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1、蚕桑生产机械化应用发展概况与思路 贝建设 柳州市农业科学研究所 广西农业科学院桂中分院 摘 要： 概述了国内外从省力化、机械化方面对传统蚕桑生产技术开展系列研究取得的一些成果和机械化应用情况, 分析了蚕桑生产机械化应用发展过程中存在的整体机械化水平偏低、创新能力不足、蚕桑生产格局和农艺限制等问题, 针对问题提出了加快蚕桑生产机械化应用的思路, 以期为提高蚕桑生产机械化水平提供参考。关键词： 蚕桑; 生产; 机械化; 发展; 作者简介：贝建设 (1983-) , 男, 广西昭平人, 农艺师, 从事桑蚕良种繁育和桑蚕技术研究推广工作。收稿日期：2017-07-24基金：广西农业科学院院市合作研究项
2、目 (2017YH04) Received： 2017-07-24蚕桑是我国传统的优势农业产业, 蚕桑生产是蚕农增收致富的重要渠道。我国目前种桑养蚕的整个过程基本上是手工作业, 传统蚕桑生产劳动密集程度高、劳动强度大、劳动生产率低、分散经营规模小等矛盾愈发突出, 与现代农业规模化、省力化、标准化、机械化的发展方向不相适应, 影响了蚕桑生产的持续稳定和健康发展。随着社会经济和现代农业的快速发展以及城镇化改革的进一步推进, 农村劳动力大量转移, 劳动力结构发生显著变化, 蚕桑产业面临着严峻的考验, 对蚕桑生产机械化研发、推广、应用的需求越来越迫切。一直以来, 国内外专家学者以及蚕农从省力化机械化方
3、面对传统蚕桑生产技术开展了系列研究, 在新技术、新装备研发上取得了很多成果, 一些成果在实践应用中效果较好, 不同程度地促进了蚕桑生产技术的进步。1 国外蚕桑生产机械化应用发展概况在国外, 蚕桑机械发展最具有代表性的国家是日本。日本种桑养蚕的机械化程度最高, 通过实施大规模机械化养蚕经营以提高养蚕业的劳动生产率, 从护理桑园、养蚕到生产蚕种有成套的设备投入生产应用。20 世纪七八十年代, 劳动工资上涨、农村劳动力严重不足, 日本从事蚕桑机具研究的比较多。在桑园机械方面, 研制了适合桑园耕作的拖拉机和配套机具、桑树伐条机、拔桑机、采桑机、条桑收割机、高效喷雾机、单轨道搬运车、桑园自动喷灌。在养蚕
4、方面, 人工饲料全自动饲育装置、大小蚕饲育机、切桑机、给桑机、条振机、给桑吊车、除沙机、采茧机等。其中大小蚕饲育机有蚕座固定式、水平移动式、螺旋循环式和多层循环式等类型。蚕种生产机械有散卵自动称量装盒机、蚕茧重雌雄鉴别机、蚕蛹大小雌雄鉴别机、削茧机、微粒子检查机和鳞毛收集装置1-3。前苏联在蚕种方面, 有种茧的雌雄鉴别分离和蚕种分级、浴洗、干燥、装卵及其他操作的机械化。在栽桑方面研究了播种、嫁接苗的栽植、苗木挖掘以及桑枝采伐、老树更新等其他过程的机械化。养蚕方面有养蚕用滑车、除沙装置等4。以上机械化装置有的已实用化应用到生产上, 有的由于各种原因只开展了试验研究。2 我国蚕桑生产机械化应用发展
5、概况长期以来, 我国坚持从省力化、机械化方面对传统蚕桑生产开展新技术、新装备研发。特别是 20 世纪 80 年代开始, 在蚕桑生产主要环节, 我国借鉴日本先进研究, 积极开展引进吸收创新, 纷纷研制应用各类蚕桑生产机械, 极大地促进了蚕桑的发展和进步。2.1 桑园管理作业机械应用微耕机、电动喷雾机、桑枝剪伐机等机械化设备对桑园进行管护, 减轻了生产劳动强度, 提高了工作效率。目前微耕机因投资成本大, 使用较少;电动喷雾机应用在桑园管理上较普遍;桑枝剪伐机已得到全面推广应用。我国桑枝伐条机械研制起步较迟, 推广应用更缓慢, 主要受农户的种植规模、桑树养成形式及伐条机的适用性和使用效益等因素的影响
6、5。随着农业机械的不断研发成功与推广, 结合桑树的生长状况和剪伐要求, 科研部门和企业已研发出多种桑枝剪伐机, 如中国蚕业研究所开发的电动桑剪、四川蚕业研究所开发的气动桑剪和背负式伐条机、海宁市蚕桑技术服务站研制的便携式多功能伐条机、南充蚕具研究有限公司生产的液压桑枝剪伐机等。这些剪伐机从使用动力划分有柴油机、汽油机和蓄电池 3 种形式, 从剪口类型分有剪式和圆盘式 2种形式。与传统的桑剪相比, 剪伐机的工效提高幅度增大。各种桑枝剪伐机的综合省力性、工效、性价比等均有所长, 同时也存在一些缺陷, 蚕农可根据自身劳动力的体力状况、桑园规模、桑树生长情况、伐条方式、伐条季节等具体情况灵活选择。2.
