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　　挖藕技術(shù)研究現(xiàn)狀及黃河三角洲地區(qū)蓮藕采收技術(shù)前瞻

蓮藕是我國極其重要的水生蔬菜，具有良好的經(jīng)濟價值與營養(yǎng)價值。然而，由于蓮藕種植環(huán)境和生長條件的特殊性，蓮藕采收環(huán)境惡劣，而且機械化水平低，主要以人工作業(yè)為主，勞動強度大。隨著農(nóng)村勞動力資源短缺和用工成本的快速提高，大大增加了蓮藕的生產(chǎn)成本，降低了蓮藕產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益，導致農(nóng)民從事蓮藕種植的積極性越來越低。

為了提高蓮藕種植的經(jīng)濟效益，推進蓮藕產(chǎn)業(yè)省力高效規(guī)?；l(fā)展，國內(nèi)外學者根據(jù)蓮藕的種植特點，研制了簡單的蓮藕收獲機具，部分實現(xiàn)了蓮藕采挖機械化。本文通過查閱相關(guān)文獻、收集資料，闡述了蓮藕采收模式的發(fā)展歷程以及存在的優(yōu)缺點，并介紹了黃河三角洲地區(qū)蓮藕的種植環(huán)境、生長周期和分布特點，提出了適合黃河三角洲地區(qū)蓮藕種植模式的機械化采藕的發(fā)展方向。

1黃河三角洲地區(qū)蓮藕的生長和分布特點

我國蓮藕種植約有3000年歷史，遍布華南、西南、長江和黃河流域。黃河三角洲四季分明，光照充足，水資源較為豐富，年平均氣溫11.7～12.6 ℃，為蓮藕作物生長提供良好的生態(tài)條件，與華南及長江流域河湖深水種植方式相比，黃河三角洲地區(qū)的蓮藕種植屬于淺水種植。

此外，由于蓮藕對鹽堿地有較好的適應能力，同時對水體中總氮（TN）、總磷（TP）、氨氮（NH3-N）和化學耗氧量（COD）有良好的去除作用，因此，在低產(chǎn)的鹽堿地上因地制宜發(fā)展蓮藕產(chǎn)業(yè)，有利于實現(xiàn)生態(tài)效益和經(jīng)濟效益最大化。如東營濱海地區(qū)針對鹽堿地含鹽量高、通透性差的突出問題，在多年的探索實踐中，已經(jīng)總結(jié)出一套保證蓮藕優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的栽培技術(shù)，促進了當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展。

近年來黃河三角洲地區(qū)蓮藕種植行業(yè)不斷發(fā)展，已經(jīng)具有相當?shù)囊?guī)模，其蓮藕種植面積一直穩(wěn)定在1.84萬hm²以上，占全國栽培面積的6.8%以上，高于全國平均水平。黃河三角洲地區(qū)蓮藕產(chǎn)品以其味甜而脆的口感和很好的藥用價值，蓮藕及蓮藕產(chǎn)品熱銷全國20多個大中城市并遠銷海外。

蓮藕是一種易種難收的農(nóng)產(chǎn)品。黃河三角洲地區(qū)蓮藕一般種植產(chǎn)量為3.75 kg/m²、單支整藕質(zhì)量3～4 kg，則整藕分布密度為0.94～1.25支/m²，平均約1支/m²。蓮藕群體的水平分布沒有明顯的規(guī)律，不同的藕支在田間隨機分布；蓮藕的垂直分布比較規(guī)律，黃河三角洲地區(qū)現(xiàn)代品種入泥較淺，一般深30～50 cm。黃河三角洲的蓮藕采收期從每年8月開始，至次年4月結(jié)束，采收周期長。

2蓮藕的采挖

2.1人工采收

由于缺乏采挖效率和質(zhì)量比較理想的采藕機械，目前蓮藕的采挖仍然以人工為主，主要分為以下2種形式。

2.1.1人工鏟挖式

人工鏟挖式在蓮藕采挖前需要排干池水，蓮藕采挖時使用挖藕鏟翻泥采挖（挖藕鏟是能夠翻挖蓮藕周圍淤泥以及舀走少量水的專門的工具）。以蓮藕入泥深度30～50 cm計，則泥土翻挖量3 000～4 950 m³/hm²，需要人工150～180 個/hm²，勞動強度大，如果用工成本價格按照每人150～300元/d，勞動力支出費用將達到蓮藕種植總投資的40%以上，嚴重限制了蓮藕種植的規(guī)模化發(fā)展。挖藕鏟在人工采挖中的應用如圖1所示。

