国内外洋葱种植现状及机械化收获研究动向

杨红光王 冰彭宝良*胡志超高学梅

（1 农业农村部南京农业机械化研究所，江苏南京 210014；2 农业农村部现代农业装备重点实验室，江苏南京 210014）

杨红光，男，研究实习员，主要从事土下果实收获机械化技术研究，

2017 年中国洋葱总产量为2 434.45 万t，种植面积为110.25 万hm2，分别居世界第一、二位，但洋葱收获机械研究与丹麦和美国等国家差距较大，尚无性能可靠的洋葱收获机械，虽然前期进行过相关机具研发，但均未得到较好的推广；近几年相关专利虽有申报，但均未实现成果转化。中国洋葱收获机具还需结合中国种植农艺和模式进行自主研发。

洋葱（Allium cepa L.）具有丰富的营养价值和较强的食疗作用，在国外被誉为“菜中皇后”（胡良龙 等，2007）。按鳞茎形状分类，主要有圆球形、扁圆形和长球形，按鳞茎皮色又分为红皮、白皮和黄皮洋葱，其尺寸规格通常按照横径（洋葱鳞茎最大横切面直径）划分（NY/T 1071—2006），基本栽植流程为育苗→苗期管理→耕整地→移栽→田间管理→收获（崔慕华 等，2018）。

近年来，随着洋葱产业的发展，广大种植户对洋葱机械化作业需求迫切，特别是作业过程复杂和人工劳动强度大的收获环节，洋葱的机械化收获作业已成为该产业发展的瓶颈（贺得飞，2013；顾永平，2014）。为此，了解当前国内外洋葱种植现状和中国典型产区种植模式，研究分析国内外洋葱机械化收获技术及机具主要类型、结构特点，对中国洋葱机械化收获技术及机具的研发有重要价值。

1 洋葱种植现状概述

洋葱在世界各地均有种植，据联合国粮食及农业组织（FAO）统计，2017 年全世界洋葱种植总面积为520.16 万hm2，总产量为9 786.29 万t。种植面积前十的国家依次为印度、中国、尼日利亚、孟加拉国、印度尼西亚、巴基斯坦、越南、苏丹、乌干达、缅甸，产量前十的国家依次为中国、印度、美国、伊朗、埃及、俄罗斯、土耳其、孟加拉国、巴基斯坦、荷兰。

洋葱是中国主栽蔬菜之一，已有百余年的栽培历史（李平 等，2005）。主产区在云南省（元谋县）、四川省（西昌市）、江苏省（徐州市）、山东省（济宁市、潍坊市）、内蒙古自治区（乌兰察布市、赤峰市、通辽市）、甘肃省（酒泉市、武威市）、吉林省（延吉市）、黑龙江省（齐齐哈尔市），自南向北依次为短日照区、中日照区和长日照区。

由图1 可见，2017 年中国洋葱种植面积为110.25 万hm2，占世界总种植面积的21.20%，总产量为2 434.45 万t，占世界总产量的24.88%，虽然种植面积低于印度，但总产量却稳居第一；自2011年以来，中国洋葱年种植面积均超过100 万hm2、总产量均超过2 200 万t，种植面积和总产量均呈逐年稳定增长趋势。

图1 2008～2017 年中国洋葱的种植面积和总产量数据来源于联合国粮食及农业组织（FAO）。

2 中国典型产区洋葱种植及收获模式

2.1 种植模式

中国洋葱栽培主要分为平作、畦作（平畦高埂或高畦深沟）和垄作，以畦作为主。分别对长日照洋葱主产区甘肃省酒泉市（肃州区西洞镇、三墩镇）和中日照洋葱主产区江苏省徐州市（丰县首羡镇、赵庄镇）洋葱种植及收获情况进行了调研。这两个产区洋葱栽培均为平畦高埂，平畦种植洋葱，高埂用于浇灌和田间管理。种植品种方面，肃州区主要为红皮（陕西红）、黄皮（圣贤），丰县为红皮（二红）、黄皮（中甲高黄）。均采用覆膜栽培方式，其中丰县采用洋葱—玉米轮作和洋葱—棉花套种模式。

