中国马铃薯产地贮运工程技术分类与集成

孙洁+王希卓+黄振霖+孙海亭+程勤阳+朱明

摘要：针对中国马铃薯（Solanum tuberosum）产业发展的问题，深入调研马铃薯四大主产区，分析归纳了现有产地贮运工程技术，并采用线性分类法进行技術分类。按技术属性和特征，以大类、中类、小类、子类逐次将马铃薯产地贮运技术划分为相应的类目，将其纳入农产品产地加工与储藏工程技术体系，揭示其结构与功能。同时，对目前使用较广的技术进行集成，总结得到5种技术集成方案，提出了适于种植专业合作社、家庭农场和企业等新型经营主体的技术集成。

关键词：马铃薯（Solanum tuberosum）；产地贮运；技术分类；技术集成

中图分类号：S532 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）02-0314-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.02.027

马铃薯是世界第四大粮食作物，在保障粮食安全、实现千年发展目标方面具有不可替代的作用[1]。马铃薯产业链长，目前广泛应用于食品、医药、石油、日用化工等行业，其加工制品需求和增值潜力巨大。近年来，随着马铃薯主粮化战略的提出，发展马铃薯产业成为新形势下推进中国农业供给侧结构性改革，加快农业转型升级，促进稳粮增收、提质增效和农业可持续发展的重要途径。到2020年，主食消费将占中国马铃薯总消费量的30%[2]，为实现这一目标，需加大力度以加工转化拉动马铃薯生产和消费，短期可通过马铃薯初加工，保持和提高传统马铃薯产品和鲜薯消费[3]；中期则需突破马铃薯精深加工技术和装备缺口，生产多元化的马铃薯主食产品[4]，从而总体提升中国马铃薯主食消费地位。在这一进程中，产后贮运是衔接马铃薯上游生产和下游加工的关键环节，不仅要着力降低鲜薯原料损失率，保证供应，还要解决加工原料在生产周期内的质量安全问题，为马铃薯主食化加工提供原料质量和数量双重保障。然而，中国马铃薯生产仍以组织松散、技术装备水平差的分散经营为主，特别是产后贮运设施简陋、贮藏量小而分散、管控技术落后、专业化水平低[5]，贮期损失率高达15%～30%，每年造成的经济损失达100亿元以上；并且产地收储运及加工各环节脱节严重，产业链衔接不畅，整体运行效率差。此外，随着专业种植合作社、家庭农场等新型经营主体的不断壮大，现有马铃薯贮运方式已无法满足大规模和机械化生产要求，对落地性强、效益突出的技术模式需求极为迫切。本研究既在满足不同经营主体差异化需求的前提下，对马铃薯产后贮运工程技术进行分类、选择、集成、优化，分析不同组织模式和集成技术的应用情况，总结出适宜于现阶段中国马铃薯产业发展的集成技术方案，以期实现马铃薯产后贮运技术要素全过程控制，引导从事马铃薯产地贮运的各类经营主体发展态势达到最优，使之成为带动马铃薯产业发展，实现农业提质、农户增收的主要力量。

1 马铃薯产地贮运工程技术与装备

马铃薯产后技术主要包括收获、输送运输、预处理和贮藏等环节，整体技术流程见图1。马铃薯产地贮运各环节包括的主要单项技术和装备见表1。

1.1 收获技术及装备

收获是影响马铃薯产后贮运质量的要素，也是马铃薯产后贮运工程技术集成不可或缺的技术环节。马铃薯收获主要由挖掘、分离、捡拾和装运等工序组成[6]，可分为人工、畜力和机械收获。人工收获装备为原始的铁锹、锄头、耙子等，特点是效率低、装备成本可忽略不计。机械收获分为联合收获、分别收获和分段收获[7]，目前中国产地大多采用分段式收获。分段式收获机常为管钢机架，配有限深轮、挖掘铲板和两级筛土链，需要另外配置牵引机具，薯块集中铺成一个狭窄条后依靠人工捡拾装袋。联合式收获机可一次性完成挖掘、输送分离、除秧、薯块输出作业。机械收获较人工收获效率有大幅提升，单位作业成本比人工收获低，但国产联合收获机造成的马铃薯表皮破损率和漏收率也不容忽视，而选择进口装备则购置成本较高，通常适用于有实力的专业种植合作社、企业等的规模化生产。由于机械化收获对马铃薯的种植方式、品种及地形地貌等均有较高要求，目前在北方一作区的内蒙中部、东北和西北平原地区普及率较高，其他地区仍以人工收获为主。

