红花丝机械化采收研究现状分析

阿孜古丽

（塔城地区中等职业技术学校，新疆　塔城　843700）

红花丝机械化采收研究现状分析

阿孜古丽

（塔城地区中等职业技术学校，新疆塔城843700）

摘要：介绍了新疆和国内外红花丝机械化采收的研究现状，对比了不同采收机械的特点，分析了当前机械化采收存在的问题，提出了提高红花丝机械化采收水平的建议，为新疆红花丝采收机械的研究提供参考。

关键词：红花；红花花丝；采收；机械化

0　引言

红花是菊科红花属中的栽培种，学名Carthamus tinctorius L.，为一年或二年生草本植物，又名红兰花、草红花、菊红花、怀红花、川红花和杜红花，其生长期短，具有抗旱抗寒和耐盐碱的能力，在我国新疆、河南、四川和浙江等地都有种植，其中新疆红花种植面积约占全国的80%以上，种植面积达4万hm2，主要分布在塔城、昌吉和伊犁地区。其中红花花丝是红花作物中经济价值最高的物料，具有很高的药用价值，是一种名贵的中药材[1～4]。目前，红花的耕种及籽粒的收获已实现机械化[5～7]，但红花采收仍以人工收获为主，采摘效率低、劳动强度大、采摘时间长，不仅给农民造成了经济损失，也大大降低了红花的产量和花丝质量，制约了红花产业的发展。因此红花丝的机械化采收问题亟待解决，研究红花丝机械化采收现状和技术具有重要的意义。

1　国外红花丝机械化采收现状

国外红花种植分布较广，在很多国家均有栽培，主要生产国有印度、墨西哥、美国、埃塞俄比亚、西班牙和澳大利亚等60多个国家，红花年种植总面积达110万hm2，籽粒产量约89万t。其中，印度年种植面积约76万hm2，籽粒产量约46万t，占世界总面积和产量的50%以上[8]。国外红花种子收获、脱籽、榨油等生产工艺环节均已实现机械化，但红花花丝采收环节仍以手工采摘为主。

图1　背负式采收机　

图2　手推式采收机

近年来，国外针对红花花丝机械化采收问题的研究主要集中在气力式采收方面。早期印度学者研制出两种分别以蓄电池（2003年）和发电机（2004年）为不同动力源的气力式采收机，前者采用背负式（图1），后者采用手推式，根据农药喷雾器改装而成（图2）。在这两种装置中，红花花丝的采摘和收集依靠气体吸力，通过旋风分离器将花丝分离，虽然结构简单、操作方便，在一定程度上提高了工作效率，但仍存在能耗大、采摘量小、噪音高等缺点[9～10]。对此，伊朗德兰黑大学Abuoreihan学院农业技术系的学者Siavash Aetal（2012年）设计了一种由发动机、含有智能刀片的径向风扇、输送管道、将花丝从空气流和储花室分离出来的扩散器及储花室等五部分构成的红花花丝采收机[11]（图3）。与手工采摘相比，虽然该机的采收量大大提高，但由于该机只有一个吸花口，工作时对花丝顶部吸附力小，导致掉落损失量较大，且同样存在噪音大等气力式收获机的共有缺点。

2　国内红花丝采收现状

由于红花植株特殊的外部形态，目前国内红花还停留在人工采收阶段，对红花采收机械开展的研究也相对较少，主要以科研院所和高校为主，如石河子大学、山西农业大学等。山西农业大学的叶全民、左月明（1994年）研制了一种利用气吸原理将果实吸附后经吸气软管输送至集料箱的顶生小果实采摘机[12]（图4），该机专门针对红花设计了负压吸引—剪切式采集头，具有较好的适应能力，但整体结构较大，且未考虑红花花丝的柔韧性，存在切不上，收不净的现象，因此也未得到实际应用。

