枸杞采摘机研究进展

石志刚 肖宏儒 万如 张最 王亚军 梅松 安巍 丁文芹

摘要：枸杞采摘成为制约枸杞产业发展的关键技术难题，研制枸杞鲜果采摘机是提高劳动生产率、降低生产成本、推动枸杞产业提质增效的根本途径。综述国内外现有枸杞采收机具研究现状，分析目前枸杞采摘机的种类、原理、结构、功能和存在问题，提出枸杞采摘机研究方向和趋势。

关键词：枸杞；采收；机械化；研究现状

中图分类号：S225.93 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）05-0053-04

枸杞系茄科（Solanaceae）枸杞属（Lycium L.）落叶灌木，是“药食同源”功能型植物资源之一，具生态、经济、社会“三位一体”的显著效益。宁夏作为我国和世界枸杞的原产地和主产区，开发利用历史悠久，产业优势明显，是宁夏优势特色战略性主导产业。截至2015年底，宁夏种植规模达到5.71万hm2（85.7万亩），占全国种植总面积的42.5%；枸杞干果产量13万t，占全国总产量的48%；年出口量6 500 t，出口额7 000万美元，占全国出口量的65%和58%；枸杞生产总值突破50亿元。全国13个省市自治区枸杞种植面积达到13.3万hm2（200多万亩），年产干果27万t，枸杞产值超过100亿。

在枸杞产业大发展的过程中，枸杞采摘难、生产成本高等制约产业发展的问题日益突出。宁夏年产枸杞鲜果65万t，采摘成本占总成本的50%以上，每500 g鲜果按1.5元采摘费计算，每年支付的采摘劳务费达19.5亿元。在此情况下，亟需研制枸杞鲜果采摘机，通过机械化提高劳动生产率、降低生产成本，进而推动枸杞产业提质增效。

1 枸杞采摘机国内外研究进展

枸杞在国外分布较少，因此枸杞采收机研究为空白。枸杞采收主要依靠人工完成，存在采收效率低、成本高，采摘高峰期雇工紧张的问题。国内外市场上没有技术成熟的枸杞采收机械，国际对枸杞采收机的研究仅见韩国有相关报道，实地考察后，不能应用于生产。

国内枸杞采摘机械研究始于21世纪初，主要为宁夏、内蒙古、新疆、青海等枸杞种植区开展相关研究。目前，枸杞采摘机有自走式和便携式两种，主要以小型便携式为主。根据采摘原理，国内枸杞采摘机主要分为以下几种：振动式枸杞采摘机、梳理式枸杞采摘机、剪切式枸杞采摘机、气吸式枸杞采摘机、振动式与梳理式组合作用采摘机、气动式与梳理式组合作用枸杞采摘机。所有采摘机都存在采摘方式单一、采摘效果不够理想等问题。

1.1 自走式枸杞采摘机

针对枸杞“无限花序、连续花果”的生长特性，目前研制出5种自走式枸杞采摘机。石志刚等研制隧道式、多频率、高风压组合型自走式枸杞鲜果采摘样机，并于2014年和2015年进行田间试验。刘文海等研发了全自动枸杞采摘收获机；李进玉等研发一种枸杞采摘机；雷泽民等设计了从枸杞树上采摘枸杞的采摘装置。这此装置均主要由行走机构、传动机构、主架体、采摘机构、果实收集机构及果实输送机构等组成；在主架体上设置可上下升降的采摘架，采摘架上设有均匀分布的摇振条，采摘时振动杆插入果树快速摆动振动杆，使挂果枝条摆动起来，成熟枸杞受到的惯性力大于果柄结合力时脱落，掉入底下的收集器中。在主架体纵向通道下部的两侧设有果实收集机构，采摘下来的枸杞通过传送带收集到收集箱。机具优点是实现连续采果，自走式作业，效率较高；主要存在的问题是大量密集的下垂枸杞挂果枝条基本与摇振条平行，摇振条震荡采摘时只有小部分挂果枝条受此作用，另外一部分挂果枝条上的枸杞无法脱落。由于机具的尺寸比较大，摇振条摇振幅度和频率大小受限，挂果枝条上的枸杞鲜果受到的采摘惯性力小于其果柄结合力时，不能被采摘。

