3.1 采繭機

蠶繭采收是從營繭工具中取出蠶繭。我國目前主要使用的營繭工具包括紙板方格蔟、塑料折蔟和木板方格蔟。

在采繭機研究方面，趙明巖等[35]設計了一種用于紙板方格蔟的蠶繭分選與自動采摘機，采用將方格蔟沿軌道進行傳輸，使用攝像頭采集方格蔟的圖像并進行處理，依據輪廓特征對上繭、雙宮繭和下腳繭等進行判別，然后生成對應的位置信息，電磁手根據獲取的位置信息依次對雙宮繭、下繭和上繭進行采摘。

針對紙板方格蔟在多次使用后會發生形變，造成營繭孔位置不規律的問題，山東農業大學劉莫塵等[36]提出了一種基于顏色和面積特征的方格蔟蠶繭分割定位算法，可對蠶繭圖像進行分割、中心點定位和位置坐標的測量。在此基礎上，閆銀發等[37]設計了一種直角坐標式自動采繭機，使用劉莫塵等[36]提供的方法生成每個蠶繭的位置坐標，然后步進電機和電磁采摘器根據位置坐標進行蠶繭的精確采摘。

江蘇科技大學王孝祥等[38]設計了一種紙板方格蔟采繭機，采用頂桿面板自上向下將蠶繭從方格蔟中頂出的方式進行蠶繭采收。針對紙板方格蔟的變形問題，頂桿面板4個角設置有較長的頂桿，采收時會先行進入方格蔟4個角的孔進行定位和矯正。并用鋼絲排梳將蠶繭的浮絲拉斷，確保較高的采凈率。李法德等[39]設計了一種連續式方格蔟自動采繭機，采用圓柱齒輪式的壓繭裝置和方格蔟孔嚙合的方式將蠶繭頂出，由于每次僅是對方格蔟的單排進行采摘，可相對減少對方格蔟的損傷，采摘效率與電機轉速有關。馬勇等[40]設計了一種毛刷式采繭機，與李法德等[39]設計采繭機結構相似，區別在于將圓柱齒輪式的壓繭裝置改為圓柱式柔性毛刷，通過毛刷旋轉將蠶繭從方格蔟中刷出的方式進行采收，對變形后的方格蔟也能達到較好采收效果，但也會對方格蔟造成新的損傷。閆銀發等[41]設計了一種塑料折蔟采繭機，采取拉取塑料折蔟穿過兩個輥筒間隙方式，將蠶繭與塑料折蔟分離，實現機械化塑料折蔟的采收。

由于木板方格蔟與紙板方格蔟的結構相同，且剛性好，所以大部分用于紙板方格蔟采收的機器也都能用于木板方格蔟的采收。

現有的采繭機可完成機械化采繭工作，但生產實際的推廣應用較少，原因一方面在于現有采繭機會對蠶繭和營繭工具造成一定損傷，造成生產耗損較高；另一方面是無法預先去除部分死籠繭和黃斑繭等，使用機械一次性采收時造成其他蠶繭污染，導致采繭品質下降。因此，如何進一步優化作業裝置，研究死籠繭和黃斑繭自動剔除裝置，避免造成蠶繭損傷或品質下降，是采繭機研發和應用面臨的難題。

2.3.2 蠶繭分選技術

由于家蠶個體差異、病害和繭格中存在雜物等原因，導致營繭的品質會有所不同，常見的蠶繭種類有上繭、柴印繭、黃斑繭和雙宮繭等。為確保生絲的質量，在繅絲之前需對蠶繭進行分選。

