中小型桑蚕养殖机械研究进展

程方平 赵帮泰 张巍 杨昌敏 王义鹏 郭曦

摘 要： 栽桑养蚕历史悠久，养蚕工艺古老而传统。随着经济和社会的发展，养蚕作为劳动密集型农业急需轻简化、机械化、自动化和智能化等多层级养蚕技术和装备。针对养蚕各生产环节和作业要求，介绍了桑蚕养殖机械研究现状和特点，总结了中小型桑蚕养殖机械应用中存在问题，展望了桑蚕养殖机械研究发展趋势。

关键词：桑蚕养殖机械；桑叶；家蚕；除沙；上簇；饲育

中图分类号：S887 文献标识码：A 文章编号：2095-1795（2024）01-0015-06

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2024.01.002

0 引言

栽桑养蚕在我国具有5 000 多年的悠久历史，是我国古老而传统的农业产业，为我国农业经济发展作出了重要贡献[1-2]。1970 年以来，我国蚕桑种植面积和桑蚕生丝生产量均稳居世界首位，解决农业劳动力就业的同时创造了大量的物质财富，栽桑养蚕对促进养蚕农民增收和乡村振兴具有重要意义[3-4]。

2006 年商务部实施“东桑西移”工程以来，蚕桑产业得到各级政府高度重视和大力支持，在蚕桑产业基地建设和人才培训等方面得到许多政策和资金支持，我国蚕桑产业再次得到持续稳定的发展，在世界上始终保持领先地位[5-6]。

家蚕饲养是栽桑养蚕的重要组成部分，也是蚕桑产业中劳动强度较大和用工需求较多的环节。随着经济社会发展和农村劳动力转移，养蚕作为劳动密集型农业生产，急需发展机械化养殖，降低劳动强度，提高生产效率，促进蚕桑产业持续健康发展。本研究从桑叶采摘后养蚕开始，介绍切桑机械、给桑机械、消毒机械、除沙机械、上簇机械及饲育联合作业机械的研究现状，对我国养蚕机械的发展前景和趋势加以展望，并结合我国生产现状指出未来养蚕机械的发展方向。

1 必要性

蚕桑业作为传统农业，在我国得到了长足发展[7]。在农村剩余劳动力较丰富的早期，养蚕以小农户养殖为主，基本靠手工作业进行养殖，养蚕机械的研发和应用需求较少。蚕作为一种低等动物，生长发育易受环境影响，对机械设备和养蚕工艺要求较高，因此我国的养蚕机械在蚕业技术体系中一直是薄弱环节。

由于农村劳动力短缺、劳动成本提高，劳动量大、作业环节多的养蚕从业人员逐渐减少并趋于老龄化，传统的养殖方式难以吸引相关从业人员。随着桑蚕养殖集中和规模化发展，省力化、轻简化、机械化和智能化的养蚕机械需要大力发展，这对蚕桑产业的适度规模生产、增强蚕业竞争力意义重大[8]。

桑蚕养殖环节，人工切桑不仅效率低，并且手易磨损起泡、疲劳、危险；大蚕养殖环节，给桑量大，人工饲喂时间长；消毒环节，特别是撒粉消毒，作业环境比较恶劣，对作业人员身体伤害较大；除沙环节，由于作业烦琐，劳动量大，部分养殖户放弃除沙，直接影响养殖效果；上簇环节，需要大量人员集中作业，人员紧缺；饲育作业环节，急需机械化和智能化作业设备，保障蚕茧产量和质量。发展中小型养蚕机械对蚕业生产非常必要[9]。

2 研究现状

2.1 切桑机械

在小蚕和中蚕饲育期间，蚕的躯体较小，口器较为娇弱，移动距离和对桑叶的感知距离均较小。目前人工饲料饲养仍在探索试验阶段， 家蚕需要按照DB51/T 849－2008《桑蚕小蚕共育技术规程》切桑后饲喂[10-11]。规模化饲养一般需要配置切桑机，结构如图1 所示，不同切桑机的切片数量及效率与人工作业相比如表1 所示[12]。