1.2 输送运输技术及装备

马铃薯产后由田间至贮藏区域的运输在中国已基本实现机械化。主要装备为农机车和货车，较大产区的长途运输则常见装载货车。仅有一些地势陡峭，不宜机械运输的山区，或产量极少、仅供自用的地区还存在部分人力、畜力运送的情况，基本可忽略不计。贮期输送方式根据贮藏设施的不同而略有差异，一般储量在20 t以下小型贮藏设施，仍然依靠人力背运、手推车等输送；储量较大的通风库、贮藏窖群等，各类农用车、小型货车可直接驶入库内装卸。一些大型鲜销商品薯和种薯生产企业，采用各式皮带、轨道输送机，便于提高输送效率，并与分级清选等环节和设备衔接。

1.3 清选分级技术及装备

机械清选和分级技术常见的有基于质量分级技术的质量传感分级机、以马铃薯体积分级技术为基础的网眼、滚筒、长径比分级机；高端清选技术通常使用色选[8]和光选技术[9]，特别是采用了机器视觉和近红外技术[10]的在线无损检测并自动分级马铃薯分选生产线，可同时完成马铃薯外部缺陷和内部品质检测、剔除和分级。在中国马铃薯主产区，仍以人工清选分级为主，主要包括人工去石、除杂、拣选、目测分级等步骤，通常在田间收获时一并完成。分级标准多为3级，一般以150 g为界，按薯块质量分为大薯、小薯和残次薯。在种薯生产及高端鲜食马铃薯收储过程中，部分企业采用机械清选技术，装备主要包括振动筛、干刷机、一体化分拣机等。目前，质量分级和体积分级装备是中国马铃薯设备分级的主要技术形式。由于价格昂贵，光学分拣装备目前在产地大宗贮藏方面尚未具备市场化意义。

1.4 包装技术及装备

马铃薯包装主要分为人工包装、半机械包装和全自动包装技术。人工包装的称重、封口等均由人力完成；半机械包装的称重由设备完成，封口由人工完成，或在一些辅助机械的帮助下，由人工完成过程作业。也有称重、包装一体机，可进行全自动化生产线作业。在中国马铃薯主产区，包装环节仍以全人工包装和简单机械辅助包装为主。

1.5 贮藏技术及装备

中国常见的马铃薯贮藏设施包括井窖、窑窖、自然通风贮藏库、恒温贮藏库、机械冷库等[11]。其中传统的井窖、窑窖因技术落后、损失率高等弊端已濒于淘汰，少量仅见于农户自用马铃薯的贮藏。自然通风库和贮藏窖[12]是近年在北方产区应用较广的贮藏设施，特点是建造成本低、能耗小、容量大，坚固耐用，出入方便，便于管理。若加装机械通风系统，则贮藏效果更佳，适于自然冷源充沛或气候条件适宜的地区。机械恒温库配有专业通风系统和制冷设备，可实现对马铃薯贮藏环境温湿度和CO2的精确控制，贮藏期间还可进行辅助手段，如抑芽剂、抑菌剂喷施处理等，但是造价和运行成本也相应较高，主要应用于种薯、高端商品薯和大型企业加工原料薯的贮藏。

1.6 杀菌技术及装备

中国马铃薯主产区的贮藏设施消毒主要为贮藏环境硫磺熏蒸、喷洒石灰粉或消毒剂等，多为人工喷洒；抑菌技术主要以药剂喷施为主，常用于马铃薯贮期的防腐剂主要有四氯硝基苯、硫磺、百菌清、多菌灵等[13]，或采用臭氧发生器、紫外光照射等方式进行灭菌处理，目前由于国内相关装备效果不佳而应用较少；辐照技术则是利用安全剂量的射线或电子束照射来达到马铃薯防腐保鲜的效果[14]，由于辐照剂量及安全性在学界一直存疑[15]，并且辐照成本相对较高，目前在中国产地的相关应用也极为罕见。