郭志东和杨志浩研发一种自走气吸梳齿式枸杞采摘收获机，包括小车、汽油发电机、梳齿采摘器和收集箱。采摘时，握住移动手柄将梳齿采摘器贴近枸杞枝条，引风机抽吸风将枸杞果柄由铅垂状变为偏离铅垂线且与铅垂线夹角在30～90°之间。采摘梳电机带动采摘梳转动，采摘梳使枸杞从树枝上脱落并进入输送袋，最后经风机淸选落入收集箱。此机具主要存在的问题是，枸杞挂果枝条在抽吸风作用下偏离相应角度，使枸杞、果柄与挂果枝条的夹角不明显；质量比较小的未成熟枸杞、花朵、叶片容易偏离枝条，导致采摘梳不能触碰部分成熟枸杞，未成熟枸杞、花朵、叶片被采摘机率增大。

1.2 小型便携式枸杞采摘机

当前，我国的枸杞采摘大多为人工手摘和借助简单便携式工具辅助采摘，具有结构简单、体积小、质量轻、便于携带、工作效率较低等特点。

1.2.1 振动式 曹有龙等针对枸杞生长“无序花序、连续花果”的特点，采用振动原理研制开发出4ZGB-30型枸杞便携式采收机，其采净率达90%左右，果实破损率不足5%，采摘效率是人工的5倍左右，节约采摘费200元/667 m2左右，获宁夏科技进步三等奖。此外，曹有龙、叶力勤、武兵强、李强等、郭清辉等众多科研人员也进行了枸杞采摘装置的设计和研究。他们设计的枸杞采摘机构均包括电源、传动单元、手柄、采果头、另行布置的果实接收单元等，其中采果头主要由振动杆和振动杆压板组成。采摘时，将采果头以与枸杞挂果枝条相垂直的角度插入树体，开启开关，在电动机驱动下采果头的振动杆往复振动，振动叉给枝条一个瞬间作用力，使成熟果实获得惯性力而实现采摘；果实收集单元是另行布置在枸杞树下面的收集装置。这些机构存在的主要问题是振动采摘需要的振动频率和振幅比较大，果实脱落瞬间的速度比较大且方向不确定，导致枸杞着地范围大，不容易收集且损伤率大。另外，枸杞挂果枝条受到持续激振力易对挂果枝条造成内伤，影响果树生长。

向仲荣设计的枸杞采摘器包括电机、振动器、振动杆、弹性的密封条、集果箱等。采摘时，先将枸杞枝条穿过密封条，通过形成密封空腔防止果实外飞，顺着软管进入集果箱中。存在的主要问题是采摘前需将每个枸杞挂果枝条置于密封空腔中，采摘完成后将枝条拉出空腔，采摘操作不方便，降低枸杞采摘速度。

1.2.2 剪切式 赵金鱼等研发的枸杞采摘头安装在手持电钻前端，主要由机壳、固定耙爪、与固定耙爪配合的活动耙爪构成。采摘时，活动耙爪作往复水平运动，与固定耙爪配合实现枸杞果柄切割。曾小虎设计的新型枸杞采摘器包括采果头、手柄、果实收集装置、过滤装置等。采摘果实时，人工拿着机具手柄使采果头抓住树枝，采果头上设置的采果刀使枸杞果柄因受到剪切作用而掉进果实收集装置内。

赵伟康等设计的滚刀式枸杞可选择采摘机包括采摘器、齿轮组合传动、电气部分、储果盒体4部分。采摘时，枸杞果的果柄与枝条相连，成熟时垂于枝条下方，成熟枸杞果由喇叭口进入采摘器容果腔，果柄由分禾鸭嘴送入滚刀和反向滚刀之间，滚刀和反向滚刀的相互作用切断果柄，使枸杞果落入储果盒。

此类机具存在的主要问题有：一是易将成熟枸杞剪破，将未成熟枸杞、花朵、叶片、枝条茎秆剪切下来或割伤，影响枸杞后续生长和总产量；二是对人的依赖程度大，青果、红果选择采摘需要人工操作，采摘效率低。

