挖藕技术研究现状及黄河三角洲地区莲藕采收技术前瞻

莲藕是我国极其重要的水生蔬菜，具有良好的经济价值与营养价值。然而，由于莲藕种植环境和生长条件的特殊性，莲藕采收环境恶劣，而且机械化水平低，主要以人工作业为主，劳动强度大。随着农村劳动力资源短缺和用工成本的快速提高，大大增加了莲藕的生产成本，降低了莲藕产业的经济效益，导致农民从事莲藕种植的积极性越来越低。

为了提高莲藕种植的经济效益，推进莲藕产业省力高效规模化发展，国内外学者根据莲藕的种植特点，研制了简单的莲藕收获机具，部分实现了莲藕采挖机械化。本文通过查阅相关文献、收集资料，阐述了莲藕采收模式的发展历程以及存在的优缺点，并介绍了黄河三角洲地区莲藕的种植环境、生长周期和分布特点，提出了适合黄河三角洲地区莲藕种植模式的机械化采藕的发展方向。

1黄河三角洲地区莲藕的生长和分布特点

我国莲藕种植约有3000年历史，遍布华南、西南、长江和黄河流域。黄河三角洲四季分明，光照充足，水资源较为丰富，年平均气温11.7～12.6 ℃，为莲藕作物生长提供良好的生态条件，与华南及长江流域河湖深水种植方式相比，黄河三角洲地区的莲藕种植属于浅水种植。

此外，由于莲藕对盐碱地有较好的适应能力，同时对水体中总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮（NH3-N）和化学耗氧量（COD）有良好的去除作用，因此，在低产的盐碱地上因地制宜发展莲藕产业，有利于实现生态效益和经济效益最大化。如东营滨海地区针对盐碱地含盐量高、通透性差的突出问题，在多年的探索实践中，已经总结出一套保证莲藕优质高产的栽培技术，促进了当地经济发展。

近年来黄河三角洲地区莲藕种植行业不断发展，已经具有相当的规模，其莲藕种植面积一直稳定在1.84万hm²以上，占全国栽培面积的6.8%以上，高于全国平均水平。黄河三角洲地区莲藕产品以其味甜而脆的口感和很好的药用价值，莲藕及莲藕产品热销全国20多个大中城市并远销海外。

莲藕是一种易种难收的农产品。黄河三角洲地区莲藕一般种植产量为3.75 kg/m²、单支整藕质量3～4 kg，则整藕分布密度为0.94～1.25支/m²，平均约1支/m²。莲藕群体的水平分布没有明显的规律，不同的藕支在田间随机分布；莲藕的垂直分布比较规律，黄河三角洲地区现代品种入泥较浅，一般深30～50 cm。黄河三角洲的莲藕采收期从每年8月开始，至次年4月结束，采收周期长。

2莲藕的采挖

2.1人工采收

由于缺乏采挖效率和质量比较理想的采藕机械，目前莲藕的采挖仍然以人工为主，主要分为以下2种形式。

2.1.1人工铲挖式

人工铲挖式在莲藕采挖前需要排干池水，莲藕采挖时使用挖藕铲翻泥采挖（挖藕铲是能够翻挖莲藕周围淤泥以及舀走少量水的专门的工具）。以莲藕入泥深度30～50 cm计，则泥土翻挖量3 000～4 950 m³/hm²，需要人工150～180 个/hm²，劳动强度大，如果用工成本价格按照每人150～300元/d，劳动力支出费用将达到莲藕种植总投资的40%以上，严重限制了莲藕种植的规模化发展。挖藕铲在人工采挖中的应用如图1所示。

图1 挖藕铲在人工采挖中的应用

2.1.2人工水冲式

人工高压水冲式需要采藕工人携带高压水枪，利用高压水的冲力将莲藕周围的淤泥破碎，使莲藕与淤泥分离，便于人工采藕。高压水冲代替人工铲挖在一定程度上降低了劳动强度，提高了劳动效率，平均每天每人采挖100 kg，以产量1.80～2.25 t/hm²，需要人工150～180个/hm²。

但是在冬季低温期，人工费用仍可达到莲藕售价的30%以上。此外，使用的高压水枪的压力大多不可控，容易造成莲藕表体的损伤，制约经济效益的提高。人工水冲式在人工采挖中的应用如图2所示。

图2人工水冲式在人工采挖中的应用

人工采收方式具有高成本、低效益的缺点。莲藕人工采收作业环境恶劣，劳动强度大，用工成本高；人工采收方式损伤藕体，影响莲藕品质，且低采出率低导致部分莲藕未能及时挖出而在淤泥中腐烂，造成经济损失，效益低。

2.2机械采收

根据挖藕机械的工作原理分为铲挖式和喷流式。铲挖式挖藕机是通过固定在挖藕机上的铲子或其他机构将莲藕直接从泥里撅起，再经过人工冲洗，作业工序比较简单。但由于莲藕在藕塘中的分布没有规律，莲藕枝抗压能力较差、质脆而易断，铲挖式挖掘极易损伤莲藕品质，因此，铲挖式挖藕机应用并不广泛。

