基于套种模式下毛葱机械收获装备的研究及发展难点与对策

赵红星孙雪娇王立新董永鹭欧志鹏何禹王立国刘忠孝王伯成

(1.长春市农业机械研究院，吉林 长春 130062；2.农安县哈拉海镇综合服务中心，吉林 农安 130200)

引言

毛葱又名分蘖葱头、珠葱等，是洋葱的一个变种。属于百合科葱属，是一种特色经济作物，在东北地区非常受欢迎，可作为蔬菜，也可作为调味品[1]。近些年来，随着农业产业结构的不断调整，毛葱作为高产经济作物的地位日益突出，种植面积也逐年扩大。为了提高土地利用率，增加单位面积上的经济效益，基于套种模式的毛葱种植产业，将成为毛葱高效栽培的发展方向。毛葱机械化生产起步较晚，机械化水平较低，基本采用传统人工方式作业，生产效率低、劳动强度大，经济效益不能有效显现。特别是毛葱收获环节，人工成本逐年上升，所以亟需加快推进毛葱收获环节的全程机械化。包括研制和推广毛葱收获机械、茎叶破碎机械等。从而补齐毛葱收获机具短板弱项，稳步降低人工成本，促进农村经济发展就成为当前的研究重点。

1 毛葱收获机研究现状

毛葱是以鳞茎进行繁殖，基部分蘖，形成数个或十多个小鳞茎簇生一起，须根呈弦线状，着生于短缩茎盘的基部。由于毛葱成熟时，部分葱头裸露在土壤表面，枯黄茎叶贴于垄上，收获时难度高，作业强度大，容易对毛葱头造成损伤。与马铃薯、大蒜等根茎类作物收获机具相比，毛葱收获机起步较晚，针对毛葱单品种收获的机型较少，整个收获机自动化程度较低，尚处于初级阶段。与马铃薯收获机类似，毛葱收获机具主要部件由挖掘装置和振动筛分装置构成，能实现毛葱的挖掘、去土、平铺等功能，后期还要进行人工的捡拾、茎叶切除、收集等工作，劳动强度高，人工费昂贵。联合式毛葱收获机是未来发展的方向，能集合切茎，挖掘、筛土、输送和自动收集等功能，整个过程自动化程度较高，能有效提高作业效率，降低劳动成本，适合大面积种植推广。

1.1 小型手扶式收获机

山东德州一家农机企业研制出一款小型手扶式收获机，适用于毛葱、洋葱等根茎作物，属于分段式收获机型。该收获机重80～90kg，配套动力7.5hp，工作效率1300～200m2·h-1，适合在小块地形和温室大棚内工作。这种机型自带动力，设计小巧轻便，操作简单，能实现毛葱挖掘和简单筛土功能，但是自动化程度较低，工作效率不高，整个收获过程人的参与度较高，不适合大面积收获使用，见图1。

图1 小型手扶式毛葱收获机

1.2 牵引式收获机

牵引式收获机是现在比较成熟的分段式毛葱收获机，该收获机以拖拉机为动力，能实现毛葱挖掘和筛土功能，与小型手扶式收获机相比，大大提高工作效率，缩短了毛葱采收期，降低了人的劳动强度，适合于大规模种植户使用，见图2。

1.3 农户自制收获机

由于种植模式、套种方式等农艺不同，市场上收获机具并不能满足有些毛葱种植户的需求，为了更快缩短采收期，节省生产成本，这些葱农自主设计和制造适用于自己生产的毛葱收获机。农户参照根茎类作物收获机的原理，根据种植经验、毛葱种植模式和机械技术等自主设计的毛葱收获机，虽然能满足其套种模式的使用，但由于葱农的农机专业水平不高，造成械故障率高、零部件强度不足、无故障工作时间短、工作效率低下等问题[2]，见图3。

图3 葱农自主设计的毛葱套种大豆收获机

2 套种农艺

2.1 增产机理

为了提高土地利用率，合理利用种植空间，在原有毛葱的种植基础上，研究出一套科学合理的高效套种栽培模式。毛葱套种栽培指在不影响毛葱生长的前提下，同一年内，在毛葱生长中后期，同时在垄间栽培其他农作物的种植方式。该种植方式是根据毛葱的生长习性，结合长期的种植经验积累，利用毛葱对光照反应不十分敏感，前期生长强势，后期生长弱势等特点，通过套种其他农作物如大豆、白菜和向日葵等，能更好地利用水、肥等自然条件，还能很好地利用光能和土壤养分，错开作物的生育期，在有限的土地上获得最大的收益，具有很大的发展前景。