1.7 管控技术及装备

管控技术是马铃薯产后贮藏的核心技术，任何马铃薯贮藏设施都需精准环境控制及标准贮期管理。温度控制通常以建筑材料和控温装备相结合的方式实现。产区常见的保温材料以苯板和聚氨酯发泡材料为主；控温装备以机械制冷系统、电加热器及送风系统为主，温控精度较高；自然通风设施则利用内外温差或压差进行气流交换，依靠风道、无动力风球、气窗等控制贮藏环境温度，控制精度因设施设计建造、气候条件和管理等因素而差异较大。人工湿度控制主要依靠地面和墙体洒水，机械控湿装备包括雾化设备、喷淋设备等，也有利用湿帘风机进行加湿。在中国马铃薯产区，自然通风的中小型通风库和贮藏窖贮期控制多依靠人工，管理人员根据温湿度计显示或凭经验打开或关闭门、气窗、风道盖板等进行贮藏环境控制；条件适宜的地区，通常以加装轴流风机、温湿度传感器和自控装备的方式，实现自然通风库和贮藏窖内环境的自动化管理；恒温库、机械冷库等高端贮藏设施采用计算机程序监控温湿度的变化，还有些设施接入了物联网控制技术，实现了对贮期环境温湿度、气体成分、马铃薯品质变化等的全程监测和智能化控制，目前在中国只应用于少数具有雄厚实力的种业集团。

1.8 辅助技术

马铃薯贮运的辅助技术，如抑芽技术可有效保持商品薯和加工薯品质。抑芽技术主要以温度控制和抑芽剂喷施为手段[16]，温度控制是将贮藏环境温度控制在萌发基础温度5 ℃以下，以达到延长休眠期的目的；目前常见的抑芽剂是氯苯胺灵（CIPC）和青鲜素（MH）[17]，其中CIPC在世界范围内的应用已超过50年[18]；装备方面，雾化器可以低速风将药剂通过库内通风系统送入薯堆内部，使抑芽剂的施用量更少、分散更均匀，效果尤佳。中国马铃薯贮期抑芽主要以温度控制为主，抑芽剂及喷施装备的使用尚不多见，目前仍处于研发和推广阶段。

2 马铃薯产地贮运工程技术分类

2.1 技术分类方法和原则

农产品产地加工与储藏技术体系整体上可分为产地加工、产地输运、储藏及综合四大专业技术门类，各专业技术门类功能之和构成该工程技术体系的完整功能[19]。由于农产品产地加工储藏领域中很多工程技术涉及多学科、多门类的科学技术综合应用[20]，为了避免分类技术交叉，体现各技术层面的功能属性，该技术体系分类应以生产内容为主体，将技术链条的完整功能作为技术分类的基本依据，遵循层次性、稳定性、开放性、现实性等系统原则，采用线性分类法对其进行纵向层次划分[21]，以属性和功能作为分类依据，而对具有多种功能的技术，则按照其主要属性进行分类[22]。

2.2 马铃薯产地贮运工程技术分类

根据上述原则，将马铃薯产地贮运工程技术按其属性和特征逐次地分成相应的类目，形成以大类、中类、小类和子类为框架的体系，分别反映贮运技术环节、技术功能、具体技术和实现手段等属性，简明、清晰地揭示马铃薯产地贮运工程技术系统的结构与功能，具体技术分类见表2。

