矮化香樟人工林枝叶收集技术探讨

吴兆迁，牛晓华，白 帆

(1.国家林业局哈尔滨林业机械研究所，黑龙江 哈尔滨 150086；2.中国林业科学研究院林业新技术研究所，北京 100091；3.国家林业局林业机电工程重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150086)

综 述

矮化香樟人工林枝叶收集技术探讨

吴兆迁1，2，3，牛晓华1，2，3，白 帆1，3

(1.国家林业局哈尔滨林业机械研究所，黑龙江 哈尔滨 150086；2.中国林业科学研究院林业新技术研究所，北京 100091；3.国家林业局林业机电工程重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150086)

香樟枝叶人工采集作业劳动强度大、效率低，资源浪费严重。为解决这一问题，提出了一种符合我国国情的矮化香樟人工林枝叶机械化收集作业模式和人工林枝叶收集机总体设计方案。

人工林；枝叶收集；矮化香樟；机械化

香樟为常绿乔木，是我国非常珍贵的乡土树种，是中亚热带常绿阔叶林的主要建群种之一，属国家Ⅱ级重点保护植物[1]。香樟树高可达30 m，直径可达3 m，树冠广展，枝叶茂密，挺拔高大，是优良的绿化树、行道树及庭荫树，主要生于长江以南的台湾、福建、江西、广东、广西、湖南、湖北、云南、浙江等省区。天然香樟多生长于海拔600 m以下的低山、丘陵、平原地带，常混生在常绿阔叶天然林中，山坡、沟谷、溪河滩地常见，而且越往南，其垂直分布越高。

香樟木质纹理细致，具香气、能驱虫、耐腐力强，是家具和美术工艺品的上等用材，将香樟的根、茎、叶蒸馏后均可得到天然芳樟油，香樟是天然芳樟醇的主要来源之一。樟脑油的主要成分为樟脑、松油二环烃、樟脑烯、柠檬烃、丁香油酚等。

1 矮化香樟人工林简介

20世纪60年代以来我国开始营造人工樟树林，培育的目标主要以用材林和绿化树种为主[2-3]，并取得了较大成效，但以培育工业原料林为目标的研究与探索较少，人们获得芳樟醇等工业原料大多从樟树林的采伐制材、营林修剪剩余物(枝、叶、根、木屑)中提取。我国加入世界贸易组织后，以香樟树挥发性提取物为原料的工业产品出口量迅速增加，传统的香樟树培育生产方式已不能满足市场的需求。因此，科研人员根据枝叶中所含化学成分，将香樟树划分为芳樟醇型、樟脑型、桉油素型、异橙花叔醇型、龙脑型5个化学类型[4-5]，通过无性繁育技术选育相应的优良品种，在福建、江西、广东、湖南等省已经初步建成了种植基地。例如，在福建省浦城县建立了芳樟醇原料种植基地，在江西省永丰县建立了芳樟醇和龙脑原料种植基地，在江西省吉安市建立了龙脑原料种植基地，在广东省紫金县建立了芳樟醇原料种植基地等。

为了获取较高的芳樟枝叶生物量，便于人工采收作业，获取较大的经济效益，近些年来已经大面积推广应用了矮化密植技术培育芳樟油用原料林-矮化香樟人工林。即利用香樟树主根发达、深根性、萌芽力强、耐修剪的特性，将其由高、大、疏的园林绿化乔木林变成了矮、小、密的工业原料灌木林。美化环境的香樟树如图1所示，矮化香樟人工林如图2所示。

图1 美化环境的香樟树

图2 矮化香樟人工林

2 矮化香樟人工林枝叶收集

2.1 矮化香樟人工林枝叶收集现状

从20世纪90年代开始，江西、湖南、福建、浙江等地开始广泛进行香樟树扦插育苗试验研究，但大多数研究都以小规模、温室大棚或塑料大棚内的试验研究为主，主要研究插穗质量、扦插基质、扦插季节、活性物质等对成活率和苗木生长的影响。随着芳樟、龙脑樟等樟树工业原料林的快速发展，苗木需求量急增，必须进行规模化的大田扦插育苗。为了提高芳樟规模化大田扦插育苗的成活率和苗木质量，节约育苗用地和降低育苗成本，有效扩大插穗资源并解决短期集中扦插时的劳动力紧缺问题，相关人员进行了许多探索与研究。目前规模化大田扦插育苗营造工业原料林及枝叶收集生产作业主要有以下三种模式：

