工業(yè)大麻收獲技術(shù)及機(jī)具研究

牟雪雷，王春海，潘超然，于 磊，姜旭鵬

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院，哈爾濱 150081)

0 引言

在我國，工業(yè)大麻又被稱為漢麻、線麻、火麻、魁麻等，是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，可廣泛應(yīng)用于纖維紡織、造紙、能源、醫(yī)藥等方面。我國種植的工業(yè)大麻是植株群體花期頂部葉片及花穗干物質(zhì)中的四氫大麻酚(THC)含量低于0.3%的大麻，主要種植的品種有纖維用、籽粒用、藥用(醫(yī)用)籽粒纖維兩用及藥用纖維兩用大麻[1]。近年來，隨著國家政策的鼓勵(lì)及種植業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的推動(dòng)，我國工業(yè)大麻種植飛速發(fā)展，種植面積逐年增加，主要分布于云南、黑龍江、安徽、山西、吉林、內(nèi)蒙古、寧夏、廣西等省份。目前，影響我國工業(yè)大麻大規(guī)模種植最主要的因素就是機(jī)械化的問題，關(guān)鍵的收獲環(huán)節(jié)缺乏相應(yīng)的與種植農(nóng)藝相匹配的專用機(jī)械，大部分環(huán)節(jié)仍由人工完成，從而導(dǎo)致工業(yè)大麻種植投入成本逐年攀升，嚴(yán)重影響了工業(yè)大麻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，研發(fā)及尋求適合工業(yè)大麻收獲的專用機(jī)械迫在眉睫。

1 國內(nèi)工業(yè)大麻收獲技術(shù)及機(jī)具

工業(yè)大麻的纖維、籽實(shí)、花、葉，包括根、莖都可以作為原料進(jìn)行系列產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)，因此工業(yè)大麻是非常適合產(chǎn)業(yè)化綜合開發(fā)的作物。隨著工業(yè)大麻產(chǎn)品開發(fā)力度的加大，其產(chǎn)業(yè)鏈延長、價(jià)值鏈提升，初步形成了科研、生產(chǎn)、加工、銷售、服務(wù)一體化的完整產(chǎn)業(yè)鏈條[2]，其種植加工的綜合效益也在逐年提高。目前，制約工業(yè)大麻綜合利用及快速發(fā)展的主要因素是能夠在成本最小化的情況下應(yīng)收盡收。我國農(nóng)村勞動(dòng)力缺乏，人工成本不斷提高，實(shí)現(xiàn)應(yīng)收盡收的唯一途徑就是解決收獲機(jī)械化的問題。應(yīng)收盡收的方法分為聯(lián)合收獲及分段收獲，目前國內(nèi)大部分采用分段收獲[3]，主要應(yīng)用于籽粒和纖維兩用，以及藥用與纖維兩用大麻的收獲，其過程是先將工業(yè)大麻上部的花穗葉或籽粒部分收獲，然后再收獲工業(yè)大麻的莖稈部分用作加工纖維及其他附加產(chǎn)品[4]。

1.1 藥用工業(yè)大麻的收獲

我國藥用工業(yè)大麻的田間收獲大部分為人工收割，有些種植企業(yè)采用自制的收割機(jī)械或脫葉花穗設(shè)備。藥用工業(yè)大麻脫葉花穗設(shè)備主要是滾筒上裝有塑料梳齒，滾筒旋轉(zhuǎn)，工人手握藥用麻根部，將藥用麻放到機(jī)器臺(tái)面上，使其與滾筒垂直，然后從根部開始梳理，循環(huán)往復(fù)，直至梳理干凈。收割后的藥用麻運(yùn)送至?xí)駡?chǎng)，經(jīng)過一段時(shí)間的晾曬，再用拖拉機(jī)帶碾壓輥進(jìn)行花穗葉的收獲，剩余部分作為制炭原料等。為填補(bǔ)我國藥用工業(yè)大麻收獲技術(shù)領(lǐng)域的空白，黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院綏化分院專門研發(fā)了4LZ-130漢麻(藥用)收割機(jī)，該機(jī)采用三點(diǎn)懸掛，與60～75 kW拖拉機(jī)配套使用，利用拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸為油泵和液壓馬達(dá)提供動(dòng)力，帶動(dòng)切割鋸片和輸送鏈將右側(cè)漢麻切割并保持直立輸送到拖拉機(jī)后左側(cè)3.3 m高度，裝載到拖車上。該機(jī)型通過多次田間試驗(yàn)，性能良好，作業(yè)效果得到種植戶的認(rèn)可。

