青海云杉球果采摘器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

李海霞，陵軍成

(1.甘肅祁連山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局烏鞘嶺保護(hù)站，甘肅 天祝 733203；2.甘肅省天?？h林業(yè)工作站，甘肅 天祝 733299)

青海云杉(Piceacrassifoliakom)是一種重要的林木良種，因其樹形美觀、四季常青和抗寒、抗旱而被廣泛應(yīng)用于園林綠化和荒山荒坡造林中。青海云杉苗木主要通過(guò)采種繁殖，每年10月下旬是青海云杉采種高峰期，種子在球果鱗片內(nèi)成熟后要及時(shí)采摘，否則鱗片開裂種子掉落[1]。青海云杉樹體高大，目前人們采摘該云杉球果時(shí)需爬上樹或借助梯子人工采摘，也有人用木棍敲打樹枝，球果掉落地上后撿拾收集。人們爬樹和登梯采摘時(shí)容易掉落造成人身傷害，非常危險(xiǎn)。木棍敲打采摘時(shí)球果掉落地上后，因樹下灌木、草叢稠密，尋找和撿拾困難，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，且木棍敲打破壞嫩枝、嫩梢，影響樹體生長(zhǎng)和來(lái)年結(jié)果。鑒于目前青海云杉球果采摘效率低、成本高、人身安全沒有保障等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種青海云杉球果采摘器(專利號(hào)：201921589733.8)，使用該采摘器采摘者站在地面就能一次完成球果的采摘和收集，無(wú)需爬樹和登梯。實(shí)際應(yīng)用表明，該采摘器操作方便，造價(jià)低，省時(shí)省工。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地在甘肅省天祝藏族自治縣，該地位于祁連山東段北麓，海拔2 045～3 780 m，年平均氣溫0.3 ℃，無(wú)霜期90～120 天，日照時(shí)數(shù)2 852 h，年降水量280～420 mm。天?？h南部山區(qū)陰坡和半陰坡地帶分布著大量的青海云杉天然林，是該縣青海云杉主要的采種地和種子供應(yīng)地。祁連山北部山區(qū)地勢(shì)平緩，土壤肥沃，交通便利，祁連山雪水消融后形成諸多溪流，為林木種苗培育提供了灌溉條件，是該縣青海云杉苗木集中培育地?，F(xiàn)已建成青海云杉苗圃地20多處，面積約200 hm2。

2 對(duì)比試驗(yàn)

當(dāng)青海云杉球果外觀由綠色轉(zhuǎn)為褐色時(shí)表明種子已經(jīng)成熟，采摘期到來(lái)。在2019年10月下旬采摘期內(nèi)，應(yīng)用設(shè)計(jì)的青海云杉球果采摘器和傳統(tǒng)爬梯采摘進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)選擇樹齡、樹高、冠幅和結(jié)果量相同的樹體為采種樹，分兩組進(jìn)行，第一組應(yīng)用設(shè)計(jì)的青海云杉球果采摘器站在樹下采集青海云杉球果，第二組沿用傳統(tǒng)爬梯采摘方法，架設(shè)爬梯后站在爬梯上用手采摘。試驗(yàn)結(jié)束后，稱取每人在單位時(shí)間內(nèi)采集的球果鮮重(kg)，參照當(dāng)?shù)毓凸こ杀竞怂悴煌烧椒ǖ那蚬烧?kg/天·人)和采摘成本(元/kg)。

所有數(shù)據(jù)求平均值，利用Excel2007和DPS6.01軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 青海云杉球果采摘器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