3 马铃薯产地贮运工程技术集成與应用

3.1 马铃薯产地贮运工程技术集成

常见的农业工程技术集成方案构建多采用列举法[23]，即根据农业产业工程技术集成的实际需求，列举所有现有的符合要求的技术集成方案，通过评价和优化，选择最优方案。也有采用组合法[24]的方案，即将所有子类技术进行排列组合，得到所有可能的技术集成方案，经过定性分析剔除不可能的技术集成方案，得到技术集成方案备选集，再通过对备选集中工程技术集成方案的分析和筛选，得到技术集成方案可行集。理论上，各环节的技术经过排列组合之后就形成了众多可选的集成技术方案，但从生产实际看，在一个特定区域内真正使用的方案仅限于几种，通常结合实际需求和经验，调研分析各环节组成或功能模块，并匹配经营主体的组织模式，筛选出可行性方案。

中国马铃薯分为北方一作区、中原二作区、西南单双季混作区和南方二作区四大种植区域[1]。经过长期深入调研，对四大主产区马铃薯产后贮藏技术环节和单项技术进行梳理，根据生产实践，总结得到5类最具代表性的技术集成方案（表3）。

3.2 马铃薯产地贮藏技术集成的应用

方案1为农户自用型混合式技术集成方案，该方案主要应用于小型农户自用薯和种薯的贮藏，在地势不平的西北山区和华北、西南丘陵地区较为常见。由于人工收获作业效率低，马铃薯在收获过程中，在田间摊晾时间较长，基本无需再进行预储，直接在田间人工清选和分级后，由人力或农用车散运至贮藏地点，再由人工搬运至库内贮藏。耗用劳动力多，但在以上环节基本无损失。贮藏设施通常为30 t以下的井窖、窑窖或小型自然通风库，不通风的井窖和窑窖通常损失率在30%以上，在气候湿热的地区，管理不当易致整窖腐烂；管理较好的自然通风库损失率基本维持在15%左右，贮期通常在120 d以内。该套方案中人工作业环节多、效率低、损失高、贮藏规模小，目前已不能适应现代农业发展需求，但由于现阶段中国大部分马铃薯产区依旧分散种植，单户种植面积小，生产的马铃薯仅供自用和留种，此集成技术方案的生产成本和技术要求极低，针对这些特定对象，尚有存在的合理性和必要性，短时间内还将继续在产区发挥作用。

方案2为分散型商品薯产地贮运技术集成方案，适用于分散经营的商品薯种植合作社，在北方一作区、中原二作区较为常见，合作社社员自行生产马铃薯，经人工收获、分级、包装后，由农机车或机动车运输至统一贮藏地点进行集中贮藏。贮藏设施主要以贮藏窖群和自然通风库为主，建造结构主要为砖混结构，建造方式以半地下式和地下式为主，贮藏量在1 000 t以内，马铃薯贮期损失在8%～15%之间。贮期通常为90～120 d，一般年底或春节前即全部售出。主要特征是农户自愿合作构建、共同集资购买新设备设施，可在一定程度上化解个体农户与存储成本之间的矛盾，使单个农户也可应用较先进的贮藏技术及设施，并因此获益。

方案3为集中型商品薯产地贮运技术集成方案，是目前中国马铃薯主产区较为先进的主要贮运模式，常见于集中度较高的种植合作社和家庭农场。该方案多使用分段式收获机进行收获，收获后的马铃薯在田间进行晾晒，时间根据当地气候和收获时的天气状况，分别在4～36 h不等；分级通常和收获预储一起进行，仍以人工为主，少量简易机械分级装置用于该方案，一般以薯块质量150 g为界，分为大薯、小薯和残次薯3个等级。包装以袋装为主，仅有一些简易工具辅助人工包装。以上环节约有1%的损失，但单位时间处理量较纯人工收获有大幅提升。此集成方案常采用带有保温层的钢结构机械通风库，或配有强制通风装备的砖砌贮藏窖进行贮藏，储量通常在1 000～3 000 t左右，对贮期管理也有较高的要求，包括非贮期的库体维护，贮期环境温湿度监控及病害排查等，入库品质较高的马铃薯损失率基本可控制在10%以下。贮期通常为90～120 d，至年底或春节前即售出。该方案主要应用于主产区大规模生产的专业种植合作社和家庭农场等经营主体，特别是在北方地区，由于马铃薯收获期通常在20 d左右，常遇突然降温降雪等天气，对收获到入贮的时间有较高要求，该方案产后处理成本较低、效率高、贮量大，可满足产区大多数商品薯专业种植合作社的生产需求。