圖1 挖藕鏟在人工采挖中的應用

2.1.2人工水沖式

人工高壓水沖式需要采藕工人攜帶高壓水槍，利用高壓水的沖力將蓮藕周圍的淤泥破碎，使蓮藕與淤泥分離，便于人工采藕。高壓水沖代替人工鏟挖在一定程度上降低了勞動強度，提高了勞動效率，平均每天每人采挖100 kg，以產(chǎn)量1.80～2.25 t/hm²，需要人工150～180個/hm²。

但是在冬季低溫期，人工費用仍可達到蓮藕售價的30%以上。此外，使用的高壓水槍的壓力大多不可控，容易造成蓮藕表體的損傷，制約經(jīng)濟效益的提高。人工水沖式在人工采挖中的應用如圖2所示。

圖2人工水沖式在人工采挖中的應用

人工采收方式具有高成本、低效益的缺點。蓮藕人工采收作業(yè)環(huán)境惡劣，勞動強度大，用工成本高；人工采收方式損傷藕體，影響蓮藕品質(zhì)，且低采出率低導致部分蓮藕未能及時挖出而在淤泥中腐爛，造成經(jīng)濟損失，效益低。

2.2機械采收

根據(jù)挖藕機械的工作原理分為鏟挖式和噴流式。鏟挖式挖藕機是通過固定在挖藕機上的鏟子或其他機構(gòu)將蓮藕直接從泥里撅起，再經(jīng)過人工沖洗，作業(yè)工序比較簡單。但由于蓮藕在藕塘中的分布沒有規(guī)律，蓮藕枝抗壓能力較差、質(zhì)脆而易斷，鏟挖式挖掘極易損傷蓮藕品質(zhì)，因此，鏟挖式挖藕機應用并不廣泛。

噴流式挖藕機采用高壓沖水的方式，通過高壓水流將蓮藕周圍淤泥切割、粉碎，使蓮藕依靠浮力浮到水面，且水壓可調(diào)節(jié)到合適壓力以降低損藕率，很好地解決了鏟挖式挖藕機所存在的采挖效率和采挖質(zhì)量之間的矛盾。因此，噴流式挖藕是最為合理的方式，也是應用最為廣泛的方式。

蓮藕在歐美國家的認知低，沒有相關(guān)蓮藕采收技術(shù)的研究資料，在東南亞地區(qū)受到普遍歡迎，使蓮藕采收技術(shù)得到發(fā)展，日本日東工業(yè)曾在20世紀80年代研制了噴流式挖藕機，但實際應用中該機器存在操作復雜、采出率低等問題。近幾十年來，我國先后研制了多種類型的挖藕機，根據(jù)其在作業(yè)過程中的行進方式主要可分為漂浮式和自走式。

2.2.1漂浮式挖藕機

漂浮式挖藕機應用于深水藕田，主要包括浮筒式（圖3）和船式，兩種機械結(jié)構(gòu)上有所區(qū)別，但是原理相似。該類挖藕機集動力機、水力系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)和船體于一體，融采挖作業(yè)和清洗作業(yè)功能于一身，利用高壓水流對泥土進行沖刷，使凈藕自動浮出水面。

圖3浮筒式挖藕機

微山縣微山湖挖藕機械制造廠生產(chǎn)的4CW-2.6型船式挖藕機，集動力機、高壓水泵、噴射裝置、挖藕支架、行走系統(tǒng)、液壓操作機構(gòu)與船身為一體，使船體懸浮或半懸浮于水中，在船內(nèi)完成吸水、加壓噴射、挖深控制和行走等全部工序。

高壓噴頭和鏟泥板組合的采挖法增加了挖泥深度，提高了采挖效率和采凈率，從而提高了挖藕機的適用范圍；液壓傳動與液壓操作法利用液壓傳動，提高了挖藕機傳動效率和穩(wěn)定性。

挖藕機的采凈率為96%，破損率為3%，工作幅寬為2.6 m，適水深度為0.3～1.3 m，可以應用于深水藕田作業(yè)環(huán)境，作業(yè)油耗為4～5 L/h，工作效率為0.02～0.03 hm²/h，效率大大超過人工。