1.2 纖維用工業(yè)大麻的收獲

目前，我國纖維用工業(yè)大麻的收獲流程大致為：機(jī)械收割放鋪→人工翻麻→人工捆麻→運(yùn)至加工場(chǎng)地。工業(yè)大麻收割環(huán)節(jié)基本上實(shí)行了機(jī)械化，以黑龍江省佳木斯市某工業(yè)大麻收獲機(jī)械制造廠商生產(chǎn)的4GM系列工業(yè)大麻專用割曬機(jī)為例。該機(jī)在進(jìn)行收獲作業(yè)時(shí)，通過撥禾輪的引導(dǎo)和扶持將植株進(jìn)行快速切割，切割后的植株通過輸送裝置沿固定方向向一側(cè)橫向輸送，這樣植株本身的牽連作用及收獲機(jī)輸送過程中產(chǎn)生的慣性可保證切割后的植株平整鋪放于田間進(jìn)行晾曬。該機(jī)型作業(yè)效率可達(dá)0.4～0.53 km2·h-1，基本滿足了工業(yè)大麻的收割作業(yè)需求，大大提高了工業(yè)大麻的收獲效率，減輕了種植戶的工作強(qiáng)度。目前，工業(yè)大麻翻麻、捆麻環(huán)節(jié)仍由人工完成，缺乏較為成熟的作業(yè)機(jī)械，如翻麻機(jī)、打捆機(jī)等，人工增加的生產(chǎn)成本制約著工業(yè)大麻產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展。

2 國外工業(yè)大麻收獲技術(shù)及機(jī)具

2.1 聯(lián)合收獲

聯(lián)合收獲是指一次性完成工業(yè)大麻的收割和剝制作業(yè)[5]。俄羅斯有一款大麻專用籽粒聯(lián)合收獲機(jī)械，KKP-1.8型半懸掛式大麻聯(lián)合收獲機(jī)。該機(jī)主要用于收獲1～3 m高的大麻。該機(jī)型在行走的過程中切割大麻莖稈，然后進(jìn)行脫粒，打包為直徑不大于20 cm的捆，打好的捆直接拋到地里。該機(jī)行走時(shí)靠兩個(gè)充氣輪胎支撐，由牽引環(huán)與拖拉機(jī)牽引裝置連接，停放靠前支撐和輪胎來實(shí)現(xiàn)，切割裝置正常自由懸掛在架子上，目的是保證仿形和降低割茬，升降靠提升機(jī)構(gòu)來調(diào)整。脫粒裝置由6套專用脫粒彈齒和4個(gè)滾筒組成，輾種機(jī)搓開大麻花序，將籽粒分離，輸送到上篩，清理后的籽粒輸送到糧倉，卸載攪龍將籽粒裝到袋子中，雜余拋到已經(jīng)收割的田里。脫粒后的莖稈打捆，并拋到地里。

另有一款荷蘭的天然纖維加工企業(yè)Dun Agro公司與Wittrock公司聯(lián)合研制開發(fā)的大麻收獲機(jī)，主要應(yīng)用于纖維和飼料兩用工業(yè)大麻的收獲。該機(jī)型以克拉斯科樂收輪式拖拉機(jī)為主機(jī)，駕駛室可以旋轉(zhuǎn)180°，拖拉機(jī)前面懸掛有兩種割臺(tái)，前下部裝配德國Kemper冠軍460青貯玉米收獲割臺(tái)，前上部裝有經(jīng)改裝的英國謝爾本雷諾茲公司的專用收獲大麻花穗的梳式割臺(tái)，梳式割臺(tái)前置于青貯玉米收獲割臺(tái)。當(dāng)進(jìn)行收獲作業(yè)時(shí)，梳式割臺(tái)將大麻上部的花葉部分收割并切碎，然后輸送到拖拉機(jī)后面容積為38 m3的收集倉，裝滿后，通過收集倉后面的伸縮攪龍輸送機(jī)將其裝卸到運(yùn)輸車上，運(yùn)到指定貯存地，經(jīng)乳酸菌發(fā)酵后, 用作奶牛飼料。下面的青貯玉米收獲割臺(tái)將莖稈收割后鋪放到收獲機(jī)后面，以便后續(xù)打捆并運(yùn)到加工廠堆放加工。