7、2 养蚕生产作业机械2.2.1 蚕种催青设备。随着工业生产技术的不断发展, 各种新型电器设备在蚕种催青上得到广泛应用, 蚕种催青技术实现了由民间土法暖种、炕床、火缸加温+挂湿布补湿+自然光线催青到运用小型电热加温、补湿设备催青。20 世纪 80 年代初, 采用温、湿度控制仪, 催青密度成倍增长, 工效提高。90 年代初, 电脑程控导入催青过程, 到 20 世纪末, 基本上实现了温度、湿度及气流组织、感光过程控制于一体的全自动蚕种催青技术6。这些利用先进的加温加湿设备开发的蚕种催青计算机测控系统, 能达到良好的温湿度控制效果, 但整个系统造价较高。2.2.2 养蚕机械。中国蚕业研究所研制的 PY
8、80 型稚蚕饲育联合作业机是我国自行设计的第一台机械化蚕台, 在电器控制上对送叶、切桑、给桑等既能分项作业又能联合自动作业7。湖北省罗田县农机研究所试制成功平面往复式机械饲育蚕台。柳州市自动化科学研究所研发的小蚕共育自动喂蚕机由进料机构、解叠机构、喂叶机构、堆叠机构和出料机构组成, 从进料、解叠、喂叶、堆叠到出料整个过程实现了机械化、自动化8。2013 年由国家蚕桑产业技术体系设施与机械研究室、南充蚕具研究有限公司、四川蚕业研究所合作研制成功的国内首台智能化调控自动化操作的大型稚蚕饲育机并投入使用, 在蚕桑产业发展史上具有里程碑式的意义9。该饲育机通过智能化自动化操作实现在不同气候条件下使蚕儿
9、生长与环境相适应, 养蚕过程中自动完成给桑、消毒、除沙、上簇等工序。以上这些养蚕机械设计上尚有一些不足之处, 造价成本较高, 尚未能很好地推广应用。2.2.3 切桑机。小蚕期喂蚕, 需将桑叶切成长方形或正方形块状。为提高切桑作业的工效和质量, 电动切桑机的应用是小蚕共育专业户的理想选择。自 20 世纪 70 年代初开始, 我国各地相继研发各种各样的切桑机。现在市场上主要有手动切桑机、手动电动兼备切桑机、纯电动切桑机 3 类。其中电动切桑机以各种形式的刀片为工作部件, 以单相交流电机为动力, 能切各个龄期所需的多种规格的桑叶, 操作简便、效率高。但一些切桑机也存在问题, 如叶片切口不太平整、对叶
10、片损伤大等。2.2.4 自动上簇和采茧机具。20 世纪 80 年代, 我国在蚕业生产上开始推广使用方格簇。随着方格簇的大量使用, 针对上簇和摘茧需要大量劳力问题, 在自动上簇和采茧环节研发应用多种机具。自动上簇环节, 目前应用较广泛的主要有承架式和悬架式 2 种装置。悬架式蚕自动上簇装置最基本是由横梁、钢丝绳索、簇架等组成, 根据不同的上簇方法采用相应的动力设备和滑轮等配件。目前主要有手动螺旋式方格簇自动上簇、电动平吊式方格簇自动上簇、葫芦吊上簇等, 这些装置结构相对简单, 在生产上比较实用, 能不同程度地提高上簇工效, 但自动化程度不高, 仍需要人工辅助操作。在采茧环节, 最简单的是梳齿式采
11、茧和面齿式采茧。王孝祥等10研制的纸板方格簇采茧机, 把需要采茧的方格簇放置在方格簇支撑架上, 启动电机, 丝杆转动, 带动顶杆安装板及其下方的顶杆向下直线运动, 利用顶杆把蚕茧从孔格内顶出。赵明岩等11将图像识别技术与自动采茧机构结合, 开展了用于纸板方格簇不同品质蚕茧分选与自动采摘的机具设计, 采用流水线的形式实现了蚕茧采摘的自动化。但一些细节仍需完善, 而且需要进一步降低机具生产成本, 才有望在规模化蚕茧生产中推广应用。2.3 蚕种生产作业机械2.3.1 削茧机。蚕种生产均靠人工削种茧, 需要耗费大量人工。国内对削茧机械的研究与试制始于 20 世纪 70 年代12, 江苏省浒关蚕种场在引