随着养蚕规模经营与小蚕共育规模扩大，人工切桑效率难以满足生产，相关研究人员研制了多种切桑机。梁培生等[13] 针对常见切桑机切叶存在挤压和揉搓的情况，研制了一种反向式切桑机，通过齿形刀与长条形定刀对桑叶进行横向切割成条形，随着齿形刀的繼续推送，与反向旋转的圆刀片组将桑叶切割成方块形。反向旋转形成较大的相对速度，有利于轻、薄、软的桑叶切割，改善切割质量的同时提高了效率，经过工作参数的优化，可达人工切桑效率的12 倍。

针对小龄期饲喂桑叶比较鲜嫩的特点，为尽量保持桑叶的新鲜度和营养成分，梁培生等[14] 利用滑切原理设计了圆弧刀式切桑机，动、定刀片均采用弧形曲线，动、定刀片闭合形成包角并利用动、定刀轴偏心距产生滑切，减少对桑叶的切割力，也提高了生产率，可达人工切桑效率的13 倍。

孟凡光[15] 从桑叶几何形状、桑叶物理机械性能（抗拉、抗剪、抗弯）、桑叶机械损伤机理等出发，在梁培生等[13] 研制的齿形排刀和圆刀片组反向式旋转切桑基础上进行了单因素和正交试验参数的优化和设计，进一步改善了切桑质量和效率，为切桑机的研制提供了理论参考和借鉴。

2.2 给桑机械

给桑机械如图2 所示，主要应用在稚蚕饲育联合作业和大蚕饲育给桑，切桑后的桑叶饲喂主要用于小蚕阶段。李林波等[16] 针对小蚕共育给桑机，研制出单滚筒直接出料、多组滚筒出料、料仓传送带翻叶出料，以及在料仓内安装翻料辊、出料辊及匀料毛刷等4 代样机，解决了桑叶出料卡滞和出料不均匀的问题。

大蚕阶段采用全叶饲喂，给桑量较大，所食桑叶占整个蚕期的80%。未切割的桑叶是扁平状，桑叶送料过程中流动性差，极易成堆[17]。如给桑不均匀，蚕易聚集，相互抓伤或患病的概率大大增加，严重影响蚕茧产量及质量。

针对桑叶易堆集的问题，仪陇县升雄农作物种植农民专业合作社[18-19] 发明了一种滚桶式给桑机，在给桑机存叶仓内的搅拌机构能够将桑叶搅匀后再进行喂料，提高了给桑均匀性，但是搅拌机构容易损伤桑叶；该合作社还设计了一种负压式小蚕给桑机，通过负压吸附桑叶，大大减少了桑叶损坏，能保证一次性吸附转移桑叶量的均匀性，但成本相对较高，生产效率有待进一步提高。

2.3 消毒机械

消毒是养蚕过程中必不可少的环节，是预防蚕病大面积爆发的重要手段，养蚕生产中需要进行蚕前、蚕期和蚕后多次消毒，消毒效果直接影响蚕茧产量和养殖收益[20-21]。由于化学消毒剂使用方便、便宜、使用效果好，养蚕过程中常用化学消毒剂进行消毒，主要有含氯消毒剂、甲醛消毒剂、石灰、硫磺和季铵盐类消毒剂等，常用化学消毒剂如表2 所示[22]。

根据消毒对象和药剂不同，养蚕消毒环节有浸渍消毒、熏烟消毒、喷雾消毒和撒粉消毒多种消毒方式。浸渍和熏烟消毒一般没有采用消毒机械，而喷雾消毒和撒粉消毒采用人工作业对身体伤害较大、作业效率较低，急需机械消毒作业。电动撒粉机如图3 所示。

针对人工撒粉消毒效率低、劳动强度大等问题，李文学等[23] 研制出利用离心风机对空气产生吸力，吸粉并与空气混合后喷出的喷粉机，这种喷粉机结构简单，实现了均匀高效喷粉消毒，但是该机喷粉量固定，不能根据生产需要调节。梁培生等[24] 同样采用离心风机设计了便携式蚕座喷粉消毒机，药粉与风机气流混合后吹出，相比人工撒粉，消毒粉剂均匀连续。为适应不同消毒粉剂类型和喷粉浓度要求，在喷药机底部出料口增加了刮板和粉量调节阀门，不仅喷粉量易于调节，还提高了作业质量，也节约了消毒粉剂。

喷粉消毒机虽然提高了效率，但是在作业过程中气流喷撒极易产生粉尘。张剑飞等[25] 研制了一种自走式滚筒撒粉消毒机，通过滚筒带动石灰粉从梳齿空隙处匀速落下，没有风机气流，作业过程基本没有粉尘产生，改善了作业环境。自走式喷粉消毒机比较适合在规模化大蚕蚕台育和地蚕育条件的撒粉消毒，对蚕房、蚕台空间位置有一定要求。