青海云杉球果采摘器結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

青海云杉球果采摘器由卡環(huán)、漏斗、空心伸縮桿和收集袋等構(gòu)成，空心伸縮桿頂端設(shè)有漏斗，漏斗側(cè)壁頂端通過(guò)倒“L”形環(huán)柄與卡環(huán)連接，空心伸縮桿底端設(shè)有收集袋。卡環(huán)呈“C”形?？招纳炜s桿底端呈喇叭形，伸縮桿可上下伸縮調(diào)整高度?？ōh(huán)和倒 “L”形環(huán)柄由直徑8 mm不銹鋼筋制成，漏斗由厚度3 mm不銹鋼皮卷制成，空心伸縮桿由厚度3 mm不銹鋼管制成，收集袋由棉布縫制?？招纳炜s桿頂端和漏斗底端通過(guò)焊接連接，卡環(huán)通過(guò)倒“L”形環(huán)柄和漏斗邊緣焊接連接，收集袋袋口和空心伸縮桿底端通過(guò)線繩綁扎連接?？ōh(huán)直徑小于青海云杉球果橫徑，空心伸縮桿直徑大于青海云杉球果橫徑。

圖1 青海云杉球果采摘器結(jié)構(gòu)示意圖1.卡環(huán)；2.漏斗；3.空心伸縮桿；4.收集袋；5.環(huán)柄；6.球果；7.果柄；8.樹枝

采摘青海云杉球果時(shí)，采摘者站在地面手握空心伸縮桿，將空心伸縮桿高度調(diào)整到需采摘青海云杉球果的高度，將球果果柄卡入卡環(huán)內(nèi)，向下拽拉空心伸縮桿，球果脫落。青海云杉球果脫落后掉入漏斗內(nèi)，通過(guò)空心伸縮桿空腔滑入收集袋內(nèi)，這樣就完成了青海云杉球果的采摘和收集。收集袋內(nèi)裝滿青海云杉球果后，解開線繩，將青海云杉球果從收集袋內(nèi)倒出，再用線繩綁扎上收集袋，可繼續(xù)進(jìn)行球果的采摘和收集。

3.2 不同采摘方法效率和成本對(duì)比分析

不同采摘方法的效率和成本見表1。

表1 不同采摘方法的效率和成本

由表1可以看出，應(yīng)用設(shè)計(jì)的青海云杉球果采摘器采摘球果較傳統(tǒng)爬梯采摘提高了采摘效率，降低了采摘成本。一個(gè)青壯年勞動(dòng)力應(yīng)用該球果采摘器每日工作10 h可采摘青海云杉球果258.42 kg，傳統(tǒng)爬梯采摘可采摘青海云杉球果146.85 kg，采摘器的采摘效率較傳統(tǒng)爬梯采摘效率提高了75.98%；在試驗(yàn)地天?？h雇用一個(gè)青壯年勞動(dòng)力的平均工資為120元/天，按此計(jì)算，應(yīng)用設(shè)計(jì)的青海云杉球果采摘器的采摘成本為46.44元/100 kg，傳統(tǒng)爬梯采摘的成本為81.72元/100 kg，應(yīng)用球果采摘器的采摘成本較傳統(tǒng)爬梯采摘成本降低了43.17%。

4 結(jié)論與建議

隨著苗木產(chǎn)業(yè)規(guī)模化和集約化的發(fā)展，在苗木培育過(guò)程中從采種到挖苗出圃各個(gè)環(huán)節(jié)都需要雇工，但隨著勞動(dòng)力資源的短缺，雇工成本越來(lái)越高[2-4]。在青海云杉傳統(tǒng)采種過(guò)程中對(duì)勞動(dòng)力的要求更嚴(yán)，只有青壯年勞動(dòng)力才能勝任爬樹或登梯采摘。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的進(jìn)一步加強(qiáng)，農(nóng)村青壯年勞動(dòng)力大多進(jìn)城務(wù)工，剩余勞動(dòng)力大多為婦女和老人。苗圃地大多處在農(nóng)村地區(qū)，給苗圃雇工帶來(lái)更多困難。此外，青海云杉球果成熟后需及時(shí)采摘，采摘時(shí)效性較強(qiáng)[5-6]。使用設(shè)計(jì)的青海云杉球果采摘器，采摘者站在地面即可一次完成采摘和收集，簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)爬梯采摘和木棍敲打采摘時(shí)上下頻繁爬梯、挪動(dòng)梯架、地上尋找和撿拾等工序，保障了采摘者的人身安全，提高了采摘效率，省時(shí)省工，婦女和老人也能實(shí)施采摘，建議在青海云杉球果采摘中推廣應(yīng)用該設(shè)備。