喷流式挖藕机采用高压冲水的方式，通过高压水流将莲藕周围淤泥切割、粉碎，使莲藕依靠浮力浮到水面，且水压可调节到合适压力以降低损藕率，很好地解决了铲挖式挖藕机所存在的采挖效率和采挖质量之间的矛盾。因此，喷流式挖藕是最为合理的方式，也是应用最为广泛的方式。

莲藕在欧美国家的认知低，没有相关莲藕采收技术的研究资料，在东南亚地区受到普遍欢迎，使莲藕采收技术得到发展，日本日东工业曾在20世纪80年代研制了喷流式挖藕机，但实际应用中该机器存在操作复杂、采出率低等问题。近几十年来，我国先后研制了多种类型的挖藕机，根据其在作业过程中的行进方式主要可分为漂浮式和自走式。

2.2.1漂浮式挖藕机

漂浮式挖藕机应用于深水藕田，主要包括浮筒式（图3）和船式，两种机械结构上有所区别，但是原理相似。该类挖藕机集动力机、水力系统、喷射系统和船体于一体，融采挖作业和清洗作业功能于一身，利用高压水流对泥土进行冲刷，使净藕自动浮出水面。

图3浮筒式挖藕机

微山县微山湖挖藕机械制造厂生产的4CW-2.6型船式挖藕机，集动力机、高压水泵、喷射装置、挖藕支架、行走系统、液压操作机构与船身为一体，使船体悬浮或半悬浮于水中，在船内完成吸水、加压喷射、挖深控制和行走等全部工序。

高压喷头和铲泥板组合的采挖法增加了挖泥深度，提高了采挖效率和采净率，从而提高了挖藕机的适用范围；液压传动与液压操作法利用液压传动，提高了挖藕机传动效率和稳定性。

挖藕机的采净率为96%，破损率为3%，工作幅宽为2.6 m，适水深度为0.3～1.3 m，可以应用于深水藕田作业环境，作业油耗为4～5 L/h，工作效率为0.02～0.03 hm²/h，效率大大超过人工。

南京农业大学研制的4SWJ-1型船式水力挖藕机，主要由动力输出装置、蓄水装置、牵引机构、摆动机构、工作执行机构和船体6部分组成。船体的设计减少了行进阻力；选择普通清水离心泵，水泵扬程≤45 m；液压马达提供动力，其输出轴与减速器链传动方式，可以降低行走速度同时提高液压马达输出力矩，通过改变液压马达排量可以实现调速以便适应不同水深的藕田；摆动机构采用单液压缸控制，摆动频率可调节。

该船式水力挖藕机作业效率0.007 hm²/h，采净率≥95％，破损率≤5%，工作效率是人工水冲式挖藕的3倍以上［14］。南京农业大学在该挖藕机基础上研制了4SWO-1.2型船式水力挖藕机［10］。

华中农业大学研制的4CWO-3.2型船式挖藕机集动力机、水力系统、喷射系统、操控系统和船体于一体，可实现采挖、清洗作业。整机重心横向坐标在船体纵向对称线上，重心高度坐标低，从而保证船体受力均匀，减少行驶阻力，具有良好的直线行驶特性；其喷嘴往返运动机构设计为双向螺旋机构，可适当放大工作行程，减小喷嘴工作行程从而减小挖藕机结构尺寸；该挖藕机的使用还有利于排涝、清淤和除草等作业。

挖藕机向下倾斜工作幅宽3.2 m，最大挖藕深度0.8 m，挖藕机适水深度0.2～1.8 m，作业行驶速度0.50～1.97 m/min，作业油耗率6～8 L/h，生产率0.010 0 ～0.037 5 hm²/h，采净率≥95%，破损率≤3%。

山东华盛中天机械集团股份有限公司生产的4W-100型挖藕机由柴油机、钢铁浮体和二次增压高压喷嘴组成，工作幅度1 m，最大挖藕深度0.6 m，挖藕机适水深度0.25～0.30 m，需要2人下水操作，纯工作小时生产率≥80 m²/h。每天工作8小时可挖藕667～1 001 m²，降低了用工成本。

目前市面上在售的小型挖藕机大多为浮筒式挖藕机，如千碧荷机械制造有限公司制造的Q1～3型挖藕机、山东永航重工机械有限公司制造的1300型挖藕机、济宁凯捷机电科技有限公司制造的水泵高扬程式自吸抽水挖藕机、济宁鼎诚工矿设备有限公司制造的DC型挖藕机和安徽省长葛市宇龙实业股份有限公司制造的船载往复水枪式挖藕机等。

