水生蔬菜種植、收獲及加工機械研究進展,農業機械化論文水生蔬菜是指在淡水中生長、其產品可作蔬菜食用的維管束植物，包括蓮藕、子蓮、茭白、芋、荸薺、菱、慈姑、水芹、蕹菜、芡實、莼菜、蒲菜、豆瓣菜、蔞蒿等[1].我們國家水生蔬菜資源豐富、歷史悠久、特色鮮明，絕大多數水生蔬菜原產于我們國家，國外較少栽培。自20世紀90年代，我們國家水生蔬菜種植面積不斷擴展，規模化、產業化生產發展迅猛，當前人工種植面積達73.37萬hm2以上，年總產值超550億元，在農業增效、農民增收、農村環境改進等方面作用顯著。由于水生蔬菜大部分生長在水中，相比陸生蔬菜存在作業環境更為惡劣、手工操作占有比例高、勞動強度大等問題，這些問題已經成為制約水生蔬菜產業發展的主要因素。近10年，通過各科研院校、農機企業、技術推廣部門和種植農戶的共同努力，在水生蔬菜生產專用機械的研制與開發方面獲得了較好的成績，對于提升水生蔬菜生產效率、降低勞動強度、改善作業環境等方面發揮了重要作用。1水生蔬菜種植機械1.1芋頭播種機在諸多水生蔬菜中，芋頭生產機械化程度相對較高，在日本已基本到達了全程機械化作業水平[2].通過種芋播種機一臺機具可同時進行起壟、播種、地膜覆蓋3種作業，播種精度高，作業效率3.7h/1000m2;地膜回收機可對普通地膜進行順利回收，作業效率0.4h/1000m2.山東理工大學發明了一種轉筒式芋頭穴播機，轉筒底面呈碗狀，在種薯箱的清種區機架上安裝擺動塊，提高充種和清種質量，一次作業可實現起壟、整平、開溝、播種、覆土等多種功能，降低人工成本[3].濰坊職業學院設計了一種多功能播種機，能完成芋頭、生姜、馬鈴薯等根莖類作物的播種[4].播種機由直流電機提供動力，通過鏈傳動帶動轉種匙轉動，種子由擺正種子漏斗落到輸種皮帶上，經皮帶轉動運送到溝槽內完成播種。轉種匙構造類似于螺旋狀斜齒輪，能夠無損地將種子轉到漏斗中。播種機采用了四輪驅動，對地形的適應能力強，可一次完成刨溝、撒種、蓋土、施肥等工序。1.2水芹耕種機曹國榮聯合揚州大學開發了水芹自動化農業耕種機。該機由一臺桁車與一個操作平臺組成，桁車以地塊之間的水泥路為軌道帶動長5~6m、高近3m的操作平臺進行前后移動，作業者站在平臺上腳不沾地即可進行開溝、播種、施肥和收割等一系列生產工作[5].桁車上的踏板可根據水芹種植、施肥或收割時的不同需求來調節相應高度，便于作業，相比于傳統種植方式節約近八成的人力成本。1.3藜蒿〔蔞蒿〕扦插機為提高藜蒿〔蔞蒿〕栽植效率，華中農業大學研制出藜蒿扦插機[6,7].扦插機包括分苗取苗裝置和扦插裝置兩大部分，工作時由傳動系統將動力傳遞給滾動筒和曲柄軸，曲柄搖桿機構中搖桿做回轉運動，攜帶取苗機構的氣嘴接頭做往復式回轉運動，進入苗箱內通過負壓汲取苗稈，導苗裝置從氣嘴接頭取下苗稈并將其送入接苗裝置且使其呈直立狀態，由扦插裝置的栽植臂做回轉運動將接苗裝置中的苗稈插入土壤中，如此連續作業，可實現分苗、取苗、扦插等多項作業。扦插機機組行進速度108mm/s,行距90mm,扦插10行，株距80~100mm,扦插深度50~60mm,扦插直立度10%.2水生蔬菜收獲機械2.1挖藕機挖藕機作為水生蔬菜收獲機械中的難點和焦點，得到了相關部門與從業者的廣泛關注和積極探尋求索。當前，挖藕機的主要設計思路是利用高壓水沖挖采收蓮藕，即通過高壓水切割、破碎、沖刷蓮藕產品周圍土壤，讓蓮藕自行浮出水面或借助人工取出，主要包括浮栽裝置、動力裝置、高壓水泵、分水器和高壓噴嘴、操作裝置、行走裝置等[8].挖藕機按構造形式大體可分為4類。①船式挖藕機作業時自行移動，無外延長水管，操作人員無需下水即可作業。湖北宜城市農業機械化管理辦公室開發的船式自動挖藕機，工作時排水、挖藕、洗凈等環節連續作業，一次完成[9],該機挖藕深度可達0.7m,作業幅寬3.6m,采藕無損傷。山東微山縣微山湖挖藕機械制造廠生產的4CW-2.6型船式挖藕機，工作時船體懸浮或半懸浮于水中，在船內完成吸水、加壓噴射、挖深控制、行走等全部工序[10,11].該機工作幅寬2.6m,適應水深0.3~1.3m,工作效率200.1~333.5m2/h,已在山東、江蘇、安徽、湖北等地推廣使用。湖北省襄樊市航鷹航空科技有限責任公司成功研制的液壓操縱水力挖藕機，配備高低兩排噴頭，高噴頭沖刷表層泥土，低噴頭沖刷蓮藕，液壓系統可控制噴管組件上下移動和左右擺動[12,13].