1.2.3 梳理式 高怀智等研发的梳理式枸杞采摘机主要由材质柔软而富有韧性的梳果器构成，梳果器上均布几个弧形小爪。采摘时，将机具头部伸入熟果柄部或上部，并沿着枝条快速移动，高速旋转的柔性梳果器使成熟枸杞掉入机壳内。

田文庆等研发的枸杞收获机主要由发动机、采摘器、离心风机、分离器等构成，采摘器包括采集扇、采集扇轴、采集电机等。采摘时，电动机通过齿轮带动采集壳内的采集扇转动，将采集器伸入枸杞树枝头，旋转的采集扇将果实采摘到采集器外壳中。

邓沛强等研发的枸杞采摘器主要由采摘装置和收集装置构成。采摘装置为滚筒状可旋转毛刷，并呈树状棘爪排列，连接于枸杞收集管上，可将靠近棘爪的挂果枝条上的枸杞剥落下来，脱落的枸杞经过枸杞导管进入收集袋。

马军等研发的枸杞采摘机包括动力部分、采摘部分和收集部分。采摘部分包括与传动轴连接的毛刷体以及设置在毛刷体下方的过滤装置，传动轴可带动毛刷体旋转，将靠近的枸杞剥落下来。主要存在的问题：一是由于枸杞枝条韧性大，果柄柔软，采摘机具仅能使部分成熟枸杞脱落；二是枸杞果实在挂果枝条上的挂果点通常呈90°或180°的规律分布，需要将采摘头绕着挂果枝条的轴线人工辅助捕捉采摘，效率低。

高怀智等设计的枸杞采摘电动机械手包括转轴、弧板、机械指、拇指根肚、辊等。采摘时，充当手掌的弧板上铰轴限制机械指运动方向，在凸轮控制下，机械指及拇指根肚收缩，个体较小的青果及叶子从指缝钻过，个体较大的熟果被揪下，并进入机械指与拇指根肚形成的空间。每台机子可以有几个机械手，每个机械手上有数个机械指，同时采摘。主要存在的问题为：大部分枸杞果实轴线与果柄轴线呈一定角度而不是同轴，指缝顺着果柄捋过时，果实与果柄不同轴的未成熟枸杞被揪下，当花朵和叶片穿过指缝的角度刚好被卡住时也被揪下，容易损伤枸杞果实。

刘云设计的枸杞采摘耙和杨永顺设计的枸杞采摘器均由梳齿和收集单元组成。梳齿之间的距离小于枸杞直径但大于果柄直径，梳齿下面设有收集单元。这两种机具均存在的问题是：梳齿摘捋下成熟枸杞果实的同时，也将未成熟枸杞果实、花朵、叶片摘捋下来，对枸杞后续生长不利。

1.2.4 气吸式 张换高等研发的气吸式枸杞采摘机由机架、采集装置、动力装置和存储装置等构成。采集装置包括吸头、吸入软管、出气软管和吸入管连接器。气泵工作产生的少量压缩空气提供给空气放大器，其一端产生负压效应，产生真空低压区，并通过吸入软管将枸杞吸到收集桶内。在整个采摘过程中，没有机械机构或零部件与枸杞果实和枝叶产生接触。主要存在的问题是：机具产生的气压大小和量比较有限，气压经过气管时产生很大阻力，从而造成压力损失，难以持续提供稳定的、使成熟枸杞脱落的气压。

1.2.5 振动式与梳理式组合式 王宁州研发的便携式枸杞采摘机包括手持部、采摘头、动力输出模块、电源，可以设置自动、手动模式及调整电动机转速。自动时，CCD传感器采集到成熟枸杞的红色信号后，电动机旋转；若无红色信号，电动机不转动。手动时，CCD传感器不参与工作，人工控制电动机旋转。采摘头通过电动机带动以预定旋转速率转动，以高出旋转频率4倍的震动频率上下振动。采摘胶头由柔软橡胶制成，在振动盘的另一面上呈梳状排列，排列间距为10 mm。当振动盘带动采摘胶头做振动及梳滤动作将成熟的枸杞从树上摘下，以完成枸杞采摘。主要存在的问题是，柔软的果柄、花柄、叶片缠在转动的采摘胶头上，由于采摘胶头同时在上下振动，振动产生的拉力将带着果柄的枸杞、带着花柄的花朵、叶片从挂果枝条茎秆拔掉或撕碎，既影响枸杞质量又影响枸杞总产量。