2.2 农艺流程

毛葱套种种植模式，采用错期播种，充分利用空间和时间，结合不断实践积累的种植经验，形成一套科学合理的套种栽培农艺流程。在4月上旬左右，采用垄上双行交替播种毛葱，垄间套种的其他农作物，如套种叶菜，需在毛葱种植1个月后播种，叶菜类蔬菜可以选择如白菜、菠菜、莴苣、小白菜等速生性蔬菜；套种大豆在6月上旬前后，垄沟内机播大豆，毛葱收获后大豆可正常生长；套种向日葵在6月中旬，能够利用作物生长的立体空间，互不遮光[3-5]。毛葱套种大豆种植方式最为普遍，图4为毛葱套种大豆种植农艺流程图。

图4 毛葱套种大豆种植农艺流程图

2.3 套种模式

中央一号文件提出实施大豆振兴计划，大力推进大豆和油料产能提升工程，多途径恢复和扩大种植面积，对大豆生产者实施补贴。经过连续多年实地调研发现，毛葱套种大豆种植面积最广，套种模式与毛葱收获方式和大豆种植模式有关，大致可分为模式Ⅰ和模式Ⅱ，具体如下。

2.3.1 模式Ⅰ

模式Ⅰ是指在不影响毛葱生产的条件下，在毛葱每行垄沟都播种大豆。该模式优点是能提高单位土地的利用率，使大豆产量的最大化，直接从提高产量方面增加农民受益；缺点是所有毛葱垄沟都播种大豆，毛葱成熟时无法采用机械采收，需要人工收获，造成人工成本大幅度上升。

2.3.2 模式Ⅱ

模式Ⅱ是指在不影响毛葱生产的条件下，毛葱垄沟每间隔一垄沟播种1行大豆。该模式是依据现有毛葱收获机具设计的特点，形成的大豆种植模式，优点是毛葱成熟时，在不损伤大豆苗的前提下，使用现有毛葱收获机具进行毛葱采收，大大降低人工成本；缺点是单位土地的利用率无法最大化利用，大豆产量也会减少，直接影响农民收益。

综合模式Ⅰ和Ⅱ来看，各有优劣势，但是随着毛葱全程机械化程度越来越高，机械收获成本会逐年下降，但人工成本会逐年上升，与模式Ⅰ相比，模式Ⅱ在未来的发展更具有竞争力。图5为毛葱套种模式Ⅰ与模式Ⅱ收获方式对比。

图5 毛葱套种模式Ⅰ与模式Ⅱ收获方式对比

3 收获装备研究与效益分析

3.1 收获机的研究

为了响应吉林省政策，提高蔬菜生产能力，大力发展特色高产经济作物，提高农民收入。2019年长春市农业机械研究院进入“三辣之乡”农安县哈拉海镇进行实地考察调研，与种植大户、合作社等农业经营主体交流探讨，了解到农户毛葱种植遇到的难点和困境。种植户反映毛葱种植劳动强度大，人工成本逐年上升，造成经济收入不升反降等问题，最终聚焦在发展毛葱全程机械化才是解决葱农难点与困境的根本途径。在毛葱各个生产环节中，毛葱收获环节占据的人工成本最高，劳动强度最大，是造成经济收入下滑的主要原因。

2020年长春市农业机械研究院开始吸收、引进和转化现有的毛葱收获机械类型，基于毛葱套种大豆的种植模式，设计和研究出适合于套种大豆的毛葱收获机械，机具作业农艺要采用套种模式Ⅱ。该收获机设计为双垄收割毛葱，要达到不伤毛葱鳞茎，筛分机构的去土效果，也要不损伤大豆苗，解决了零部件强度不足、无故障工作时间短、工作效率低下等诸多问题。图6为毛葱套种大豆收获机的研究与试验。

图6 毛葱套种大豆收获机的研究与试验

3.2 茎叶破碎机械的研究

茎叶破碎一直是毛葱收获一个难点，由于毛葱成熟时茎叶垂落，贴于垄上，鳞茎也有部分裸露在土壤表面，造成很难有合适的机械既能除去毛葱成熟的茎叶，又能不损伤毛葱。目前还是需要人工剪去茎叶，工作效率低，工作劳动强度大，造成人工成本高，每公顷的人工成本相当于一台普通毛葱收获机器造价，这是导致种植户种植毛葱经济效益不增反而下降的根本原因。长春市农业机械研究院在研制毛葱收获机的同时，也在研究与收获机相配套的毛葱茎叶破碎机械，通过试验发现，该茎叶破碎机械对毛葱茎叶处理效果不错，但是仍存在少许毛葱茎叶处理不净、对毛葱造成一定的损伤的问题，还需要进一步优化改进。图7为毛葱茎叶破碎机械的研究与试验。

图7 毛葱茎叶破碎机械的研究与试验

3.3 经济效益分析

毛葱从播种到收获，除了种葱成本以外，人工成本居高不下，造成种植户收入难以持续提升。大力发展和推广毛葱全程机械化，是解决人工成本的根本途径。针对于毛葱收获机和毛葱茎叶破碎机械的研发与应用，能提高收获环节的工作效率，大幅降低人工成本，保证种植户的经济效益稳步增长。