該機工作幅寬3.2m,挖泥深度0.5~0.8m,工作效率167~416m2/h.華中農業大學研發的4CWO-3.2型船式挖藕機，集采挖、清洗等功能于一體，工作幅寬3.2m,適宜水深0.2~1.8m,最大挖藕深度0.8m,作業行駛速度0.5~1.97m/min,采挖效率100~400m2/h[14,15].②浮筒式挖藕機作業時自行移動，無外延長水管，操作人員需下水作業。武漢興盛農機技術開發有限公司生產的W-FPZ-1200C型浮筒鴨嘴式挖藕機，工作幅寬1.2m,挖藕效率166.8~250.1m2/h,但作業前要求去除田間藕稈和藕葉，作業適宜的藕田泥面平整度高低差不大于3cm、水深20~30cm、蓮藕入泥深度不超過45cm[16].山東華盛中天機械集團股份有限公司研制的4W-100型自走式挖藕機，啟動方式為電啟動，工作幅寬1m,挖掘深度小于60cm[17].山東省水稻研究所設計了一種淺水藕采收機，利用電動力污水泵替代傳統挖藕機動力裝置，使自重減輕，且在泥塘中適應能力更強，但作業范圍遭到極大限制[18].山東臨沂梅工機械制造有限公司開發的DCE-1001D浮筒式挖藕機，工作幅寬1.9m,適水深度0.2~1.5m,挖掘深度0.3~1.1m,挖藕效率200m2/h[19].③水泵機組漂浮式挖藕機可在藕田內漂浮移動，作業經過中按需固定，有外延長水管，操作人員需下水手持噴頭沖挖采收作業。安徽四平食品開發有限責任公司設計了一種高壓水沖式挖藕機，采挖人員只需手持噴頭沖挖采挖蓮藕，對藕田適應能力強，但勞動強度仍然很大[20].④水泵機組岸基式挖藕機在藕田岸邊陸地固定，作業經過中按需移動，有外延長水管，操作人員需下水手持噴頭沖挖采收作業。武漢市農機服務總站、華中農業大學和南通市江華機械有限公司聯合研制的4OZ-3型自走式水壓蓮藕掘起機，由田間自走式作業機和岸邊水泵機組兩部分組成，工作幅寬3m,采挖效率667m2/d[21].2.2薯類收獲機以山東曲阜為主的多家農機企業生產的薯類收獲機能夠實現芋頭的機械化采收，其主要構造包括大架、主軸組合、前后傳動軸組合、離合器、分離排鏈、挖掘鏟、振動篩等部件，田間作業時懸掛于拖拉機后方，經主傳動軸上偏心塊、連桿帶動挖掘鏟做前后往復運動，并由主傳動軸兩端偏心塊帶動振動篩上下抖動，挖掘出來的芋頭鋪放在分離排鏈上，在分離排鏈的轉動下土落在分離排鏈下方，芋頭和未落下的土塊在分離排鏈上面落在振動篩上，再次優選分離后集中鋪放在機后地面上[22~24].薯類收獲機的最大作業效率可達4002~6670m2/h,省2021.20力省時且抖土凈、落果率低。廣西大學發明了一種帶莖稈分離裝置的芋頭收獲機，通過在拖拉機前部增加的V字狀莖稈分離板和圓形切割刀，能夠集切割莖稈、挖掘芋頭、分離泥土等功能于一體，機械化程度較高[25].山東理工大學設計的芋頭采摘收獲機，則是利用由曲柄滑塊機構組成的拍土機構往復運動拍打振落粘附在芋頭根部上的土塊，并用采摘梳將植株根部上的芋頭與植株脫離[26].2.3荸薺采收機湖北荊門市蔬菜辦等單位開發改良出荸薺采收專用齒鍬，鍬面由3把梯形刀片〔齒〕構成，寬度250~300mm,經多點比照試驗，荸薺專用齒鍬比平板鐵鍬采挖破損率減少48.18%,平均667m2凈增產115.9kg[27].銅陵市力通機械制造有限公司發明了一種荸薺挖掘機，包括機動車、荸薺挖掘裝置、挖掘支架、排泥裝置、輸送裝置等，采收荸薺機會動車開進水田，伸出活塞桿使荸薺挖掘裝置低于螺旋輸送機，表層泥土被螺旋軸從側面排出，荸薺連同附著的泥土一起在滾動橡膠棒的拉動下，進入帶式輸送機被送出收集，進而實現機械化采收荸薺[28].陜西科技大學設計的荸薺采收船挖掘機采用水刀切碎、分塊振動液化的收獲方式方法與機耕船水田行走技術相結合，在泥水中將荸薺撈起，勞動強度小、荸薺損傷小、挖凈率高[29].另外，蓋國安等[30]、吳紅順[31]、陳曉明等[32]也對荸薺采收機械提出了一些設計思路和方案。2.4莼菜采摘機蘇州農業職業技術學院開發了莼菜手動控制采摘器，采摘器分為采摘裝置和收集裝置，采摘裝置由握把、手柄、鋼絲、鋁合金管、彈簧、刀片支架和刀片組成，主刀片上設置刀片盒，完成剪切后莼菜落入刀片盒中，松開手柄，將莼菜轉至固定在船頭網兜中收集。該采摘器在一定程度上降低了勞動強度，但工作效率并未提升[33,34].2.5藜蒿收