2.4 除沙机械

除沙是将蚕座上的蚕粪便、残余桑叶、桑叶柄等杂物去除，以便为蚕提供健康、清洁和干燥的环境，减少蚕病发生。传统人工除沙是将蚕从蚕箔中转移到操作台，去除蚕沙后再将蚕转移至原来的蚕箔，这种方式作業效率较低、劳动强度大，容易损伤蚕体。

胡光荣等[26] 利用蚕自主移动到桑叶取食的习性，设计了升降式除沙装置，包括固定饲养层、活动饲养层和升降装置，在活动层投放桑叶，蚕向活动层转移后升高，固定层除沙。除沙后在固定层投放桑叶，蚕向固定层转移后提升活动层完成一次除沙和饲养复位作业，大大提高了除沙效率。这种除沙方式仍然存在部分蚕留在蚕沙上，需要人工辅助捉取，仅依赖蚕的迁移习性，除沙机械开发难度较大，还有待进一步研究。

2.5 上簇机械

上簇是蚕成熟的时候，让蚕到簇具上吐丝结茧的过程。以前多为小户散养，有采用人工捉蚕上簇，也有自然上簇、条桑珍落上簇、网孔上簇。随着规模化养殖和机械化发展，上簇环节也逐步研究和应用了上簇机械。

在生产实践的摸索发展中，蚕农逐步接受和选择了方格簇自动上簇技术。应用较多的上簇架主要有承架式和悬架式两种装置，其中悬架式在空间和用途拓展方面较为灵活。郭庆辉等[27] 研制了一种电动升降悬架式方格簇上簇装置，通过钢丝绳、滑轮、电机及辅助装置实现方格簇轻松快速升降，大大降低了劳动强度。这种装置只在蚕上簇后进行升降，相对一个养蚕季来说，使用率较低，推广应用难度较大。

2.6 饲育联合机械

饲育联合作业机械如图4 所示，可以实现上料、给桑和消毒等多个作业工序的联合作业，大大提高生产效率。养蚕达到一定规模后，特别是企业化经营的发展，饲育联合作业的需求得到进一步增强，相关科研院所对饲育联合设备进行了研究攻关。

王义鹏等[28] 研制了一种垂直旋转大蚕饲育设备，在一台设备上可完成蚕台自动定位取盘操作，配合自动撒粉机实现撒粉消毒、给桑机进行给桑环节的机械化作业，具有较强的拓展性。多套垂直旋转大蚕饲育设备还可组合作业，实现工厂化流水式生产，大大提高了生产效率。在后续研发中，进一步集成了环境控制、养殖信息过程管理等功能，为工厂化、智能化养蚕提供了新选择[29]。

在小蚕饲育阶段，养殖较为集中单一、桑叶比较细小均匀，同时对环境温湿度调节的要求也较高，为小蚕共育智能化饲养提供了条件和需求。何光赞等[30]采用双螺旋闭环运转方式设计了智能型自动化小蚕饲育机，包括内外两个循环，内环自下而上盘旋上升、外环自上而下盘旋下降，当蚕座循环到外环底层的时候进行消毒、加网、添桑叶和除沙等作业。这种首尾内外相连的循环方式集中度高，但对设备可靠性要求较高，一旦某个环节出现故障将导致整个设备停机，并且在内循环中的蚕无法进行后续饲喂。

庞家柳[31] 研制的小蚕共育喂育机，可以集中进行进料、拆簸、饲喂、码簸和出料等作业，能够实现小蚕的集中饲喂功能，但缺乏对小蚕进行消毒的作业条件。四川省农业科学院蚕业研究所[32] 采用链条传动方式实现机架升降、水平移送及控制功能，在传送段上实现消毒饲喂作业。黄尚勇等[33] 按照工厂化流水线式的理念设计并研制了一种自动化小蚕共育生产线，可以实现桑叶切割、饲喂、撒粉消毒等作业，可以灵活布局，为小蚕共育户提供了可定制的方案。在智能化饲育方面，汤自强[34]引入计算机视觉技术，通过对蚕座位置的识别实现精准给桑、对给桑厚度的判别实现给桑均匀性的监测、对蚕生理状态的判别实现给桑量的调控，为小蚕的科学规范饲育提供了新的技术支撑。