图3　气吸式采收机　

图4　小果实采摘机

石河子大学的葛云、王磊等人（2012年）在公开发明专利“红花采收器”[15]中提出采用气吸原理梳理花丝，用旋转刀片在吸花口处完成花丝的切割，最后将花丝吸入储花室。此种方法原理可行，易于实现，但是需要将采花器逐朵对准红花进行采摘，采摘效率有所下降。针对上述采花器采摘效率低的问题，葛云、王磊等人又于同年申请了发明专利“红花采收机”[16]。利用开花不同天数的花丝与果球分离力不同的特性，采用对置式的吹气装置将花丝与果球分离，然后由吸气装置将吹落的花丝进行收集并输送至储花室。该装置可以对整株红花进行采收，采收效率高，植株损伤小，即可以保证红花籽的品质和产量，又能实现红花花丝的机械化采收，提高效率，降低个人劳动强度。但是该装置将储花室置于负压风机前方，花丝进入储花室后在负压风力的作用下会堵塞负压风口，降低风力，影响红花收集效果。石河子大学的李树峰、李景斌等人（2012年）在发明专利“便携式红花采收机”[17]中提出一种新的吸花装置机构，与其他气吸式装置不同之处在于其吸花管头部设有剪刀装置，可以解决头部吸花困难的问题。但是该装置也需要将采花机逐朵对准花丝进行采摘，采摘效率不高。石河子大学的李景斌、坎杂等人（2013年）在发明专利“一种便携式单人红花采收机”[18]中介绍了一种用于将鲜花丝从果球根部切割下来的采收机构，该采收机可以克服现有技术中易对人体造成伤害、采收效果差的缺陷，但是该机构同样需要逐朵对准红花进行切割，采收效率也不理想。基于上述机型采收效率不佳的缺陷，李景斌等人在此基础上设计了“一种多人红花采收机”[19]。该装置配有多个切割头，可供多人同时操作，这样虽增加了单台机械的采收效率，可是平分到个人时效率并不高。

图5　小型背负式采摘机　

图6　电动采摘机

此外少数基层农机人员也进行了红花采收机械研制，但研究仍处于起步阶段，并未投入大规模生产应用。新疆裕民县农机推广站联合塔城地区农机站组织技术人员（2010年）研制出一台小型背负式红花采摘机[13]（图5），机器采用风力和吸力原理对红花干丝进行吸收，该机器虽然代替了人工手采，但缺点是不能大面积大量吸收红花干丝，还存在机器刷吸过程中致使红花干丝损失的问题，未得到推广使用。针对此问题，新疆裕民县李建富（2013年）研制出了一个通过电动来模拟人工采摘红花鲜丝的红花采摘机[14]（图6），但该机需要一个人双手把持，仍然存在重量偏重、劳动强度较大等缺点。

综上所述，目前国内在红花采收机领域开展了大量研究，但大都集中在小型便携式、手持式和背负式方面，对于红花采收工艺和物理形态特性研究较少，采收效率和质量有待进一步提高，只适用于小面积红花采收，不适合大规模机械化推广。

3　新疆红花丝采收现状

新疆是国内最大的红花产区，红花种植发展较快。1960年新疆红花播种面积约2 667 hm2，20世纪80年代起，红花常年种植面积达2～2.7万hm2，总产2.7～3.6万t，目前已发展到约4万hm2，占全国红花种植面积和总产量的80%左右[20]。新疆红花产区主要分布在塔城、昌吉、伊犁地区，并在塔城裕民县、昌吉吉木萨尔县以及伊犁霍城县建有红花的GAP种植基地，和田为近年发展的新产区，其中塔城红花种植面积达1.13万hm2，为新疆红花盛产区[21]。目前新疆红花丝采收同样以手工采摘为主，劳动强度大、效率低，且每年的7～8月份是新疆红花的盛花期，红花花丝的收获期正置农忙时节，导致采收季节劳动力紧张，人工采摘花丝成本增加，约占花丝售价的30%～40%[22]，部分红花因无人采集而白白浪费，不仅给农民造成了经济损失，也降低了红花的产量。红花花丝的高成本采摘已成为制约其产业规模化发展的“瓶颈”，新疆红花丝的机械化采收问题亟待解决。