南京農(nóng)業(yè)大學研制的4SWJ-1型船式水力挖藕機，主要由動力輸出裝置、蓄水裝置、牽引機構(gòu)、擺動機構(gòu)、工作執(zhí)行機構(gòu)和船體6部分組成。船體的設(shè)計減少了行進阻力；選擇普通清水離心泵，水泵揚程≤45 m；液壓馬達提供動力，其輸出軸與減速器鏈傳動方式，可以降低行走速度同時提高液壓馬達輸出力矩，通過改變液壓馬達排量可以實現(xiàn)調(diào)速以便適應不同水深的藕田；擺動機構(gòu)采用單液壓缸控制，擺動頻率可調(diào)節(jié)。

該船式水力挖藕機作業(yè)效率0.007 hm²/h，采凈率≥95％，破損率≤5%，工作效率是人工水沖式挖藕的3倍以上［14］。南京農(nóng)業(yè)大學在該挖藕機基礎(chǔ)上研制了4SWO-1.2型船式水力挖藕機［10］。

華中農(nóng)業(yè)大學研制的4CWO-3.2型船式挖藕機集動力機、水力系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)、操控系統(tǒng)和船體于一體，可實現(xiàn)采挖、清洗作業(yè)。整機重心橫向坐標在船體縱向?qū)ΨQ線上，重心高度坐標低，從而保證船體受力均勻，減少行駛阻力，具有良好的直線行駛特性；其噴嘴往返運動機構(gòu)設(shè)計為雙向螺旋機構(gòu)，可適當放大工作行程，減小噴嘴工作行程從而減小挖藕機結(jié)構(gòu)尺寸；該挖藕機的使用還有利于排澇、清淤和除草等作業(yè)。

挖藕機向下傾斜工作幅寬3.2 m，最大挖藕深度0.8 m，挖藕機適水深度0.2～1.8 m，作業(yè)行駛速度0.50～1.97 m/min，作業(yè)油耗率6～8 L/h，生產(chǎn)率0.010 0 ～0.037 5 hm²/h，采凈率≥95%，破損率≤3%。

山東華盛中天機械集團股份有限公司生產(chǎn)的4W-100型挖藕機由柴油機、鋼鐵浮體和二次增壓高壓噴嘴組成，工作幅度1 m，最大挖藕深度0.6 m，挖藕機適水深度0.25～0.30 m，需要2人下水操作，純工作小時生產(chǎn)率≥80 m²/h。每天工作8小時可挖藕667～1 001 m²，降低了用工成本。

目前市面上在售的小型挖藕機大多為浮筒式挖藕機，如千碧荷機械制造有限公司制造的Q1～3型挖藕機、山東永航重工機械有限公司制造的1300型挖藕機、濟寧凱捷機電科技有限公司制造的水泵高揚程式自吸抽水挖藕機、濟寧鼎誠工礦設(shè)備有限公司制造的DC型挖藕機和安徽省長葛市宇龍實業(yè)股份有限公司制造的船載往復水槍式挖藕機等。

上述挖藕機擺動裝置可調(diào)節(jié)，利用噴射裝置完成挖藕作業(yè)，主要應用于淺水藕田，在很大程度上提高了工作效率，降低了人工勞動成本。但實際調(diào)研表明，目前的挖藕機普遍存在工作不穩(wěn)定、采收效果不理想、自動化程度低等問題。

漂浮式挖藕機具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便等優(yōu)點。然而漂浮式挖藕機存在許多缺點：①噴嘴與泥面的距離不固定，故采藕效果不穩(wěn)定，采出率低，對蓮藕品質(zhì)損傷較大；②功能單一，無藕稈和水草切割裝置以及撥禾裝置，增大行進阻力，影響作業(yè)效率；③在藕塘中沒有很好的平衡能力，不便于控制沖藕高度和壓力，挖藕效果不穩(wěn)定；④無行進機構(gòu)，藕塘轉(zhuǎn)場作業(yè)依靠人力拖拽，勞動強度較大。

2.2.2自走式挖藕機

自走式挖藕機應用于淺水藕田。該類機械依靠機械傳動和液壓控制實現(xiàn)自動行走作業(yè)采挖蓮藕作業(yè)。機械傳動系統(tǒng)使得挖藕機可進行水陸行走，解決了挖藕機運輸不便的難題。由高壓水泵、供水軟管等裝置組成的液壓控制系統(tǒng)增強水流壓力，切割并沖散蓮藕依附生長的土壤層，使蓮藕依靠浮力浮出水面。

湖北省武漢市南通江華機械有限公司研制的4OZ-3型自走式水壓蓮藕掘取機由自走式水力作業(yè)機和地面水泵機組兩部分組成，依靠機械傳動控制實現(xiàn)自動行走作業(yè)，依靠液壓電器實現(xiàn)掘取蓮藕作業(yè)。挖藕機噴管的擺動幅度、擺動頻率和挖藕機前進距離等參數(shù)均可以根據(jù)藕田的土壤條件、蓮藕的生長狀況來調(diào)節(jié)，選擇相對合適合理的組合參數(shù)，使挖藕機達到最佳的工作狀態(tài)。