中國計量大學蔣洪敏等[42]設計了一種氣懸式蠶繭品質分選裝置，使用氣流裝置將蠶繭懸空并發生旋轉，再使用攝像頭采集不同姿態下的圖像，將圖像上傳至數據庫進行比對，根據結果控制承接機構左右移動，實現對優質繭和下品繭的分選。劉莫塵等[43]提出了一種基于模糊C均值聚類（FCM）及HSV模型的方格蔟黃斑繭檢測算法，根據HSV空間積累顏色直方圖的黃斑顏色H分量的比例來判定是否為黃斑繭，并使用方格蔟自動采繭機對黃斑繭進行檢測剔除試驗，平均檢測率達到81.2%。鄭仲云等[44]設計了一種用于蠶繭加工用的分選機，原理是根據同一品種不同類別蠶繭重量不同的特點進行分選。孫衛紅等[45]采用基于顏色特征和支持向量機（SVM）的蠶繭分類方法，對5種蠶繭進行了檢測試驗，準確率達到91%。梁軍圣[46]使用BP神經網絡進行了異色異性繭的分類識別研究，對3類蠶繭的最好識別準確率為96.8%、96.3%和94.4%。王超[47]開展了基于卷積神經網絡的蠶繭分類研究，使用SE-GoogLeNet模型對上繭、雙宮繭和斑點繭的識別準確率達到98.27%。

將蠶繭分選技術與采繭機研發相結合，是提升現有采繭機工作性能的重要方法，且隨著深度學習與視覺技術的發展，基于深度學習的蠶繭分選技術具有十分廣泛的應用前景，必然會受到越來越多的關注，但目前存在的主要問題在于，現有技術方法僅從一個角度開展識別，部分次繭，如柴印、黃斑等顯著特征會被遮擋，導致識別可靠性較低。同時，現有技術未考慮蠶繭的多樣性，例如一顆蠶繭既具備柴印繭特征，又具備黃斑繭的特征，需要使用多標簽分類方法開展分選研究。

2.4 家蠶制種機械與技術

家蠶制種主要涉及的農藝為削繭和蠶蛹的雌雄鑒別，目的是將雌蛹和雄蛹準確識別，確保蠶種雜交率。

2.4.1 蠶繭切削設備

削繭要求在刀具切削和將蠶蛹從繭殼中倒出過程中不能損傷蠶蛹。人工削繭時，通常是從蠶繭一端傾斜將蠶繭切開，然后輕輕倒出蠶蛹。

李法德等[48]設計了一種氣吸式削繭機，在轉盤外周上設置多個蠶繭孔用于夾持蠶繭，并使用風機氣流與蠶繭孔產生壓差將單個蠶繭吸在蠶繭孔上，便于刀具切削。削繭時，轉盤轉動依次吸取蠶繭，在固定位置設置刀具進行切削，切削后轉盤轉動至倒出蠶蛹，當蠶繭孔轉到直接與大氣相通的非氣力區時，繭殼在重力的作用下掉落后完成削繭。西南大學宋杰等[49]設計了一種用于蠶繭切削的智能夾具，使用傳感器和電機檢測并調整蠶繭位置，能夠將以任意方式進入夾具的單個蠶繭調整為豎直狀態，并將其固定，從而有利于機械化切削。梁培生等[50]設計了一種自動蠶繭削口機，先使用撥繭盤將蠶繭逐個分離排列，并逐個傳輸至輸繭帶上，輸繭帶將蠶繭逐個夾緊并傳送，在固定位置使用電機帶動刀片對蠶繭傾斜切削，切削后，傳送帶轉動時蠶繭削口朝下，先倒出蠶蛹后，再將繭殼與輸繭帶分離。胡祚忠等[51]設計了一種鏈條式斜位削繭分離機，主要采用鏈傳動和夾具夾持采繭并傳輸，在固定位置傾斜安裝刀具，能夠使切口成傾斜，較好地完成切削和便于倒出蠶蛹。

削繭與繭選分蠶研究面臨的一個共同難點在于蠶繭表面覆蓋有一層繭衣，造成蠶繭相互粘連成團，導致難以逐個排序，且削繭需在2～3天內完成，對設備的工作效率提出了更高的要求，逐個進行夾持切削機械的工作效率低于手工操作。同時，人工削繭時取出蠶蛹后會進一步完成蠶蛹的雌雄鑒別，但目前機械化研究是將削繭和雌雄鑒別分段開展。

