0 引言
紅花別名草紅花,是名貴中草藥材和重要的油料作物,具有活血通經、散瘀止痛的功效.紅花籽提取出的紅花油,堪稱"亞油酸之王",被譽為世界上三大保健功能營養油之一.新疆紅花種植已有 2000 年多歷史,分布區域較廣.目前,新疆紅花種植面積近 4萬 hm2,產量占全國的 80% .相對于紅花種植業的快速發展,紅花絲的機械化采收技術嚴重滯后于開發利用環節,已成為制約其產業發展的"瓶頸".新疆紅花采收季節在 7-9 月份,與新疆加工番茄、棉花采收期重疊,導致雇工困難、采花費用逐年上漲等問題,生產成本大幅提高,許多紅花因無人采收而浪費,致使采收量下降,嚴重打擊了農戶的種植積極性,制約了紅花產業的發展.因此,解決紅花絲機械化采收問題是大力發展紅花產業標準化及規?；谋匾獥l件之一.
1 國外紅花絲采收機械現狀
目前,世界上有 60 多個國家和地區栽培紅花,主要集中在印度、墨西哥、美國、埃塞俄比亞、西班牙和澳大利亞[1].其中,印度、埃及、伊朗、西班牙等國紅花種植面積較大,其采收方式和采后加工機械與中國相似,即種子收獲、脫籽、榨油等工序均已實現機械化,但紅花花絲采收仍然采用手工采收[2-6].印度的 NARI \\( Nimbkar Agricultural research Insti-tute\\)[7]已經制成了兩種類型的紅花花絲采收機,一種是背負式紅花采收機,工人背負電池及采收裝置\\( 如圖 1\\( a\\) 所示\\) ,另一種是以汽油機為動力的手推式紅花收獲機.這兩種裝置中,花絲的采收和收集靠風機產生的負壓,而花絲分離依靠旋風分離器\\( 如圖 1\\( b\\)所示\\) .這兩種機型雖然操作方便、效率高,但存在著能耗大、采收效率低、噪音大等缺點.2012 年,伊朗德蘭黑大學 Abuoreihan 學院農業技術系的 Siavash Azi-mi[8]設計了一種紅花花絲采收機,由發動機、徑向風扇\\( 含有智能刀片\\) 、輸送管道、擴散器\\( 花絲從空氣流和儲花室分離出來\\) 及儲花室 5 部分組成.試驗表明,該紅花花絲收獲機的采收量與手工相比增加了65% \\( 如圖 1\\( c\\) 所示\\) ,但花絲損失量大.
2 國內紅花絲采收機械現狀
國內紅花花絲采收方式仍停留在人工采收階段,沒有大面積推廣使用的紅花采收機械.目前,國內對紅花收獲機械進行相關研究處于起步階段,只有農牧團場的少數基層農機人員進行了簡易采收機的自發研制.
1994 年,山西農業大學的葉全民、左月明研制了一種頂生小果實采收機[9]\\( 見圖 2\\( a\\) \\) ,利用氣吸原理,采集頭靠近頂生小果實時,其小果實被負壓產生的吸力拉下,并隨著氣流由采集頭經吸氣軟管進入集料箱收集.該采收機專門針對紅花設計了負壓吸引-剪切式采集頭,具有較好的適應能力.
2005 年,新疆塔城市也門勒鄉闊村的周瑛、沈鳳芳在實用新型專利"一種電動紅花摘花器"[10]\\( 見圖 2\\( b\\) \\) 中介紹,利用轉動的抓花扇將紅花絲收集至刀片處,刀片做往復剪切運動將紅花花絲采收后通過輸花管輸送至貯花箱,該機因工作效率較低未見使用.
2011 年,新疆裕民縣農機推廣站的技術人員研制的背負式小型紅花采收機\\( 見圖 2\\( c\\) \\)[11],該機利用氣吸原理完成花絲的分離、收集,專門針對已干枯的干花絲進行采收.
2012 年,葛云、王磊等人提出了一種利用氣吸切割原理完成紅花鮮花絲收獲的紅花采收器[12].工作時,利用氣吸流將紅花花絲吸入吸花口整形,由回轉切割刀片完成紅花花絲與瘦果的的切割,再將切割分離后的紅花花絲利用氣吸流吸入到儲花室.其結構如圖 3\\( a\\) 所示.
2012 年,石河子大學葛云、王磊提出一種利用氣吹和氣吸相結合的方式完成紅花干花絲收獲的紅花采收機[13].工作時,先利用氣力將紅花絲吹落,再利用氣力將吹落的花絲吸入、收集,其結構如圖 3\\( b\\) 所示.
2012 年,李景彬、坎雜等人提出一種利用切割采收機構將鮮花絲切割,再利用負壓輸送所得花絲的便攜式單人紅花采收機[14],結構如圖 3\\( c\\) 所示.同時,相繼提出一種多人紅花采收機[15],利用蓄電池提供動力,并行配置多個切割采收機構,分別由多人每人手持一個切割采收機構將鮮花絲從花絲根部切割下來,再利用負壓輸送并收集所得花絲,結構示意圖如圖 3\\( d\\) 所示.