表1 毛葱收获环节机械与人工成本

4 收获装备研究难点

4.1 种植模式不统一，规模偏小

毛葱属于东北地区的一种特色经济作物，多为一家一户的种植模式，小而分散的地块不利于机械化操作。受本身种植特征、种植区域以及农户种植方式的影响，毛葱种植区域较为分散，没有形成规模化、标准化种植，再加上没有统一的种植模式，严重影响了收获机具的适用性，影响了机具的推广使用。

4.2 收获机械不完善、不成熟

与玉米、大豆等粮食成熟收获机械相比，毛葱收获机械刚刚起步不久，机具研发和示范推广远远滞后。市场使用的收获机具多为葱农凭借多年的种植经验自行研发的机具，制造水平粗糙，零件强度不够，易发生机架易变形、断裂开焊等故障。同时毛葱收获机械工作时存在葱头破损率高、作业适应性不强、可靠性差、机械性能低等问题，远远满足不了实际需求。

4.3 收获机械的投资效益低，配件通用性、互换性差

毛葱收获机作业通过拖拉机牵引来提供动力，毛葱种植面积有限，收获期短、收获时间相对集中，机械作业量少，投资回报率低，造成农户不愿意购买收获机械。毛葱收获机械发展不完善、不成熟，机械配件没有与统一的标准，造成配件的互换性差，导致机械维修困难，影响收获机械的工作效率。

4.4 重视程度不够

与土豆、洋葱等大面积根茎类作物相比，毛葱的种植面积少得多，并且本身生长习性更适合在东北种植，在蔬菜类受众度也不高。政府、农机部门一直把工作重点放在提高玉米、大豆等主要粮食作物生产机械化水平上，对经济作物毛葱机械化的认识程度不高，惠农政策和资金的倾斜力度不够，引导、宣传、推广力度不足，没有形成研发和推广毛葱收获机械的良好氛围。

5 收获装备发展对策

5.1 加速收获机具关键技术研究

加强技术创新和机具研发力度，力争尽快推出先进适用的毛葱收获机械。提升毛葱机具的整体适应性，研究收获机的动力学耗能特点，分析牵引动力和筛分动力的运动特征，通过改进结构和优化配置来提高机具的能效。针对毛葱收获挖掘机构进行力学和运动学仿真，探究挖掘铲切割土壤运动形式，分析将土壤与毛葱有效分离的最优力、角度和深度等，优化掘铲结构、形状和材料。注重机具的筛分机构的筛分质量，提高筛分机构的工作效率。

5.2 加深农机农艺的融合发展

加深农机农艺深度融合是解决毛葱生产机械化技术难题有效途径之一，需要农机装备技术、农艺栽培技术等多学科的互相融合发展。加强农机农艺的融合，在充分考虑种植效益的基础上，大力推行适宜机械作业的农艺模式，以提升机具的适应性为重要指标，规范毛葱套种的农艺模式，组织引导农民统一作物品种、播期、种植密度、行距、施肥和植保等生产环节，实现区域化、统一化布局，为机械化作业创造条件。

5.3 加强示范引导和技术创新

建立示范基地和示范园区，引进示范新技术和新机具，展现新机具作业效果，展示机械化生产优势，在示范区形成产业化和标准化发展模式，通过典型示范和辐射带动效应，引导农民积极参与毛葱机械化生产。充分发挥农民职业教育培训机构作用，丰富培训内容，培养出一批懂技术、能操作、会保养的机械化人才。加强科研机构及各相关部门等相互配合，建立多种合作模式，推动关键技术的创新，对毛葱收获机械化技术薄弱环节进行协同攻关，解决制约毛葱收获机械的技术难题。

5.4 加大政策扶持力度，建立联合发展机制

充分发挥政策的导向作用，建立激励机制，充分调动农机企业与科研机构研发新机具的积极性。专业技术人员要指导和帮助农民改进种植模式和农艺，政策上惠农资金安排对毛葱机械化生产给予倾斜，要落实好农机购置补贴。建立联合发展机制，搭建毛葱从种植、收获到深加工的产业链协同平台，调动农业合作社、农民使用先进适用机具的积极性，充分应用现代农机技术储备和先进的信息技术及制造技术，形成共同推进毛葱收获机械化发展的合力，使毛葱收获机械化更上一个新台阶。

6 总结与展望

毛葱套种栽培是现代高效农业的种植农艺，尤其毛葱套种大豆栽培技术，既能稳定毛葱产量，又能恢复和扩大大豆种植面积，缓解油料产能提升的压力。加快机具关键技术研究，提升毛葱收获机具的适应性，实行规范化种植，为机械作业创造条件，制定农机和农艺相结合的技术方案，为实行毛葱机械化收获奠定基础。建立毛葱套种农艺标准化种植示范园区，推行先进、性能可靠的毛葱收获机械装备，通过典型示范和辐射带动效应，促进毛葱种植产业的可持续发展，推动特色农业向高产、优质、高效的现代化农业发展，形成基地化、规范化、标准化、产业化的机械化生产新模式。