2.4.2 蠶蛹雌雄分選技術

人工鑒別蠶蛹雌雄的方法是，同一家蠶品種，個體偏大的為雌蠶蛹，偏小的為雄蠶蛹，對大部分無法通過個體大小區分的蠶蛹，需觀察其尾部的紋理特征，紋理呈為“X”狀的為雌蛹，紋理呈點狀則為雄蛹。

西南大學陶丹[52]在蠶蛹識別領域開展了大量研究，使用了包括圖像處理、可見高光譜、近紅外線和卷積神經網絡等方法，對特定品種的蠶蛹圖像的識別準確率均在95%以上。代芬等[53]使用近紅外光譜分析儀，對3個品種共491粒蠶蛹在特定波段內進行光譜采集，并對光譜數據進行均值中心和一階求導預處理，使用最小二乘判別法進行分析，識別準確率在92%以上。顏輝等[54]同樣使用近紅外光譜和偏最小二乘判別分析模型，對6個品種394粒蠶蛹進行光譜采集和分析，測試的準確率達到96.2%。Zhang等[55]利用基因編輯技術，選育出了雌性特異紅色熒光蛋白標記品系。該品種的家蠶在卵、幼蟲、蛹、蛾期，使用綠光的照射時，都能夠顯示出明顯的橙色熒光，能夠被人眼識別。在此基礎上，趙明巖等[56]設計了一種高速雌雄蠶蛹分選機，采用特定波長的綠光照射蠶蛹，當呈現橙色熒光則表明是雌蛹，否則為雄蛹，通過輸送帶分選叉的左右移動將蠶蛹放置在對應的盒子里，試驗表明，該設備對雌性特異紅色蛋白標記品系的識別準確率可達到100%。于業達等[57]使用深度學習對12個家蠶品種共700余粒蠶蛹進行了識別試驗，以普通相機拍攝的蠶蛹圖像為識別對象，設計了卷積神經網絡提取圖像深度特征，并與HOG特征進行融合，再進行分類識別，準確率在95%左右。

為了確保制種過程中家蠶品種的純凈度，石洪康等[58]使用卷積神經網絡進行了家蠶幼蟲品種的識別研究，在實際養蠶環境下采集了10個家蠶品種在4齡第3天和5齡第3天共5 000張生長圖像，使用卷積神經網絡進行了識別試驗，測試準確率分別達到了98.9%和96%，表明了卷積神經網絡可準確識別家蠶品種。

雖然關于制種機械與技術研究取得一定進展，但目前生產中削繭和蠶蛹雌雄鑒別主要依賴于人工操作，原因在于現有機械成熟度不夠，削繭機需人工逐個放置蠶繭，導致其工作效率較低，且在分離蠶蛹和繭殼時會對蠶蛹造成損傷。在蠶蛹雌雄鑒別方面主要以識別方法研究為主，缺乏進一步將鑒別方法與裝備研究相結合。此外，研究研究大多基于特定的家蠶品種開展，而對不同品種之間蠶繭存在的個體差異，以及不同品種蠶蛹的雌雄特征差異缺乏深入研究，導致技術的應用范圍受到限制。

3 我國蠶桑生產機械化發展分析

3.1 蠶桑生產機械化面臨的主要問題

雖然蠶桑機械研究已經廣泛開展，但目前整體水平仍大幅落后于其他農作物或畜禽養殖領域，分析原因主要在于蠶桑的產業鏈長，需要的機械種類多；農藝復雜，設備研發難度大；季節性較強，樣機試驗條件有限等方面。

3.1.1 產業鏈長，需要的機械種類多，從事研發的機構相對較少

蠶桑生產的產業鏈長，農藝操作多，需要的設備類別也較多。在桑園管理上，雖然可引進部分果園管理機械，但我國桑園大多處在丘陵山區，受自然環境限制，適宜這些地區的農業機械類別本身較少，研發難度也非常大。在養殖環節，可以直接引進的設備非常少。同時，國內目前從事蠶桑機械研究的機構和從事蠶桑機械生產的企業數量都非常少，現有的企業規模小，其產品主要以方格蔟、蠶網、消毒裝置等蠶具為主，缺乏核心知識產權，易于復制，難以滿足機械化發展需求。

