生态环境条件下食用菌机械低碳化可行性分析*

张 静

（宁德师范学院，福建 宁德 352000）

近年来，食用菌产业已经成为了我国农业发展的重要组成部分，属于国家重点支持和发展的朝阳产业。在一些地区，食用菌的栽培和加工，已经成为了农民脱贫增收的重要手段。但由于条件的限制，一方面，在食用菌的栽培和加工等环节，自动化生产和机械化加工的水平还很低，手工操作还占有相当大的比例，这与我国食用菌产业大国的地位并不相符；另一方面，随着食用菌产能的扩大，整个产业的格局也在不断发生变化，随着国家对环境保护和生态建设方面的管控越来越严格，食用菌生产加工过程中的环境保护问题也越来越突出[1]。如何使食用菌整个产业在这一历史转型的时期跟上国家发展的脚步，践行绿色发展、低碳环保的发展理念，用先进的自动化、机械化生产技术和设备来提升工作效率，是关系到新农村经济发展和可持续发展重大问题[2]。

1 我国食用菌机械低碳化的现状

目前，我国食用菌机械设备的专业生产企业有上百家，如位于“中国香菇之乡”随州市的隆兴食用菌机械设备有限公司、湖北菇人自动化机械有限公司、内黄县昌兴生物机械设备有限公司等。这些食用菌机械设备的生产厂家，都致力于食用菌机械加工设备的自动化、智能化产品的研发，具有自主产权的高水平、智能化的食用菌机械设备产品已被广泛应用，涵盖了食用菌的栽培、加工、拌料、装袋、扎口、灭菌、接种、烘干等成套自动化生产设备。这些先进设备和生产线，具有生产效率高、能耗小、低碳环保等特点，许多设备还加入了AI 人工智能等最新的智能化技术，以满足食用菌工厂化栽培、加工和生产的要求，是新一代食用菌机械设备的代表[3-4]。

工厂化生产也体现了食用菌机械化发展的最新成果，如图1。

图1 所示为“灰树花”工厂化栽培。自动化作业、机电一体化的控制系统可以实现食用菌的复种指数、产品的标准化和规模化生产。相比传统的农户家庭式生产，生产效率和产品品质都有了极大的提升。更重要的是，食用菌工厂化的生产可以降低能源消耗，以最小的成本获得最大效益，智能化的温度、湿度控制、LED 光源的使用等都体现了现代农业节水、节电的低碳环保理念。同时，立体栽培、全自动流水线的工厂化生产，从整体上节约了土地占用率，降低了社会资源的占有率，标准化的食用菌产品更代表了绿色、有机环保的生态农产品。

1.1 食用菌机械低碳化的意义

食用菌生产加工过程的机械化和自动化，也是践行低碳环保发展理念，降低食用菌的栽培和加工等各个环节的生产成本、减少能耗，从而响应国家节能环保生态发展的号召；用先进的机械化流水线代替人工，用先进的制造工艺实现食用菌机械自身的低碳化、环保化设计，从而减少社会资源浪费、降低企业成本和原材料投入，这也是一种低碳环保发展的具体体现[5]。

食用菌产业本身就带有一定的生态环保性，食用菌作为一种微生物起主导作用的生产方式，与其它动植物很容易形成一个和谐共存的生态循环，食用菌利用废弃的秸秆、木屑作为生产菌棒的主要材料，降低了这些废物焚烧带来的空气污染；猪、牛、羊等牲畜的粪便是食用菌良好的生长营养来源；而食用菌生长通过微生物分解出的菌糠和菌蛋白，成为了牲畜的饲料和农作物的肥料。在这一过程中食用菌充当了农业循环经济中的关键环节，对生态发展和农业可持续发展起到了积极的作用。

1.2 食用菌绿色产品为机械企业带来环境和经济效益

食用菌产品是一个绿色环保的产品，而带有绿色、生态、有机、环保等字样的产品，在市场竞争中可以获得更多的优势。由于食用菌产品在加工生产过程中要符合绿色产品的生产理念，因此会在相应的加工生产机械上提出低碳化的要求，而机械产品生产企业也需要满足用户要求，在零部件、机构、动力输出等各个环节，采用低碳化设计方案，减少能源消耗，提高机械生产中的污染防治和能源利用率，进而取得产品成本领先优势，这种优势集中体现在企业环境保护方面的领先。事实上，适当的环境管制和产品设计，有利于促进企业经济创新，提高资源生产力，从而能提高企业的生产效率和竞争力。同时，在国家大力加强环境保护力度的大环境下，也可以有效降低企业可能受到的环境保护的惩罚，树立良好的企业社会形象。