2012 年,甘肅省酒泉市王建生提出一種藥紅花采收器[16].工作時,根據紅花花絲距離地面的高度,調整升降床腿的位置,將紅花花絲套在割床圓孔內,推動帶刀片的活動屜,將花絲切割收集在屜箱中,結構示意圖如圖 3\\( e\\) 所示.
2012 年,石河子大學李樹峰、李景彬等人提出的便攜式紅花采收機[17],利用設在吸花管頭部的剪刀裝置將花絲剪落后,通過負壓風機產生的吸力將其收集,結構示意圖如圖 3\\( f\\) 所示.
以上幾種紅花采集裝置均是采用氣力式或機械切割式實現紅花花絲的采集、收獲,改善了采摘花農的勞動強度,但在實際應用過程中,仍存在采收效率低、采凈率低、掉落損失大等問題.目前,上述機械仍處在試驗階段,尚未得到裝置的推廣應用.
3 制約因素
1\\) 紅花植株生長特性制約著紅花絲機械化采收的實施.紅花花球呈錐形空間排列,且果球開花時間不一致.單株紅花有果球 10 ~ 30 個[18],分布相對集中在植株頂端,開花期自主莖頂端到接近頂部的每級花球逐次開放,若將新花絲采收后,新花絲能夠很快再生,可采收連續 2 ~ 3 茬.因此,應及時采摘花絲,且不能損傷瘦果,這將影響后茬花絲和紅花籽的產量和質量.紅花花絲的采收要求及其植株生長特性增加了機械化采收的難度.
2\\) 不同花期紅花絲物理性狀制約紅花絲機械化采收的實施.紅花絲開放 1 ~ 3 天之間稱為新鮮花絲,含水率高,花絲直立呈冠狀\\( 見圖 4\\) ,便于人手工采摘; 但是新鮮花絲由于與底部的瘦果緊密相連,抗拉強度大,采摘時,瘦果里的紅花籽尚未灌漿成熟,機械采收需考慮如何避免對瘦果的損傷.花絲開放4 天之后含水率下降,逐漸萎蔫\\( 見圖 4\\) ,由于花絲下垂,粘貼在瘦果之上,此階段的花絲稱為半干花絲或干花絲.此時,花絲與瘦果的連接力降低,所需分離力大大降低,采摘時需增加一個整理花絲的過程.因此,由于新鮮花絲與半干花絲在采收時形態及力學特性相差較大,國內針對紅花采摘的試驗裝備均分別針對其各自特點展開相關采收機械的研究,在一定程度上制約了紅花絲機械化采收的實施.
3\\) 紅花種植模式制約紅花絲機械化采收的實施.新疆紅花多為粗放式種植和管理模式,品種也分為有刺、無刺、水澆、旱作多種,造成紅花植株宏觀物料特性差異較大,不利于采收機械參數的確定和優化,一定程度上制約了紅花絲機械化采收的實施.
4 發展建議
紅花絲采摘是一項季節性較強和勞動密集型的工作,采摘費用逐年上升,已占到紅花田間生產總費用的 30% ~50% ,對紅花絲機械化采收需求已經迫在眉睫; 但紅花絲的機械化采收是一項農機與農藝相互融合的系統工程,與紅花生產過程中的各個環節都有緊密聯系.為此,筆者提出以下幾點建議:
1\\) 優選紅花品種,規范紅花種植和管理模式,有利于農行機和農藝的相互融合,是紅花產業機械化發展的前提.
2\\) 重視機械化采收技術的基礎性研究工作.國內外的紅花絲采收機械基本都是采用氣力式或氣力與切割相結合的方式,紅花絲掉落損失及廋果損傷率都較大,且噪音大、工作環境惡劣.因此,應積極探索新的采收方式,結合標準化和規范化種植的紅花,進行物料特性及采摘機理研究.
3\\) 設計的機型應向功能集約化的方向發展.目前現有紅花采收機械主要采用手持的方式完成紅花絲的機械采摘,采收效率仍然不能達到大規模發展紅花產業的需要,應結合紅花絲機械采收機理的基礎性研究,設計集約化程度高、采收幅寬大,采凈率高的自走式紅花絲采收機械.
5 結語
紅花耐貧瘠、耐干旱、耐鹽堿,由于新疆獨特的氣候和地理條件,新疆已成為我國紅花種植的理想區域[19].因此,研究開發多功能作業的紅花花絲采收機,不僅可以推動開發利用新疆貧瘠、鹽堿和缺水的可耕地[20],更能進一步提高有限勞動力的生產效率.同時,有效促進新疆特色經濟作物持續穩定發展,保持農民收入穩步增長,具有十分重要的意義和應用前景.
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