方案4为集中型商品薯和种薯产地贮藏技术集成方案，该方案由于机械化程度较高，对马铃薯的种植方式、品种及产区地貌等均有一定要求，目前只在内蒙中部平原地区和甘肃定西地区有部分实力雄厚的鲜薯收储企业应用。主要通过联合收获机收获马铃薯，并在田间空地或者专门场地完成预储。在入库或出库前进行分级，通常配有半自动化的清选生产线。由于联合收获易造成马铃薯表皮损伤，因此贮期要严格监控马铃薯品质变化情况。在北方产区通常使用现代化的机械通风库和恒温库，南方产区则需使用机械冷库，并辅以恒温恒湿技术和灭菌处理等辅助手段，以保证贮期马铃薯损失率低于10%。商品薯贮期通常为120～180 d，种薯贮期为180～240 d。此集成技术适用规模较大的合作社及企业，整个产后处理过程采用机械化，成本较高，但处理效率和贮藏效果可显著提高，马铃薯贮期损失小、品质好、贮期长，可显著提高收益。

方案5为规模化产地贮运技术集成方案，该方案的适用主体和区域与方案4基本相同，不同之处是通常采用标准箱式包装或散贮方式，配有自动化分拣生产线。除马铃薯长径比分级设备外，还有光学分拣机等装备的应用，检测难以识别的内外部缺陷，实现灵活可控的高精度分拣，并从源头抑制马铃薯贮期病害的发生，实现产后大幅增值。贮藏环节通常使用专业设计的马铃薯贮藏库，具备先进复杂的通风系统和智能计算机控制系统，可调节马铃薯贮期所需适宜的气体成分，实现对马铃薯贮藏环境的精确控制。该方案作业全程机械化，在品质保持和节省人工方面有着巨大优势，一般贮期可长达8个月甚至1年，适于种薯和高端商品薯的贮藏，通常只在实力雄厚的种业集团、薯制品精深加工企业等应用。

3.3 马铃薯产地贮藏技术集成方案推荐

中国马铃薯主产区目前仍以农户自用、合作社分散经营和合作社集中经营为主，从经济效果看，自用和分散型贮运模式表面看省去了部分现金投入，但产后损失较大，经济性较差。同时，由于这两种技术集成方案主体都以单一农戶为主，基本不具备示范效应，也不具备正向溢出效应，社会效益较差；而集中式具有合作性、规范性等众多优点，不仅具有较好的经济性，还具有良好的社会效益，对带动当地马铃薯生产、物流、加工等上下游行业发展具有显著效果。因此，根据现阶段国情，今后5～10年中国马铃薯北方主产区仍以合作社集中型商品薯产地贮藏模式为主，应根据各类经营主体的不同生产规模，选择集成技术方案3或方案4作为优先发展模式。

4 结论

本研究是现代农业产业工程体系中农产品产地加工与储藏工程技术体系的重要组成部分[20]，可准确地反映中国马铃薯产地贮运工程技术全貌。通过对中国马铃薯四大主产区的深入调研，将中国马铃薯产地贮运技术及装备进行了分类整理，采用线性分类法对纵向层次划分，形成了收获技术、输送运输技术、预处理技术和贮藏技术4个大类、并进一步展开分类得到8个中类和23个小类，明确地揭示了马铃薯产地贮运系统的结构与功能。此外，还对目前应用较广或较先进的技术进行集成，形成了5项技术集成方案，并分别阐述了各项技术集成方案的应用区域和主体。下一步研究将建立技术模式评价指标体系，进行集成技术与组织模式之间的匹配、评价和优化，提出满足新型经营主体特点及需求的产地一体化收储运模式，为中国马铃薯产后减损增值及原料保障提供切实可行的技术方案。同时，也为中国马铃薯产业的政策法规制订、科研战略实施和产业结构调整提供参考，对当前和未来一段时期内中国马铃薯产业发展具有一定指导意义。

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