平畦高埂洋葱种植模式如图2-a 所示，肃州区为适应机械铺膜作业，洋葱种植已形成一定规范，行距L 和株距R 均为15 cm，畦埂宽D 和高H 分别为40 cm 和10 cm，畦面宽B 为120 cm，畦面上种植9 行洋葱。丰县洋葱种植各环节均为人工作业，行距L 和株距R 也均为15 cm，畦埂宽D 一般为30～40 cm，畦埂高H 一般为10～20 cm，根据地块大小畦面宽B 一般为200～400 cm，畦面上种植洋葱13～26 行。通过文献可知，长江流域及其以南地区为方便排水，采用如图2-b 所示的高畦深沟种植模式，一般情况下行距L 为15 cm，株距R 为13～15 cm，沟宽D 和沟深H 分别为40 cm 和20 cm，畦面宽B 为150～200 cm，畦面上种植洋葱10～13 行（王桂军，2012）。

2.2 收获方式

洋葱假茎变软、植株出现大面积倒伏，标志着收获期临近。丰县洋葱一般在5 月下旬收获，肃州区洋葱一般在8 月下旬收获，调研发现这两个产区洋葱收获均为人工作业，基本流程为起挖葱→剪葱秧→去葱根→装袋。通过人工拨推和剜刀辅助的方式进行洋葱挖掘，然后用剪刀进行剪秧和去根，最后按不同规格等级进行装袋，完成收获作业。两个产区人工收获洋葱基本作业原理类似，区别仅在于丰县洋葱挖掘后成条集中铺放于地表，然后集中进行剪秧作业；而肃州区洋葱收获是在挖掘前进行剪秧作业。

3 洋葱机械化收获技术及机具研究进展

3.1 国外研究进展

图2 中国典型产区洋葱畦作模式

收获是洋葱生产过程中最为繁琐的环节，用工量较大，其作业质量直接影响洋葱产量和种植户经济收益。国外洋葱收获机械研发起步较早，许多高校和公司都开展了研究工作，并取得了众多成果（Bendix & Krier，2002；Qarallah et al.，2008；Laryushin & Laryushin，2009；Arimura et al.，2013）。欧美国家研发的收获机具偏向于多功能、自动化和联合作业，如丹麦ASA-LIFT（http：//www.asa-lift.com/?mID=2&msID=9）、 美 国LEE SHUKNECHT & SONS（http：//www.shuknecht.com/custom-single-bed-onion-harvesters.html.） 和TEN SQUARE INTERNATIONA（April，2013）、 加 拿大UNIVERCO（http：//www.univerco.com/en/fieldmachinery/）公司；亚洲研发的收获机具偏向于中小型联合作业，如韩国（https：//www.nongjitong.com/video/411468.html.）、日本（https：//www.nongjitong.com/video/413725.html.）、伊 朗（Mehta & Yadav，2015）、 印 度（Massah et al.，2012）、 菲 律 宾（Gavino & Mateo，2018） 等 国 家。 其 中 丹 麦ASA-LIFT 公司生产的洋葱收获机是目前市场上使用最多的，覆盖世界60 多个国家，已实现洋葱收获系列化和标准化，主要包括去秧机、挖掘机和捡拾机三大类（表1）。