3 存在问题

由于经济发展和农业比较效益较低，农业从业者的逐步减少和老龄化，急需从轻简化、机械化、自动化和智能化等多层级提供养蚕技术和装备，供不同养殖规模的蚕农和合作社选择。蚕农选择时也需要从自身条件从发，综合考虑省力程度、工效、性价比。蚕的养殖环节多、农艺要求较高，养蚕机械研发和应用难度较大。

3.1 设备防腐要求高

当前的养殖农艺需要在整个饲养前、中、后进行多次全方位消毒，使用的消毒剂，特别是含氯消毒剂对金属材料、线路、传感器具有较强的腐蚀性，要求设备具有较高的防腐性能，对于机架进行防腐相对容易，对于链条、轴承、电机及各种传感器防腐较难，严重制约了各种装备的使用寿命和可靠性，也增加了蚕农的使用成本。

3.2 人工辅助工作多

养蚕涉及环节较多，大部分环节仍需人工介入辅助，机械设备在一定程度降低了劳动强度。相比其他农业养殖，辅助作业工作量仍然较多。除了小蚕共育集成度和机械化程度相对较高外，大蚕饲养中人工成本居高不下。特别是多层蚕架饲养方式，大部分作业都是人工完成。

3.3 层次多样，智能化程度低

目前养蚕基本实现了集中养殖，特别是小蚕共育已经相当普遍，标准化程度较高，大大促进了机械化和智能化养殖的发展。但是在大蚕养殖环节，大部分蚕农仅进行了轻简化养殖，主要以人工养殖为主，即使部分规模化养殖户实现了机械化，但是养殖中的智能化程度仍然较低。

4 发展趋势

近年来，养蚕规模化发展和逐步聚集生产格局的形成，使养蚕机械的需求更加迫切，随着蚕饲料化、工厂化养殖研究的推进，养蚕机械将迎来新的发展机遇。针对现有问题，在养蚕机械的研究和发展中应注意以下问题。

4.1 加强防腐与消毒有机结合

在养蚕设备中，即使采用了不锈钢和防护塑胶，但是啮合的齿轮链条及传感器仍然是防腐的短板。消毒剂中含氯是造成设备腐蚀的首要因素，在做好设备防腐的同时，尽量避免使用含氯消毒剂或者采用其他物理消毒方式进行替代。

4.2 加强养殖机械与养蚕工艺融合

与其他农业生产一样，农机农艺融合是开展相关技术与装备研发的首要条件。养蚕涉及環节和养殖工艺沿袭至人工养蚕，由于养蚕的饲喂和消毒要求较高，很多环节需要人工介入。养殖机械开发需要与养蚕工艺紧密结合，在保障蚕正常生长的条件下，养蚕工艺也需要进行适当调整和优化，研发饲料化、工厂化的技术模式，以利于标准化生产工艺形成和机械化设备开发。

4.3 提升养蚕设备智能化水平

智能化是现代农业发展的必然要求。当前养蚕产量和质量主要取决于养殖人员的经验、养殖人员饲养水平及精心照料时间，养蚕收益带来较大的波动和不确定性。特别是养蚕的温湿度调控、桑叶投喂情况、蚕生理活动情况，需要引入更多智能监测和智能决策技术，提高养蚕设备的智能化水平，提高养蚕产量和质量。

5 结束语

我国是世界蚕丝业的发源地， 拥有 5 000 多年的栽桑养蚕历史，但我国蚕桑生产依然呈现劳动、土地密集型特征，对自然条件依赖度高；生产规模化、机械化、工厂化推进缓慢，至今仍以传统小农家庭模式为主，生产经营规模较小。

随着我国农业劳动力快速减量化、老龄化，蚕桑机械化是蚕桑产业可持续发展的必由之路。因受区域环境等因素影响，各地养殖模式及工艺差别较大，很难有统一的模式及标准。各地结合实际情况，研发了机械化养蚕设备并进行了示范应用，因受养蚕工艺复杂多样的影响，都存在不同的问题。目前养蚕机械主要以省力化的中小型机械为主，基本每个生产环节均需要人工辅助完成，机械化生产仍需不断优化提升，虽然现阶段很难全面实现机械化养蚕，但是未来的发展方向必然是机械化、自动化和智能化。