蔡榮飛，王 輝，易荷涵，夏凌波

（重慶三峽學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，重慶 404130）

0 引言

折耳根又叫蕺菜、魚(yú)腥草、臭豬菜等，三白草科植物，可餐食也可藥用[1]。折耳根整株都可作為藥材，食用可清熱解毒，是治療腸炎、腎炎性水腫、中耳炎等的常見(jiàn)藥材，西南地區(qū)人民常將其作為蔬菜或調(diào)味品[2]?？梢?jiàn)，折耳根有著巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和科研價(jià)值，這也提高了農(nóng)民種植折耳根的積極性。

迄今為止，我國(guó)折耳根種植面積已經(jīng)頗有規(guī)模，其主要分布在我國(guó)浙江、湖北、云南、四川、貴州等地，種植地區(qū)的數(shù)量和種植面積也在不斷地?cái)U(kuò)大[3]。但是，隨著種植規(guī)模的擴(kuò)大，相應(yīng)的問(wèn)題也接踵而至。折耳根的采收較為麻煩，大多要涉及莖葉兩個(gè)部位的采收，且兩個(gè)部位采收時(shí)節(jié)存在差異，葉子部分在春夏季，根莖部分則在秋冬季。在采收葉子部分時(shí)要保持根莖部分的完好，最好是不能破壞其周邊的土壤環(huán)境；采收根莖時(shí)，要涉及挖根、去除附著黏土、收集等工序，所以工序較為煩瑣，且根莖入土深度可達(dá)30 cm，根莖之間交錯(cuò)盤(pán)繞，錯(cuò)綜復(fù)雜[4]。這也使得折耳根的采收大多依賴人工采收，作業(yè)效率低下，人工成本較高，經(jīng)濟(jì)效益受到嚴(yán)重影響。以湖北宜昌市為例，折耳根采收每畝地的人工成本大約為5 000 元，超過(guò)了收入的25%，這也嚴(yán)重制約了折耳根產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。此外，折耳根的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與其出土品質(zhì)有著直接的關(guān)系，人工采收折耳根破損率較高，極易影響折耳根的品質(zhì)[5]。所以，推動(dòng)折耳根的機(jī)械化采收迫在眉睫，同時(shí)這也是實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)振興的重要手段。

1 折耳根簡(jiǎn)介

折耳根喜陰，常生長(zhǎng)在陰涼地域、水洼地旁、田壟溝壑上等，喜歡溫暖潮濕的氣候，在陰潤(rùn)季節(jié)最適宜其生長(zhǎng)[6]。折耳根的溫度適應(yīng)范圍廣，莖葉部分在-10 ℃~0 ℃時(shí)也可成活，折耳根出苗溫度在12 ℃時(shí)較為合適，16 ℃~20 ℃是折耳根前期生長(zhǎng)的最佳溫度，而地下根莖的生長(zhǎng)成熟溫度要求要比前期高4℃~5 ℃。折耳根對(duì)土壤含水量要求在75%~80%之間，土壤pH 值要求在6~7 之間。沙質(zhì)土壤和腐殖質(zhì)土壤最適宜折耳根的生長(zhǎng)，在條件有限的情況下黏性土也可種植[7]。

2 折耳根的農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀

提高折耳根機(jī)械化種植水平，必須與折耳根植物的生長(zhǎng)特性充分結(jié)合，充分考慮其適宜的溫度和濕度，充分了解其生長(zhǎng)周期及規(guī)律。在收割方面，根據(jù)根莖葉的成活要求、收獲部位和收獲季節(jié)的不同，在采收上要區(qū)別于傳統(tǒng)農(nóng)作物，但地下根莖的采收可以借鑒其他傳統(tǒng)地下農(nóng)作物比如花生、土豆等的作業(yè)模式。

2.1 折耳根耕整機(jī)械

整地是種植折耳根的首要環(huán)節(jié)及關(guān)鍵環(huán)節(jié)，我國(guó)目前尚沒(méi)有專業(yè)的折耳根地耕整機(jī)械，整地的目的就是翻土碎土，改善土地結(jié)構(gòu)，覆蓋殘茬和肥料，有利于折耳根地吸收水分和營(yíng)養(yǎng)，讓折耳根有一個(gè)良好的生長(zhǎng)環(huán)境。折耳根的機(jī)械化耕整地作業(yè)可采用旋耕機(jī)、鏵式犁、整地機(jī)、圓盤(pán)耙等常見(jiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)具裝備。但是同時(shí)要注意結(jié)合丘陵山區(qū)地塊小、坡度大的特點(diǎn)，配備中小型耕整作業(yè)機(jī)具較為合適[8]。目前，丘陵地區(qū)應(yīng)用量大、面積廣的耕整地機(jī)械還是以旋耕機(jī)配套小型手扶拖拉機(jī)和微耕機(jī)為主。根據(jù)丘陵山區(qū)地形，較大田塊適合輪式拖拉機(jī)或者履帶式拖拉機(jī)懸掛旋耕機(jī)進(jìn)行作業(yè)[9]。對(duì)于一些較小田塊、較窄道路的山地，使用微耕機(jī)進(jìn)行耕整。

威馬農(nóng)機(jī)研發(fā)了一款威馬WM590 微耕機(jī)，該機(jī)型適用于果園、菜地、大棚和荒地作業(yè)，可滿足用戶開(kāi)溝、鋤草、旋耕和打坑等需求，體積小、質(zhì)量輕、性能優(yōu)越，適合丘陵山區(qū)折耳根機(jī)械化種植[10]。

葉曉紅[11]研制了一款結(jié)構(gòu)可調(diào)式微耕機(jī)，該機(jī)型可以在運(yùn)輸和耕整兩種模式間切換且方便快捷，針對(duì)不同的耕整地環(huán)境可快速調(diào)整耕深，大大提高了耕整作業(yè)效率。目前，該微耕機(jī)被廣泛應(yīng)用于丘陵山區(qū)的山洼田地、果園地等。