3.1.2 農藝特殊，機械研發難度大

長久以來，養蠶都是依靠手工操作，長期形成的農藝操作較為復雜，難以直接用機械結構進行替代。例如上述提到的機械化采繭時，存在膿液污染其他蠶繭的問題。在傳統的養蠶過程中，會大量使用生石灰粉和次氯酸鈉溶液消毒，而這會對機械設備造成腐蝕，導致設備的可靠性降低，影響了應用推廣。此外，部分農藝還需要借助家蠶自身習性來完成，例如除沙和上蔟時需利用家蠶向上爬行的習性，但家蠶屬于密集養殖，活動能力差，無明顯的規律，不可控因素較多，增加了機械研發難度，導致目前這兩個環節仍面臨無機可用。

3.1.3 生長周期短，季節性強，樣機試驗受限

養蠶屬于季節性生產，飼育時間在每年的4—10月，單次飼育時間約為42天，其中，催青及孵化時間約為10天，幼蟲期約在25天，營繭期約為7天，所以蠶桑生產的勞動非常密集，造成樣機生產試驗的時間和條件有限。而且在同一生命形態下，家蠶個體每一天都會生長，形態、紋理等均會發生變化，也造成了蠶桑機械的研發難，尤其表現在蠶蛹的雌雄鑒別上。品種多樣性也會增加制種機械研發難度，不同品種的家蠶在蠶蛹的大小、紋理、體色等特征上均有差異，導致現有方法技術難以具備普遍性，影響了設備的研發。

3.2 蠶桑機械研究建議

針對目前蠶桑生產機械化面臨的問題，建議開展多功能桑園管理和家蠶特有養殖裝備研究；注重宜機化研究，推動農機與農藝的深度融合；開展家蠶全齡機械化養殖示范，研究機械化養蠶技術；以及選育草本桑品種，實現桑葉條的機械化收割，從而助推蠶桑生產的機械化發展。

3.2.1 開展多功能桑園管理和家蠶特有養殖裝備研究

針對蠶桑生產機械化研究面臨產業鏈長，需要的設備種類多，從事研發的機構相對較少的問題。一是建議繼續加大從林果、茶葉和蔬菜領域引進管理設備，再根據桑園管理特點對部分關鍵零部件進行改進，使其滿足桑園管理要求。二是建議研發多功能的桑園管理機械，例如以微耕機為動力，設計出具有除草、灌溉、噴霧等通用功能外，還能滿足桑枝伐條的管理機械，并且盡可能實現設備輕量化和部件易更換的功能，重點放在使用電動微耕機為動力。三是建議在養殖機械研究上，重點圍繞喂食、上蔟、除沙等養蠶特有環節開展裝備研究，其他環節注重從家禽、畜禽和其他昆蟲養殖領域引進給料、環境控制和清洗等常規通用設備。并根據蠶房布局，研發高效環保的自動消毒系統，優化消毒方法，避免消毒劑與設備直接接觸，破解傳統消毒方法對設備造成損傷的問題。四是建議管理部門和從業人員積極做好對外宣傳，吸引更多的研究力量投身到蠶桑機械的研究中，共同推動產業的機械化發展。

3.2.2 注重宜機化研究，推動農機與農藝的深度融合

宜機化是實現機械化生產的重要途徑，有效助推了農業機械化的全面發展。但在蠶桑領域，宜機化未能夠得到足夠的重視，相關研究處于空白狀態。蠶桑生產的農藝較為復雜，尤其是在養殖環節，更需要重視宜機化研究，推動農機農藝的深度融合。在桑園管理環節，宜機化包括桑樹栽培的標準化，桑園布局和田間道路改造，桑枝的宜機化嫁接和伐條等。在養蠶環節包括對蠶房和配套設施進行科學規劃，選育強健性好、抗病能力強的家蠶品種，以及定量的農藝規程，精簡和標準化部分農藝操作。