12、进日本种茧切口机的基础上研制出种茧切口综合机, 四川省农机研究院研制的台式削茧机和 6x J200 型机动削茧机13, 1994 年青州蚕种场试制成半自动削茧机。进入 21 世纪, 胡祚忠等14研制出圆盘送茧、竖直切削、自动掉蛹脱壳的新型削茧机。吴明涛等15研制了一种蚕茧切割分离的机电一体化装置。明莉等16进行削茧机的原理方案设计, 研究实现对蚕茧的整齐排列、自动切削分离等操作。梁培生等17研究设计了一种蚕茧自动削口机, 可实现蚕茧自动落下并整齐排列、自动切削、蛹壳自动分离等功能。由于蚕茧排列、蚕蛹损伤、品种不同、蚕茧大小不同、蚕茧质量差异等因素影响, 已报道的这些机械都只是试制试用, 到目前
13、为止尚没有技术成熟的种茧自动化切削机械能在实际生产中运用。2.3.2 蚕蛹雌雄鉴别机。在蚕种生产过程中, 准确鉴别蚕蛹雌雄尤为关键, 否则将直接影响蚕种的质量和品种的纯度。石牌蚕种场在 1962 年秋采用雌雄分离机鉴别蚕茧的雌雄, 1973年河南省蚕业试验场研制成功 F78A 型柞蚕雌雄茧分离机18, 1976 年山东省烟台地区蚕桑原种场试制成 C76-1 型削茧鉴蛹机12, 2003 年胡祚忠等19研制成功三段式雌雄分选机。这些主要是根据雌雄蛹体重量和体形大小的差异研发的蚕蛹雌雄鉴别机, 由于种茧怕挤压、蛹体重量和体形有时开差不大等原因, 错判率较高, 也不能完全实现自动化, 很难达到生产上
14、要求。1994 年潘沈元等20首次探讨了利用近红外光谱扫描识别蚕茧雌蛹的方法, 此后关于主要用近红外光谱分析法鉴别蚕蛹雌雄的研究相继开展。随着计算机视觉技术发展, 梁培生等21利用试验设备获得蚕蛹图像, 对蚕蛹的形态特征、纹理特征进行提取并转化为数据信息, 利用主成分分析和神经网络的方式对蚕蛹的识别进行了有益的探索。3 蚕桑生产机械化应用发展存在的问题3.1 整体机械化水平偏低与其他农业产业比, 我国蚕桑产业整体机械化水平较为低下。在主要粮食作物综合机械化水平中, 水稻达到了 76.5% (2014 年, 以下同) , 玉米达到了 81.4%,小麦达到了 93.7%, 大豆达到了 59.9%,
15、 马铃薯亦有 37.8%;经济作物机械化水平虽然明显低于粮食作物, 但油菜达到了 43.1%, 花生达到了 50%, 棉花达到了61.1%, 甘蔗达到了 30%。而据评估, 我国蚕桑产业机械化综合水平不超过5%22。机械化水平提升缓慢, 大多数蚕农仍延续传统作业模式, 生产关键环节大多操作基本靠纯手工劳动。3.2 创新能力不足蚕桑机械在实际发展中不能实现大幅度的进步, 一个重要因素是创新能力不足。长期以来, 科研院所和相关企业开展了蚕桑机械的研发, 甚至是一些蚕农也根据实际需要进行了相关探索。研发的部分机械具有先进性, 但是产品整体表现却达不到生产实际需要, 如养蚕中最需要劳力的片叶收获环节还
16、没有实用机械, 机械伐条容易撕裂枝条导致病菌入侵、桑枝乱倒不易收集, 桑园管理大型机械难以入园、小型机械又动力不足等。另外, 现有的一些机械多为从其他机械简单地转移到蚕桑生产使用上来, 农机农艺融合不够, 生产效率不高, 作业质量难以保证, 性价比没有达到生产实用性要求, 可推广应用的成熟产品不多。3.3 蚕桑生产格局和农艺限制当前蚕桑生产大多数还是传统的家庭联产承包制, 生产规模较小、分散, 如桑园建设分布零散, 不同地形的土地很难进行机械化耕作。生产农艺过程缺乏标准化, 无法形成专业化的生产, 限制了先进技术和机械的应用。3.4 科研投入力度不够蚕桑机械化科研基础薄弱, 科研投入力度不够。虽然大多省份都有蚕桑科研机构, 但设立蚕桑机械研究部门的却很少, 参与研究的既懂机械又懂蚕桑的人员更少。在科研资金投入上, 国家投入蚕桑科研的资金大多集中在桑、蚕品种的培育上, 对机械化方面的科研关注很低。由于生产格局限制, 蚕桑机械使用量受到限制。同时, 蚕桑产业发展