2.2 折耳根植保機(jī)械

在折耳根種植過(guò)程中合理使用植保機(jī)械可以有效提高折耳根的產(chǎn)量。圖1 為珠海羽人農(nóng)業(yè)航空有限公司的谷上飛3WDM8-20 大載荷多功能農(nóng)用無(wú)人機(jī)。該機(jī)通過(guò)快速更換不同功能的掛載設(shè)備實(shí)現(xiàn)植保、施肥、播種等多種作業(yè)，作業(yè)效率高，可適用于大小、復(fù)雜度等不同的田塊的作業(yè)，但也存在載重量小、需頻繁加裝肥料、外形尺寸大、轉(zhuǎn)運(yùn)不便等缺點(diǎn)，用于大規(guī)模折耳根植保作業(yè)仍有一定的局限性，該機(jī)型主要適用于丘陵山區(qū)的小地塊作業(yè)[12]。

圖1 谷上飛3WDM8-20大載荷多功能農(nóng)用無(wú)人機(jī)

余詣等[13]設(shè)計(jì)了一款復(fù)合式橫梁的載重植保無(wú)人機(jī)，該機(jī)載運(yùn)噴灑效率較高，可進(jìn)行高效、低污染施藥噴灑。與傳統(tǒng)無(wú)人機(jī)相比，該機(jī)載運(yùn)噴灑能力更好，但是該機(jī)的靈活性、精準(zhǔn)性尚有欠缺，仍有改進(jìn)空間。

2.3 折耳根收獲機(jī)械

迄今為止，市場(chǎng)上只針對(duì)折耳根收獲的機(jī)械較少，折耳根葉片部分采收主要依靠除草機(jī)械進(jìn)行跨區(qū)作業(yè)收割，根莖部分由拖拉機(jī)配套專業(yè)的折耳根收獲機(jī)械進(jìn)行收割。何曉芬[14]設(shè)計(jì)了一款小型折耳根收獲機(jī)，該機(jī)型適應(yīng)性強(qiáng)，利用了振動(dòng)挖掘鏟和振動(dòng)篩來(lái)實(shí)現(xiàn)收獲功能。

殷彥強(qiáng)等[15]設(shè)計(jì)了一種基于模塊化分析的小型折耳根多功能收獲機(jī)，運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)使該機(jī)型能應(yīng)用于馬鈴薯和折耳根兩種農(nóng)作物的收獲，實(shí)現(xiàn)了該機(jī)型的多功能性。該收獲機(jī)拆裝方便，維護(hù)升級(jí)簡(jiǎn)單，在丘陵山區(qū)作業(yè)時(shí)轉(zhuǎn)向靈巧，并且上手容易，適合小農(nóng)戶使用。

羅雨戈等[16]對(duì)傳統(tǒng)折耳根聯(lián)合收獲機(jī)的挖掘系統(tǒng)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和性能分析，發(fā)現(xiàn)固定入土角度的挖掘系統(tǒng)在丘陵山區(qū)有著一定的局限性，驅(qū)動(dòng)輪打滑和挖掘鏟壅土是時(shí)常出現(xiàn)的問(wèn)題，為了解決收獲機(jī)在作業(yè)時(shí)常出現(xiàn)壅土、打滑現(xiàn)象的問(wèn)題，通過(guò)設(shè)計(jì)挖掘鏟變角度驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)降低了挖掘阻力，從而有效防止了壅土、打滑現(xiàn)象發(fā)生。

3 折耳根機(jī)械化發(fā)展趨勢(shì)

綜上所述，課題組認(rèn)為折耳根機(jī)械化未來(lái)發(fā)展方向如下：探索適合折耳根地機(jī)械化耕整的方法；運(yùn)用傳統(tǒng)耕整機(jī)械，調(diào)整機(jī)具的參數(shù)，尋找適用于折耳根地耕整的方法；對(duì)于折耳根的植保機(jī)械，要提高機(jī)械化植保率，優(yōu)化植保無(wú)人機(jī)的運(yùn)載效率、靈活性和精準(zhǔn)性，研發(fā)適合丘陵山區(qū)的植保無(wú)人機(jī)。想加大力度研發(fā)適合丘陵山區(qū)折耳根機(jī)械化采收的農(nóng)業(yè)機(jī)械，關(guān)鍵在于提高關(guān)鍵零部件的質(zhì)量，解決機(jī)械打滑、壅土問(wèn)題，提高折耳根作業(yè)效率。提高機(jī)具利用率，加大對(duì)丘陵山區(qū)地下作物的聯(lián)合收割機(jī)的研發(fā)力度，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。

4 總結(jié)

1）我國(guó)折耳根的機(jī)械化種植程度較低，大多依靠人工作業(yè)，效率低下，經(jīng)濟(jì)效益不高。在耕整地領(lǐng)域少有專業(yè)機(jī)械進(jìn)行作業(yè)，目前主要通過(guò)傳統(tǒng)農(nóng)作物的耕種機(jī)械、植保機(jī)械等跨區(qū)作業(yè)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)折耳根精準(zhǔn)、高效的機(jī)械化作業(yè)。

2）丘陵山區(qū)折耳根耕整機(jī)械大致有拖拉機(jī)配套旋耕機(jī)和微耕機(jī)兩種，不同的作業(yè)環(huán)境和作業(yè)地塊面積要運(yùn)用不同的耕整機(jī)械。折耳根葉 片常用割草機(jī)械收割，根莖收割常用拖拉機(jī)配套專業(yè)的折耳根收獲機(jī)具進(jìn)行作業(yè)。