4　红花丝机械化采收存在的问题及发展趋势

4.1存在的问题

（1）红花植株生长特性、物理特性和采收要求增加了红花丝机械化采收的难度。文献资料表明，红花栽培密度相对较大（株距约10 cm），单株开花率高（约15～30个/株）[23]，若逐个采摘新鲜红花花丝，不仅效率低、劳动强度大，而且采摘时间长；此外不同灌溉程度的红花在成熟期时的植株高度、宽度、果球数等物理特性也是不同的，加上红花花丝的采摘期较短，一般为15～20天[24]，许多新鲜花丝因无人采摘而损失严重，而半干花丝和干花丝干脆易碎，与新鲜花丝在采收时形态及力学特性相差较大，导致采摘更加困难。

（2）粗放的红花种植、管理模式制约了红花丝机械化采收的进程。目前新疆红花多采用粗放式种植管理模式，品种繁多（有刺、无刺、水浇、旱作等），造成红花植株物料特性差异较大，不利于采收机械参数的确定和优化，一定程度上制约了红花丝机械化采收的推广实施。

4.2发展趋势及对策

（1）研究选择合理的采摘方式。国内外许多学者和科技人员对红花花丝的采收技术已有多种研究，也取得了较多的成果，大都采用气力式或气力与切割相结合的方式对红花丝进行机械化采收。但仍存在噪音大、红花丝掉落损失严重等问题。因此，应结合当地实际情况，开展相关红花丝的基础性研究工作，在充分研究红花物理特性的基础上，积极探索和选择适合新疆种植模式的机械化采收方式，以减少采收损失。

（2）向多功能自走式方向发展。当前采用的气吸式红花花丝采收机大都采用背负式结构，因自身负荷重、噪声大等原因未能实现田间作业并得到推广，但气吸式采收技术依然存在很大优越性。而且研究表明红花秸秆经粉碎后可直接喂养牲畜，是良好的饲料来源[25]。为提高机械采收效率和利用率，减少生产成本，研究能适应不同红花植株物理特性，集采收、输送、收集多功能为一体的自走气吸式花丝采收机将成为以后的发展趋势。

（3）向标准化、规模化、产业化方向发展。解决红花丝机械化采收问题是实现红花产业化、规模化发展的前提，也是未来红花产业的发展方向。目前国内针对红花采摘的试验装备均分别针对其各自特点展开相关采收机械的研究，在一定程度上制约了红花丝机械化采收的实施，只有选择合适的红花品种，统一规范红花种植和管理模式，促进农机和农艺的相互融合，才能实现红花的机械化、标准化发展。

5　结语

研究红花丝机械化采收技术对提高新疆红花采收效率，减少采收损失和生产成本，提高红花生产的综合效益具有重要的意义，有利于促进新疆特色农业产业发展和农民增收，对加快新疆三大基地建设和提高农业机械化综合水平具有十分重要的意义和良好的应用前景。

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Current State and Development of the Mechanical Harvesting on Saffron Filaments

Aziguli
（Tacheng area secondary vocational and technical schools，Tacheng 843700,China）

Abstract:This paper introduced the current state of the mechanical harvesting on saffron filaments in Xinjiang and domestic and overseas, it compared the featuresof harvesting machine, analyzed the problemsexisting in present mechanical harvesting, and raised the suggestionsofstepping the level ofit, and also provide the reference for design research.

Key words:Saffron；Saffron filaments；Harvest；Mechanization

收稿日期：2015-08-15

文章编号：1007-7782（2015）04-0007-04

中图分类号:S225.99

文献标识码：A

doi:10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2015.04.002