(1)轮伐期为五年的工业原料林：苗木种植密度为4 000～5 000株/hm2，株行等距为1.5 m左右，如图3所示。其特点是枝叶收集效率高，可大幅减少枝叶收集作业量。人工收集所使用的工具为油锯、割灌机、修枝剪、砍刀等，如图4所示。

图3 五年轮伐期工业原料林

图4 工业原料林枝叶收集工具

(2)轮伐期为三年的工业原料林：苗木种植密度为6 500～7 500株/hm2，株行等距为1.2 m左右，如图5所示。其特点是枝叶收集效率较高，可相对减少枝叶收集作业量，平均年生物量有所增加。人工收集所使用的工具为割灌机、修枝剪、砍刀等。

(3)轮伐期为一年或半年的工业原料林：苗木种植密度为12 500～20 000株/hm2，株行等距为70～90 cm，如图6所示。其特点是枝叶收集效率不高，枝叶收集作业量较大，作业效率很低，但年平均生物量增加最多。目前这种模式应用较多，尤以江西省金溪、黎川等地为最具规模，人工收集所使用的工具为割灌机、砍刀等。

图5 三年轮伐期工业原料林

图6 一年轮伐期工业原料林

2.2 矮化香樟人工林枝叶收集机械化是发展趋势

随着我国经济结构的战略性调整、企业改造转型升级的不断深入，以香樟树挥发物为原料的天然香料产业发展迅速，因此对矮化香樟人工林的生产方式有了新的需求。

(1)劳动力的需求。随着我国生态文明建设和社会主义新农村建设的不断推进，城镇化进程快速发展，从事农林生产的劳动者人数越来越少，40岁以上年龄的劳动者肯吃苦，手工作业技能也高，但很难聘请到；而40岁以下年龄的劳动者大多为独生子女，他们不愿从事繁重的手工作业。

(2)充分利用自然资源的需求。完全依靠人力手工进行香樟枝叶采集作业，劳动强度大、作业效率低，还会造成香樟枝叶中宝贵的挥发性物质在采收、运输、储存过程中损失增大，资源浪费严重。要提高活性物保持率及提取效率，就必须大幅提高枝叶采收效率。

(3)产业转型升级，现代林业创新驱动发展的需求。我国是世界天然香料生产的绝对大国，号称“华夏香都”的江西省金溪县是我国最大的天然香料生产基地和原材料集散地，金溪樟科天然香料产量占全球产量的80%以上，在全球市场具有定价话语权。近年来迅速增长的矮化香樟人工林种植面积和相对减少的农村劳动者人数的矛盾，已经成为香料产业转型升级的瓶颈问题。另外，要使我国从世界天然香料生产的绝对大国成为绝对强国，必须改变依靠手工作业的落后局面，实现现代林业创新驱动发展。所有这些需求的最终指向，就是尽快实现矮化香樟人工林枝叶收集机械化。

2.3 实现枝叶收集机械化需要解决的问题

实现矮化香樟人工林枝叶收集机械化，必须尽快解决以下几个方面的问题。

2.3.1 生产工艺与机械化相适应

(1)采用一年或半年为轮伐期。由于透光率高，通风效果好，平均年生物量增加最多，目前江西省金溪、黎川等地均采用这一种植模式。矮化香樟生长期短，树体高度1 m左右，枝干木质化程度低，质地松软，易于机械切割拾取，是最有利于实现机械化采收的种植模式。

(2)改变种植株行距。一年或半年为轮伐期的矮化香樟人工林苗木种植密度为12 500～20 000株/hm2，株行等距为70～90 cm，如此排列方式使得15 kW以上的拖拉机或类似的动力设备根本无法作业，必须按照机械化作业的要求进行相应的改进。在通风好、透光率得以保障、种植密度尽量不变的前提下，将原来的株行等距改为类似于茶叶种植的小株距、大行距。矮化香樟人工林株行距变化示意图如图7所示。