該機在正常運行狀態(tài)下，平均每臺機器每天挖667 m²地，是人工采挖效率的10～15倍，大量節(jié)省用工成本。但是，該產(chǎn)品在生產(chǎn)試用階段出現(xiàn)爬坡作業(yè)和轉(zhuǎn)向作業(yè)過程發(fā)動機過載自動熄火等問題，無法正常作業(yè)而影響進一步推廣。為此，需要研制了一種液壓自動切換閥，與雙聯(lián)泵配合使用，以滿足該系統(tǒng)空載與帶載的調(diào)速要求，避免熄火現(xiàn)象。

該類挖藕機具有作業(yè)幅寬大，采挖速度快，可轉(zhuǎn)場作業(yè)等優(yōu)點，但是仍存在許多不足：①噴水裝置擺動幅度受限，壓力不穩(wěn)定采藕損傷率高；②無導航裝置，重挖和漏挖現(xiàn)象嚴重；③無切割藕莖裝置，雜草藕稈等在機器作業(yè)過程中產(chǎn)生較大阻力，作業(yè)過程需要人工清除田間藕稈。

國內(nèi)有很多單位和個人對挖藕機進行了技術(shù)上的探索，并取得了專利。如武漢大全高科技開發(fā)有限公司研制的多功能智能挖藕機，孫慶東研制的聯(lián)合式挖藕機，宋加龍研制的挖藕機，周明全研制的高效智能多用船式挖藕機。

2.3黃河三角洲地區(qū)采藕機的發(fā)展方向

黃河三角洲地區(qū)的藕田土壤按照粒度分類屬于砂壤土，鹽堿地種植，無防滲膜和底部硬化，水層深度40～80 cm，具有單塘面積大、藕塘密集的特點。傳統(tǒng)人工采收技術(shù)成本高效率低，已有機械采收技術(shù)尚未成熟因此，筆者認為，集履帶式行走系統(tǒng)、藕稈切割裝置、噴流式擺動沖水系統(tǒng)、自主導航和無人駕駛控制系統(tǒng)于一體的履帶自走式水力采藕機適合黃河三角洲地區(qū)挖藕機未來發(fā)展方向。

（1）該類設(shè)備應具備自行走能力，可進行前進、后退、轉(zhuǎn)場作業(yè)；挖藕機前方應具有藕稈切割裝置以減小行走阻力，切割裝置根據(jù)工作參數(shù)和蓮藕莖稈力學特性選擇合適的切割力度和切割功率；設(shè)備質(zhì)量與履帶面積應依據(jù)蓮藕表面抗壓特性合理設(shè)計，不應在行走過程中因壓力損傷蓮藕。

（2）噴流式擺動沖水系統(tǒng)應具有上下高度調(diào)節(jié)和前后左右擺動的功能，實現(xiàn)對淤泥的充分沖刷，從而使干凈的蓮藕自身浮力的作用下浮出水面，挖藕機后方帶有蓮藕收集裝置，無需人工下水作業(yè)。高壓水泵應根據(jù)系統(tǒng)分析原理，實現(xiàn)優(yōu)化選型，吸收藕池中的水并經(jīng)過過濾為噴管提供水源。

（3）將自主導航系統(tǒng)應用于水生蔬菜機械，實現(xiàn)路徑規(guī)劃和無人駕駛作業(yè)，避免蓮藕采收時的重采和漏采，同時可以計算采收面積，實現(xiàn)蓮藕采收的精準化和智能化。履帶自走式水力挖藕機將能在不同水深的藕田完成藕稈切割和高效低損傷采藕的聯(lián)合作業(yè)，可以顯著降低蓮藕采收的勞動強度并提高作業(yè)效率。

3結(jié)束語

蓮藕采收技術(shù)對蓮藕產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要，目前市面現(xiàn)存的漂浮式和自走式挖藕機普遍存在操作復雜、工作不穩(wěn)定和采收效果不理想等問題，尚無定型理想機型可實際應用。隨著山東省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化升級，黃河三角洲地區(qū)的蓮藕采收技術(shù)必將朝著智能化、高效化和標準化的方向發(fā)展。

本文來源于2018年5期《農(nóng)業(yè)工程》雜志（中國科技核心期刊）

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