借助食用菌机械化生产中的绿色产品打造，主动从战略上加强机械产品的生态环保设计，是一种主动的环境战略。通过环境管理，企业能减少能耗，节约资源，降低成本，减少污染物排放的相关税费和罚款费用，消除绿色贸易壁垒，拓展国际市场，得到相关方的支持，取得财政收益，提高企业管理水平等等，最终转化为企业的经济效益[6-7]。

食用菌机械生产企业通过持续创新、学习等活动加强企业的科技实力。可以采用生态设计、清洁生产、环保投资预算等措施，保障产品成本在可控的范围内。需要指出的是，企业的环境收益往往有一定的滞后性，在企业环境成本发生的初期所取得的环境收益可能少于支出，但是环境成本投入必将对企业的长远经济效益产生重大的影响。企业在进行环境成本投资决策、控制和分析考核时，不能只关注短期经济效益，还要看长期的经济效益与环保效果，从而最终形成企业环境效益和经济效益共赢的发展格局。

2 食用菌机械低碳化设计开发

2.1 采用先进的机械设计开发工具，设计开发绿色环保机械设备

机械设计的优劣直接决定了机械的性能和产品质量。在国家向着低碳节约、绿色环保型经济社会发展的今天，机械设计领域也需要跟上绿色环保的发展步伐，在设计阶段就践行绿色产品设计的理念，采用先进的计算机技术模拟仿真和系统分析技术进行设计，以节约开发成本、将低碳设计理念贯穿到食用菌设计领域。目前最流行的先进机械工程设计软件有Autodesk Mold Flow Adviser、Auto CAD、Solid Works 等，它们一般都能够提供整套机械设计方案，并在加工制造前对设计方案进行模拟评估以及优化处理，减少潜在的设计失误，缩短产品的开发周期，降低开发成本。如Solid Works 可以进行装配设计，参照已有的零件生成新的零件，不论设计用“自顶而下”方法还是“自底而上”的方法进行装配设计。

这种设计开发工具，可以大大提高机械零件的重复利用率，为客户提供了处理复杂零件和复杂制造循环的能力。在食用菌机械设计阶段就体现出了绿色产品设计的理念，即产品应具有节能环保、易回收、可重复利用等性质，从机械零件设计的重复设计和循环设计方式来说，就是对最终产品的一种再次利用，其它工业设计的机械零件，在食用菌专用设备制造时，可以加以利用；对更新换代的机械零件或者已经废旧零件的再设计、回收，体现了一种社会资源的再利用和再分配，节约了整个社会的资源和能源成本，体现了低碳环保的设计理念。

2.2 选择低碳材料降低能耗

在食用菌机械低碳化设计中，采用低碳材料进行设备制造是一种有效的方法，即采用一些可再生材料和无公害的材料来实现节能减排的目的。如在食用菌机械上采用的照明材料，可以选择使用LED灯等节能照明材料，或者可以通过导光管将室外阳光引入室内为机械生产线进行照明，见图2。

如图2 所示，为日光导光管照明系统。在食用菌包装机械中，使用可降解塑料等包装材料，这些都是典型的低碳、环保材料，当完成其产品包装功能后，还可以重复利用在其它地方，即使最后抛弃不用，也可以自然降解，这些自然环保的材料，都不会对环境造成二次污染。

2.3 环保设计为循环利用创造条件

对食用菌机械开展绿色环保型设计，是一个对社会资源进行再利用的过程。需要在食用菌机械的设计中，不断改革创新，体现绿色环保的设计理念。食用菌机械的设计本身也正在逐步体现这一理念，如食用菌粉碎机械，可以将树枝、树叶、木板、木片、下脚料、边角料、废旧木材、废旧木质家具、竹子、秸秆、玉米芯、玉米秆等进行粉碎加工，一次性解决这些废料、绿化垃圾等的处理难题，而且还杜绝了这些垃圾在处理过程中所造成的污染。其最终的产品木屑不仅仅是食用菌菌棒等的原材料，也可以发酵后当作肥料来使用。粉碎机械本身自带环保功能，这此基础上，还可以对其进行设计改进，进一步体现节能环保的功能。如可以通过加装轮胎，让粉碎机具备移动作业的能力，一些小型的粉碎机就可使用人力拖动，不再需要借用吊车等车辆来进行移动，从而节约能耗；同时，这种加装的轮胎采用一种分体式设计，设计可拆卸式连接装置，当粉碎机报废不能使用时，这个轮胎移动装置还可以用于其它机械设备的作业移动，从而达到可回收重复利用的功能。