2 枸杞采摘机研究方向及趋势

2.1 研究方向

2.1.1 提高采净率 现有大部分枸杞采摘机的采摘方式没有充分考虑枸杞树的生长习性，采摘方式单一，导致采摘效果不够理想。根据成熟果实、青果、花蕾的果柄结合力，选择合适的振动频率和振幅。枸杞与果柄结合力的大小随环境中各种因素变化而变化，应根据试验和计算确定两者与外界因素之间的关系，得到最优振动方式与环境因素的参数组合，提高成熟枸杞鲜果的采收效率和质量。

2.1.2减少损伤率 枸杞鲜果是浆果，皮薄易损伤，轻微作用力会导致其制干后变油果，造成售价下降。目前，采摘机无法充分保护未成熟枸杞、花朵、叶片、枝条茎秆，在采摘成熟枸杞的同时不可避免地对下一茬生长造成损伤。采摘机具的材料、分布方式、作用方式等需要合理选择与组合，以不影响下一茬枸杞生长为前提。同时，保护采摘下来的成熟枸杞不受碰撞、挤压等伤害，避免机具采摘的枸杞加工成产品时因内伤而发黑，影响其商品价值。

2.1.3 提高整机作业效率 目前，半机械化的小型便携式枸杞采摘机研究占据主体地位，大型自走式枸杞采摘机研究很少。便携式采摘机人工依赖程度大、效率低，远不能满足市场需求。需要根据枸杞树尺寸设计大型枸杞采摘机具，使采摘、收集、转运等环节摆脱人工依赖，实现采摘机械化。

2.2 发展趋势

2.2.1 大型自走式 小型便携式枸杞采摘机对提高采摘效率作用不明显，且对人工依赖程度大，不能满足枸杞采摘期相对集中的季节要求。大型自走式枸杞采摘机多个采摘头同时作用于挂果枝条，能大大提高采摘效率，可保证在短时间内完成工作任务。

3.2.2 智能化采摘 智能化枸杞采摘机采用计算机智能视觉系统，根据果实颜色确定其成熟度，再由计算机控制系统决定是否采摘及采摘部位。这种智能采摘机械可以实现精确的“标靶”采摘和最佳采摘期采摘，确保果实品质优良。

3.2.3 农机农艺融合 应从枸杞全程机械化整体考虑，从枸杞品种、株行距、栽培模式、作业方式等综合考量，围绕枸杞机械化采摘等关键环节机械化作业对农艺的要求，选育适宜品种，开展适宜于机械化作业的枸杞建园模式、株行距配置、树型培养、整形修剪等配套农艺措施研究，按照枸杞鲜果机械化采收机工作要求，建立枸杞机械化采收生产技术体系，提出机械化技术模式和优化途径，实现农机农艺融合。

3 结语

枸杞鲜果采摘机研究相对滞后，导致枸杞旺盛需求与日益短缺的劳动力矛盾日益突出，研制适宜枸杞生长特性的大型自走式枸杞采摘机，建立适宜枸杞机械化采收的农机农艺融合生产体系，对枸杞产业提质增效、转型升级和农民增收、农业增效具有重要意义。

参考文献

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[3] 李强，叶力勤，安巍.枸杞采摘机的适采条件[J].新疆农机化，2009（3）：44-45.

Abstract：Chinese wolfberry picking has become a key technical problem which restricting the development of Chinese wolfberry industry. DevelopingChinese wolfberry picking machine is the fundamental way to improve labor productivity， reduce production costs and promote the quality and efficiency of Chinese wolfberry industry. This paper summarizes the existing research status of Chinese wolfberry picking machine at home and abroad， analyzes the current types， principles， structure， functions and the existing problems of Chinese wolfberry picking machine， and puts forward the research direction and trend of Chinese wolfberry picking machine.

Key words： Chinese wolfberry； picking；mechanization；research status