伊朗、印度和菲律宾等国家结合本国国情和洋葱种植现状，研发的收获机具偏向于小型化和轻简化作业。Tapan 等（2011）设计了一种牵引式洋葱收获机，并对6 种不同形状的挖掘铲进行了性能比较试验，结果表明“倒V”形结构的挖掘铲平均牵引力最小。并通过试验分析最终确定分离输送装置长度120 cm、倾角15°，分离输送装置运动速度与机具前进速度之间的速比关系为1.25∶1，此参数下洋葱明葱率为97.7%、伤葱率为3.5%，机械挖掘收获比人工挖掘收获节约成本56%。Singh（2014）设计了一种简易洋葱挖掘机，挖掘铲片采用高碳钢材料（EN45）加工而成，宽度为7.0 cm，厚度为1.5 cm。试验结果表明，作业速度为每小时4 000 m、挖掘深度为7.6 cm 时效果较好，此时洋葱明葱率为94.9%、伤葱率为5.1%，与人工收获作业相比可分别节省劳动力和成本58%和49%。Nisha 和Shridar（2018）针对印度现有洋葱收获机伤葱率高和通用性差的问题，研发了一种与微耕机配套使用的小型洋葱收获机，主要由旋转齿轮箱、挖掘机构、V 带滑轮机构、输送装置等组成，挖掘幅宽为53 cm，挖掘深度为10 cm。田间对比试验结果表明，相比于传统的人工收获可分别节省成本和时间59.20%和93.75%。

表1 丹麦ASA-LIFT 公司系列洋葱收获机具

3.2 国内研究进展

中国虽然是洋葱生产大国，但机械化生产水平较低。特别是收获环节，主产区仍以人工方式收获洋葱，收获机具的研究较少，发展也相对滞后，前期研究的一些收获机具也多是在大蒜和花生等作物收获机具的基础上进行改进，其适应性较差，一直也未得到大范围推广应用。人工收获洋葱劳动强度大、生产效率低的现状，严重制约着中国洋葱产业的发展（封成智和杨蕾，2019）。

徐州市农机技术推广站研制了一种与手扶拖拉机配套使用的4CS-85 型洋葱收获机，该机械采用振动挖掘方式可一次性完成2 行洋葱的挖掘、分离输送和铺放作业，整机结构简单（汪泽，2012；张海琨，2012；陈文龙，2013；胡守信，2013）。黑龙江省畜牧机械化研究所根据本省洋葱种植特点研发了一种洋葱收获机，该机械采用侧悬挂的方式与动力为16.5 kW 的拖拉机配套使用，并利用斜铲进行挖掘作业，田间试验结果表明损失率为1.16%、伤葱率为1.58%（张伯韧 等，2009；康承昊和付敏良，2011；黑龙江省畜牧机械化研究所，2012）。甘肃省酒泉市农机推广站根据本市洋葱种植模式，研发了U-125 型洋葱挖掘收获机，该机械配套动力为22.1～29.4 kW 拖拉机，作业速度为每小时2 000～3 000 m，作业幅宽125 cm，挖掘深度4～6 cm，田间性能试验结果表明伤葱率为1.5%，损失率为1.5%，挖净率为98%，作业效率为每小时0.55 hm2，同人工相比可提高效率约12 倍（冯正睿，2015）。

甘肃畜牧工程职业技术学院联合武威市裕鑫机械厂研制了YS-1240 型洋葱收获机，该机械依靠拨果轮和铲板联合作用实现洋葱收起拨送，一次性可完成洋葱切叶、收果和分级作业（刘玉春 等，2014）。黑龙江德沃科技开发有限公司（2016）发明了一种可以防止洋葱滞留的收获机，该机械借鉴马铃薯收获机械结构形式，采用两级分离机构进行作业，清理效果较好，洋葱破损率较低。青岛农业大学研制了一种圆葱（洋葱）收获机，该机械是由分禾拨禾装置、挖掘、侧向输送、去土清选输送等装置组成，可一次完成4 行洋葱收获，田间试验表明损失率为1.20%、伤葱率为1.25%（王建刚 等，2015）。