3.2.3 建立家蠶機械化養殖示范基地，研究蠶桑機械化生產技術

針對家蠶生長周期短、樣機試驗受限等問題，建議有條件的研發機構，集中力量開展家蠶全齡的機械化飼育試驗，實現從蠶卵到蠶蛾的全程機械化養殖，并全面對比全齡機械化生產與手工養蠶在人工支出、飼喂效率、蠶繭質量、成本耗費等方面的數據，以此制定出蠶桑機械化生產的農藝規程，為產業的標準化發展和設備研究提供技術支持和數據參考。同時，在設備研發過程中，注重原始數據的積累，為研究蠶蛹雌雄鑒別、蠶繭品質分選機械和病害防治機械等不斷積累原始數據，增加設備對多個品種的適用能力。此外，還應當積極鼓勵蠶桑生產企業、合作社等為蠶桑機械應用創造條件。

3.2.4 選育草本桑品種，積極需求桑葉替代品

針對桑葉采摘是養蠶過程中勞動強度最大、用工量最多的農藝，且目前還依賴人工采摘的問題，建議以實現桑樹的草本化為目標，加大對草本桑品種的選育研究，并積極探索使用草本桑進行家蠶飼喂，然后通過改進牧草和糧食收割機的方式，開展草本桑的收割機的研制，以突破桑葉采摘完全依靠人工操作的問題。

同時，需求桑葉替代品也是一種可行的方法，近年來，家蠶人工飼料研發也是廣受關注的一個熱點，目前實現了小蠶人工飼料養殖。但小蠶食量小，采桑葉所需的勞動強度也小，而大蠶的人工飼料養殖才是決定未來發展的關鍵所在。同時，人工飼料也需要使用桑葉作為部分原材料，因此有必要開展草本桑的品種選育和機械化收割裝備研究。

3.3 蠶桑生產發展趨勢

隨著科技的不斷發展，我國農業生產方式發生了巨大變化，除使用農機裝備代替人工進行田間勞作外，前沿技術不斷被應用到農業生產中，例如使用農業機器人進行田間管理；使用深度學習進行病蟲害檢測預警和畜禽個體生長發育監測；使用物聯網技術開展信息化管理，使用大數據分析進行發展決策和產品溯源等，極大推動了農業生產的信息化和智能化，也為蠶桑產業發展提供了大量參考。

因此，蠶桑生產不僅要突破長期依賴手工操作的問題，還應當融入一批前沿核心技術在蠶桑機械上的應用，面向工廠化養殖、管理信息化和多元化發展的方向前行，才能確保產業的轉型升級和可持續發展。

3.3.1 工廠化養殖

家蠶的工廠化養殖可以突破季節性局限，提升蠶繭產量，增加產業的綜合價值，確保長期發展。工廠化養殖下，飼喂設備根據家蠶生長狀態自動進行精準飼喂，并對生長狀態進行智能識別與預警。通過環境感知與精準調控系統對蠶房環境進行精準控制，結合新的病害防治方法，最大程度確保養殖安全。

3.3.2 信息化管理

信息化管理是智能蠶桑發展的一個重要方向，隨著家蠶飼育模式發生轉變，平均養蠶規模將顯著提升，用工量也將大幅度減少，信息化管理成為必然的趨勢。在信息化管理中，使用傳感器、現代通訊和大數據等技術對蠶桑生產原始數據采集、傳輸和處理，建立起專家系統，用于在線指導一線生產、大規模病害監測預警、產品溯源等和提供產業發展決策分析，不僅能提升管理效率與可靠性，還能夠確保安全科學生產。

3.3.3 多元化發展

栽桑養蠶不僅是一項農業生產，還蘊含著豐富的文化背景。未來，蠶桑也將繼續憑借著其生態價值、經濟價值和文化價值進一步服務“鄉村振興”、“一帶一路”等國家戰略。因此，蠶桑生產機械化在解決生產問題的同時，還應當有助于促進蠶桑文化的傳播與發展，滿足不同用戶的需求，更好地促進產業的多元可持續發展。

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