图7 矮化香樟人工林株行距变化示意图

(3)调整香樟油提取工艺。由于是人工进行矮化香樟枝叶采收作业，为了减少工作量，人们采用了整枝整捆运输和整枝整捆蒸煮提取香樟油的作业方式，如图8所示。实验已经证明将树枝进行碎化处理后可显著提高运输与蒸煮的容积效率，同时提取率也有所增加。因此，应将整枝整捆运输和整枝整捆蒸煮提取调整为碎枝运输和碎枝蒸煮提取的作业方式，如图9所示。

图8 整枝蒸煮提取作业

图9 碎枝蒸煮提取作业

2.3.2 改进机械化收集预处理作业模式

在江西农大王宗德教授和陈尚钘博士的带领下，我们对江西省抚州市金溪、黎川两地的香樟提取物生产企业和矮化香樟种植基地进行了实地考察，通过对矮化香樟的生长过程、立地条件、人工收割作业和枝叶预处理要求现状的调查，深入了解实现枝叶收集预处理机械化作业的具体要求，提出了符合我国国情的矮化香樟人工林枝叶机械化收集作业模式，其作业过程为：枝叶收集机完成收割、切碎、储料，料箱装满后自动卸料装车，再由农用运输车将碎料送到蒸煮提取车间。机械化收集预处理作业模式示意图如图10所示。

2.3.3 研制专用动力底盘

通过技术调研和资料收集了解到，国内外目前还没有专用的矮化人工林枝叶收集机械。与之相似的能源林收获机械多是以大型农用联合收割机为基础进行改装的，由于机体和功率很大，其爬坡、越障性能，以及经济性都受到一定的影响。因此，必须研制一种机体和功率适中，具有一定爬坡、越障能力，且适用于缓坡林地作业的专用动力底盘，只有这样才能研制出性能良好的人工林枝叶收集机。

图10 机械化收集预处理作业模式示意图

3 人工林枝叶收集机总体设计方案

矮化香樟人工林枝叶收集技术的核心是实现枝叶收集机械化，根据人工林枝叶机械化收集预处理作业模式，其作业工艺流程如下：采割→集料喂入→切碎→出料→储料→卸料装车，由此制定的人工林枝叶收集机总体设计方案如图11所示。

图11 人工林枝叶收集机总体设计方案示意图

以上相关研究内容已经列入“十三五”国家重点研发计划，这将为实现人工林枝叶收集机械化打下良好的基础。

[1] 陈瑞炎，陈志平，郑美珠.香樟育苗造林技术[J].中国林副特产，2016(3)：56-58.

[2] 姚颖，刘忠玲，吕跃东.植物生长调节剂和扦插基质对紫椴嫩枝扦插生根的影响[J].森林工程，2017，33(1)：12-15.

[3] 王军，刘明刚，汤晶宇.基于参数化建模的育苗杯制作机结构设计[J].林业机械与木工设备，2015，43(8)：14-18.

[4] 陈锋.芳樟油用原料林经营密度与修剪技术研究[J].现代农业科技，2014(15)：183-184.

[5] 陈尚钘，赵玲华，徐小军.天然芳樟醇资源及其开发利用[J].林业科技开发 ，2013，27(2)：13-17.

(责任编辑 王琦)

Study on Technology for Collecting Leaves andBranches of Dwarf Camphor Plantation

WU Zhao-qian1，2，3，NIU Xiao-hua1，2，3，BAI Fan1，3

(1.Harbin Research Institute of Forestry Machinery，the State Forestry Administration，Harbin Heilongjiang 150086，China；2.Forestry New Technology Research Institute，the Chinese Academy of Forestry，Beijing 100091，China；3.Key Lab of Forestry Electromechanical Engineering，the State Forestry of Administration，Harbin Heilongjiang 150086，China)

The artificial collection of camphor leaves involves large labor intensity，low efficiency and serious waste of resources.In order to solve this problem，a mechanized leaf and branch collection mode suitable for dwarf camphor plantation and an overall design scheme for plantation leaf collectors are put forward.

plantation；leaf and branch collection；dwarf camphor；mechanization

2017-04-11

“十三五”国家重点研发计划课题项目“非木质资源采集预处理及高效提取关键技术与装备”(2016YFD0600801)

吴兆迁(1961-)，男，中国林业科学研究院林业新技术研究所首席专家，国家林业局哈尔滨林业机械研究所研究员，硕士，主要从事营林机械设计与理论研究工作，E-mail：wuzq1234@126.com。

S776

A

2095-2953(2017)06-0004-04