农业农村部南京农业机械化研究所依托国家重点研发计划项目，研制了两种洋葱分段收获机（图3）。网链式洋葱收获机主要由挖掘、防缠草、网链式输送分离、限深及行走支撑等装置组成，采用三点悬挂的方式与拖拉机相连接，机具作业时拖拉机动力输出轴经变速箱将动力传至一侧的皮带轮，然后再经过皮带驱动网链式输送分离装置转动，进而实现对洋葱和土壤、残膜及杂草的输送分离作业，其最大特点是输送去土部分采用新型网链式结构，可进一步降低果实损伤。

杆条升运链和振动筛组合式洋葱收获机主要由挖掘、圆盘切秧草、带杆式输送分离、限深及行走支撑、振动尾筛等装置组成，采用三点悬挂的方式与拖拉机相连接，机具作业时拖拉机动力输出轴经变速箱将动力传至一侧的链轮，经过链条驱动带杆式输送分离装置转动，然后再将动力传递到振动尾筛，实现对洋葱和土壤、残膜及杂草的输送分离作业，其最大特点是后部增设二次振动输送分离尾筛，可进一步提高洋葱、土壤及地膜的分离效果。

图3 洋葱分段收获机

两个样机作业幅宽均为160 cm，挖掘深度0～12 cm 可调，配套动力≥55 kW，田间收获性能试验结果表明两个样机作业过程基本满足洋葱分段收获要求，为进一步提高机具可靠性和适应性，还需进行优化改进。

4 面临的问题和发展对策

通过上面分析可知，丹麦和美国等国家洋葱收获机械研究已非常成熟，而中国与之差距较大，尚无性能可靠的洋葱收获机械，虽然前期进行过相关机具研发，但均未得到较好的推广；近几年相关专利虽有申报，但均未实现成果转化。洋葱收获机具匮乏、技术水平偏低，使洋葱产业发展受到严重影响。同时，受自然条件和种植模式等多种因素影响，国外机械直接引进并不能适应中国当前国情。中国洋葱收获机具还需结合中国种植农艺和模式进行自主研发。

通过分析发现，中国洋葱机械化收获面临的问题及对策如下。

① 洋葱物理及力学特性参数测定。洋葱收获期果实、秧茎的物理和力学特性参数是夹持、去秧、挖掘和去土装置设计的依据，而这些物理和力学特性又受不同的品种、土壤环境和种植模式等诸多因素影响，为此需对主产区不同种植模式下收获期的洋葱及秧茎关键物理和力学特性参数进行试验测定分析。

② 农机农艺深度融合与模式转换。近年来，虽然已经实现从农机单方面适应农艺向农机农艺融合的转变，但融合的深度还远远不够。由于中国幅员辽阔、地形复杂，各地区洋葱种植农艺和模式不同，单纯依靠农机适应农艺的方式显然不够。为此，应加强与洋葱主产区农业管理部门和种植大户之间的沟通，制定符合当地的规范化和宜机化种植模式，在保证产量不减的前提下，通过改变种植农艺的方式为机械化收获作业创造条件，通过农艺的调整促进机械的研发，减少机具研发种类和数量，提高机具适应性。

③ 分区域研发机型。中国洋葱种植较为分散，各产区种植模式及地况不同，应分区域研发不同类型机具。在小面积种植区可优先选用分段收获方式，研发通用性和适应性较好的去秧、挖掘收获和捡拾（可选配有分级、装袋等功能）系列化收获机械。在大面积种植区可探索研发洋葱联合收获机械，并将机、电、液、气等多项技术融入，实现洋葱去秧、挖掘、去土、装袋一体化作业。

④ 仿生与自适应技术的应用。洋葱不同于水稻、小麦、玉米等作物，由于一部分果实埋于地下，收获时需要挖掘作业，而该环节极易造成果实损伤。为解决该问题可以考虑采用仿生技术，由于洋葱根须较少且入土较浅，因此可模仿人手拨推洋葱的方式完成洋葱起挖。同时研究适用于洋葱去秧的自适应技术，综合利用传感、液压、电控等技术实现去秧作业深度的自动调控。