从绿色机械设计的角度来说，一次性设计的产品是不可取的，因为它没有考虑机械设备的长期使用和报废问题，绿色设计应考虑产品的前期制造、使用一直到最后的设备报废、回收和重用等全过程的处置方案，克服传统设计的不足，使食用菌机械产品都具有可回收、可拆卸、可重用的循环利用价值。

一般食用菌生产线包括了前期的菌种生产、食用菌瓶栽、袋栽、光照、净化生产等设备；中期的生产加工灭菌、制冷、加热设备以及后期的包装和运输设备等。这些设备的模块化设计理念主要体现在以下方面。

各生产线上的设备及部件应尽可能通用，采用小的模块化设计零部件进行简单组装，适合不同食用菌加工生产线的设备需求。如此一方面节约了设计生产成本，另一方面给机械装配和施工带来便捷。

模块设计时要尽量多考虑未来生产线升级和发展趋势，提高模块的兼容性和适应性，支持未来的产品升级和更新换代，延长每个模块的生命周期。

要考虑整个生产线设备备件和易损件的通用性、可替换性和易得性，尽量少用非标准零件，使用通用型号、统一公差标准等；在维修设备时也尽量使用拆机零件和可替代配件。

3 食用菌机械生产环境的低碳化改造

食用菌机械生产环境也是影响能源消耗的重要因素，在食用菌机械加工生产时，会有不同温度、湿度的要求，一方面是为了保证食用菌产品的卫生安全，另外还有整个机械生产线的低能耗、低成本运行的问题。这些都可以通过机械生产环境的低碳化改造来解决。例如食用菌生产厂房的建筑材料低碳化。可以采用环保外墙保温材料，一方面可以给食用菌一个良好的生长温湿度；另一方面，也为机械生产线的正常运行创造了适宜的外部环境；采用厂房屋顶蓄水，夏季就可以利用蒸发带走多余热量，降低太阳辐射热，有效吸收机械设备运行产生的热能；或者通过厂房的立体绿植改造，以绿化植物覆盖建筑物表面，这些绿色植物可以起到节能保温、降温、防水等功能，有效降低厂房建筑能耗和温室气体排放量；厂房门窗采用复合材料节能窗、中空玻璃窗等来降低噪音和光源污染、低碳保温隔热，合理调整厂房生产区的气密性。这些措施都可以有效改善机械生产线及厂房周边的小气候环境，达到节能减排的目的。

对于一些食用菌烘干、灭菌和冷却等机械设备，需要有额外的热量来源，如何减少额外的能耗即是低碳环保的要求，也是企业节约成本的关键。可以根据当地的条件，在有地热资源的地区采集地下水等热能供热；在降雨比较多的地区收集雨水综合利用为设备供水、在水资源匮乏的地区为机械设备设计污水可回收装置和节水设备；在阳光照射充足的地方使用光伏、太阳能发电；在风口地区建立风力发电设备，减少机械设备的能源消耗、节约水电资源，而且这些能源都是因地制宜设计的清洁能源，是一种典型的低碳环保的能量来源。

4 结论

通过分析当前食用菌机械低碳化的现状的基础上，从食用菌机械低碳化设计开发、低碳化改造论述了其可行性。提出食用菌机械的低碳化对生态环境和经济效益都具有重要的意义，对生态环境和农业可持续发展起到了积极的作用。食用菌机械行业应响应国家节能减排的号召，减少能源和资源消耗；采用低碳材料和先进的设计理念，设计开发绿色环保机械设备；加强食用菌机械零部件回收、循环再利用；对食用菌机械生产环境进行低碳化改造、降低机械的噪音污染。只有多管齐下，才能真正实现我国食用菌机械的低碳化可持续发展。