上述挖藕机摆动装置可调节，利用喷射装置完成挖藕作业，主要应用于浅水藕田，在很大程度上提高了工作效率，降低了人工劳动成本。但实际调研表明，目前的挖藕机普遍存在工作不稳定、采收效果不理想、自动化程度低等问题。

漂浮式挖藕机具有结构简单，操作方便等优点。然而漂浮式挖藕机存在许多缺点：①喷嘴与泥面的距离不固定，故采藕效果不稳定，采出率低，对莲藕品质损伤较大；②功能单一，无藕秆和水草切割装置以及拨禾装置，增大行进阻力，影响作业效率；③在藕塘中没有很好的平衡能力，不便于控制冲藕高度和压力，挖藕效果不稳定；④无行进机构，藕塘转场作业依靠人力拖拽，劳动强度较大。

2.2.2自走式挖藕机

自走式挖藕机应用于浅水藕田。该类机械依靠机械传动和液压控制实现自动行走作业采挖莲藕作业。机械传动系统使得挖藕机可进行水陆行走，解决了挖藕机运输不便的难题。由高压水泵、供水软管等装置组成的液压控制系统增强水流压力，切割并冲散莲藕依附生长的土壤层，使莲藕依靠浮力浮出水面。

湖北省武汉市南通江华机械有限公司研制的4OZ-3型自走式水压莲藕掘取机由自走式水力作业机和地面水泵机组两部分组成，依靠机械传动控制实现自动行走作业，依靠液压电器实现掘取莲藕作业。挖藕机喷管的摆动幅度、摆动频率和挖藕机前进距离等参数均可以根据藕田的土壤条件、莲藕的生长状况来调节，选择相对合适合理的组合参数，使挖藕机达到最佳的工作状态。

该机在正常运行状态下，平均每台机器每天挖667 m²地，是人工采挖效率的10～15倍，大量节省用工成本。但是，该产品在生产试用阶段出现爬坡作业和转向作业过程发动机过载自动熄火等问题，无法正常作业而影响进一步推广。为此，需要研制了一种液压自动切换阀，与双联泵配合使用，以满足该系统空载与带载的调速要求，避免熄火现象。

该类挖藕机具有作业幅宽大，采挖速度快，可转场作业等优点，但是仍存在许多不足：①喷水装置摆动幅度受限，压力不稳定采藕损伤率高；②无导航装置，重挖和漏挖现象严重；③无切割藕茎装置，杂草藕秆等在机器作业过程中产生较大阻力，作业过程需要人工清除田间藕秆。

国内有很多单位和个人对挖藕机进行了技术上的探索，并取得了专利。如武汉大全高科技开发有限公司研制的多功能智能挖藕机，孙庆东研制的联合式挖藕机，宋加龙研制的挖藕机，周明全研制的高效智能多用船式挖藕机。

2.3黄河三角洲地区采藕机的发展方向

黄河三角洲地区的藕田土壤按照粒度分类属于砂壤土，盐碱地种植，无防渗膜和底部硬化，水层深度40～80 cm，具有单塘面积大、藕塘密集的特点。传统人工采收技术成本高效率低，已有机械采收技术尚未成熟因此，笔者认为，集履带式行走系统、藕秆切割装置、喷流式摆动冲水系统、自主导航和无人驾驶控制系统于一体的履带自走式水力采藕机适合黄河三角洲地区挖藕机未来发展方向。

（1）该类设备应具备自行走能力，可进行前进、后退、转场作业；挖藕机前方应具有藕秆切割装置以减小行走阻力，切割装置根据工作参数和莲藕茎秆力学特性选择合适的切割力度和切割功率；设备质量与履带面积应依据莲藕表面抗压特性合理设计，不应在行走过程中因压力损伤莲藕。

（2）喷流式摆动冲水系统应具有上下高度调节和前后左右摆动的功能，实现对淤泥的充分冲刷，从而使干净的莲藕自身浮力的作用下浮出水面，挖藕机后方带有莲藕收集装置，无需人工下水作业。高压水泵应根据系统分析原理，实现优化选型，吸收藕池中的水并经过过滤为喷管提供水源。

（3）将自主导航系统应用于水生蔬菜机械，实现路径规划和无人驾驶作业，避免莲藕采收时的重采和漏采，同时可以计算采收面积，实现莲藕采收的精准化和智能化。履带自走式水力挖藕机将能在不同水深的藕田完成藕秆切割和高效低损伤采藕的联合作业，可以显著降低莲藕采收的劳动强度并提高作业效率。

3结束语

莲藕采收技术对莲藕产业的发展至关重要，目前市面现存的漂浮式和自走式挖藕机普遍存在操作复杂、工作不稳定和采收效果不理想等问题，尚无定型理想机型可实际应用。随着山东省产业结构的不断优化升级，黄河三角洲地区的莲藕采收技术必将朝着智能化、高效化和标准化的方向发展。

本文来源于2018年5期《农业工程》杂志（中国科技核心期刊）

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