祁连圆柏球果采摘机的设计和应用

孙万平， 陵军成

(1.甘肃祁连山国家级自然保护区管理局乌鞘岭自然保护站，甘肃 天祝 733203；2.甘肃省天祝县林业工作站，甘肃 天祝 733299)

祁连圆柏(SabinaprzewalskiiKom.)属圆柏属小乔木，独干或多干合生，树干直或略扭，木质化的细枝前端抽生嫩枝，嫩枝上着生叶片，叶片为鳞叶和刺叶，为我国特有树种[1]。祁连圆柏主要分布在青藏高原东北部和黄土高原西部边缘地带阳坡，四季常绿，具有良好的圆锥形树冠和耐干旱、严寒、瘠薄、抗盐碱的特性，是旱区、寒区荒山造林和城市园林绿化的首选树种[2]。祁连圆柏苗木主要通过种子播种繁殖，成熟的球果脱去外围松软的外种皮后得到骨质种子。祁连圆柏球果生长在树冠外围一年生嫩枝顶端，成熟的球果卵圆形或近圆球形，直径8～13 mm，鲜重3～4 g。球果成熟后需及时采摘，否则自动脱离母体坠落树下。目前，人们采摘祁连圆柏球果时爬上树或借助梯子人工采摘，也有人用木棍敲打树枝，球果掉落地上后捡拾收集。人们爬树和登梯采摘都存在人身安全隐患。木棍敲打采摘时，球果坠落地上后，因树下灌木、草丛稠密，寻找和捡拾困难，费时、费力。设计的祁连圆柏球果采摘机，可实现祁连圆柏球果的机械化采摘，提高了采摘效率，降低了采摘成本。

1 试验情况

1.1 试验地概况

试验地位于甘肃省天祝藏族自治县松山镇华尖苗圃，N36°48′、E103°24′，该地属大陆性高原季风气候，光照充足，平均海拔2 452 m，相对无霜期90～145天，年日照时数2 500～2 700 h，年均降雨量360 mm，年均气温2.8 ℃，最热月为7月，平均气温11.4 ℃，极端高温35.4 ℃，最冷月为1月，平均气温-3.4 ℃，极端低温-15.4 ℃，土壤类型为沙壤土，pH 7.6。1998年人工栽植祁连圆柏采种林200 hm2，目前树高4～6 m，郁闭度0.4～0.5，管理水平良好，树体健壮，全部进入盛果期。

1.2 试验材料与方法

2019年10月试验地祁连圆柏球果由绿变黑时，表明种子已经成熟，可以采摘。采摘时设立田间对比试验，分别采用传统人工采摘和设计的祁连圆柏球果采摘机采摘。

传统人工采摘，采摘时架设爬梯后站在爬梯上用手采摘，采摘的祁连圆柏球果放入随身携带的布袋中收存。

使用祁连圆柏球果采摘机采摘，采摘时驾驶机器采摘，采摘机动力部分为型号LW180KV的装载机，加载的梳斗大小为长1.5 m、宽0.6 m。

采摘结束后，称取使用不同方法采摘的祁连圆柏球果鲜重，计算采摘效率和成本。对不同采摘方法的安全风险进行直观评价，用高、中、低进行描述。试验地一个青壮年劳动力每天工作10 h的雇工费是150元，祁连圆柏球果采摘机(包括驾驶员)每天工作10 h的雇用费是3 000元。数据采用Excel 2007和DPS 6.01软件进行统计分析。

2 试验结果与分析

2.1 采摘机的设计和应用

祁连圆柏球果采摘机整体结构示意图如图1所示，梳斗结构示意图如图2所示。采摘机由装载机和梳斗组成，梳斗为槽状，前侧有梳子状锯齿，后侧有“O”字形对称螺母组成的卡环Ⅰ、卡环Ⅱ、卡环Ⅲ，三个卡环呈品子形分布。梳斗安装在装载机前端的升降臂上，安装时通过梳斗后侧“O”字形对称螺母组成的三个卡环和装载机升降臂前端的螺孔对接，通过螺栓连接，连接后梳斗可绕装载机升降臂自由旋转。梳斗由厚度10 mm钢板制成，梳斗梳子状锯齿之间的狭缝距离小于祁连圆柏球果最小直径8 mm。

图1 祁连圆柏球果采摘机整体结构示意图

图2 梳斗结构示意图

祁连圆柏球果采摘机工作示意图如图3所示。采摘祁连圆柏球果时，操作者驾驶采摘机将前端的梳斗靠近祁连圆柏树体树干，操作采摘机升降臂，梳斗自下而上梳理祁连圆柏树体树冠枝条，生长在祁连圆柏嫩枝顶端的祁连圆柏球果被卡在梳斗的锯齿之间，在梳斗上升过程中被摘下，脱离祁连圆柏树体嫩枝落入梳斗底部，这样就完成了祁连圆柏球果的采摘和收集。梳斗内采摘的球果数量达到梳状锯齿底端水平线时，翻转梳斗将球果倒出装袋收集。

图3 祁连圆柏球果采摘机工作示意图

2.2 采摘机应用效果对比分析

祁连圆柏球果采摘机应用效果见表1。由表1可知，传统人工采摘和应用祁连圆柏球果采摘机采摘差异较大。传统人工采摘的采摘效率为5.82 kg/人·h，采摘成本为2.58元/kg，且在采摘过程中需要爬梯，存在坠落的风险，安全风险评价为高。祁连圆柏球果采摘机的采摘效率为152.47 kg/人·h，较传统人工采摘提高了25.20倍，采摘成本为1.97元/kg，较传统人工采摘降低了0.24倍，且采摘机工作过程中采摘者只需坐在驾驶室里操纵升降臂即可完成采摘，不存在传统人工采摘时爬梯坠落的风险，安全风险评价为低。

表1 祁连圆柏球果采摘机应用效果

3 小结

使用祁连圆柏球果采摘机采摘祁连圆柏球果，与传统人工采摘相比提高了采摘效率，降低了采摘成本和安全风险，在生产实践中具有一定的应用前景。林木种子的采集、加工和贮运是林业育苗产业的重要组成部分，在林业产业朝着机械化发展的今天，实现林木种子采摘工具的提升改造和机械化，有助于提高采摘效率和降低采摘成本，减少劳动力的雇用数量和雇工成本[3]。设计的祁连圆柏球果采摘机利用装载机为动力，在升降臂前端加载梳斗，提高了采摘效率，降低了劳动强度，扩展了装载机的功能，且操作简单，实用性强，建议在祁连圆柏球果采摘中示范推广。