2.2 分段收獲

2.2.1 藥用部分的收獲

藥用大麻收獲關(guān)鍵是大麻上部的花穗葉部分，該部分CBD(大麻二酚)含量最高[6]。在國外，藥用大麻主要收獲此部分，采用的部分機(jī)型如下：

1)模塊式藥用麻收獲機(jī)。以2020年獲獎(jiǎng)的德國HHHarvester收獲機(jī)(圖1)為例。該機(jī)是一個(gè)雙模塊前置式附件，用于收獲工業(yè)大麻的花和莖。該收獲機(jī)經(jīng)久耐用、技術(shù)成熟，可高質(zhì)量地收獲大麻花和莖。該機(jī)重量輕，可以由小型拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)，與收獲物接觸的部件采用食品級(jí)和制藥等級(jí)的不銹鋼制造(例如輸送鏈和其他花穗接觸部件)，關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)采用液壓驅(qū)動(dòng)方式，割刀部分采用電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。雙模塊配置的重量約為350 kg，配套的拖拉機(jī)應(yīng)具備液壓系統(tǒng)。收割速度大于 1 m·s-1，收割寬度為140 cm，收割能力為1.4 m2·s-1，效率可達(dá)4～5 hm2·天-1。

圖1 模塊式藥用麻收獲機(jī)

2)花穗收獲梳式割臺(tái)。以謝爾本雷諾茲公司生產(chǎn)的CVS型工業(yè)大麻花穗收獲梳式割臺(tái)(圖2)為例。該機(jī)型已在全球范圍內(nèi)用于收獲麻葉、花穗及籽粒。該機(jī)作業(yè)時(shí)，直徑為61 cm，帶八排不銹鋼梳齒的滾筒從下往上旋轉(zhuǎn)，通過特殊切口設(shè)計(jì)的梳齒對(duì)纖維莖進(jìn)行梳理，將種子、花穗和葉子梳下來，收獲時(shí)對(duì)脆弱的收獲物幾乎沒有損害，從而最大限度地提高可用的 CBD 含量。這也是區(qū)別于傳統(tǒng)的沒有經(jīng)過改造的聯(lián)合收割機(jī)的地方，因?yàn)槲唇?jīng)改造的傳統(tǒng)聯(lián)合收割機(jī)收獲用于加工CBD 的工業(yè)大麻，會(huì)因?yàn)樽魑锏睦w維因素，導(dǎo)致容易纏繞外露的軸等部件。此外，由于收獲物很脆弱，在收獲后極易受到過度損傷，直接影響其CBD 含量。工業(yè)大麻花穗收獲梳式割臺(tái)通過加裝輸送機(jī)構(gòu)后安裝到拖拉機(jī)上，也可以加裝到聯(lián)合收獲機(jī)上。

圖2 花穗收獲梳式割臺(tái)

2.2.2 籽粒部分的收獲

以Multi Combine HC 3400 Hemp工業(yè)大麻收獲機(jī)為例。該機(jī)型是德國Hanf Farm GmbH公司生產(chǎn)的專門用于收獲兩用麻的收獲機(jī)。該機(jī)不僅可以收獲低矮大麻，也可以收獲高大的兩用大麻。當(dāng)大麻籽粒有65%～70%成熟時(shí)開始收獲，其收獲方式是利用梳式割臺(tái)，在不損壞工業(yè)大麻莖稈的情況下，將花穗及籽粒收割下來，通過傳送帶輸送到后面的車斗里，裝滿后卸到運(yùn)輸車?yán)?，運(yùn)到指定地點(diǎn)，然后再將收獲物中的籽粒、葉子、花及雜余進(jìn)行分選，分別進(jìn)行加工處理。

2.2.3 莖稈部分的收獲

收獲完大麻上部花穗葉或籽粒部分后，剩余麻稈部分的收獲時(shí)間可以在秋季，也可以在早春。不同季節(jié)的收獲，工藝過程也有所區(qū)別[7]。

1)秋季收獲。采用帶防纏繞切割裝置的牧草割草機(jī)進(jìn)行收割，然后用帶加強(qiáng)摟草機(jī)構(gòu)的摟草機(jī)摟成條鋪狀，再用帶棱角筋的鎮(zhèn)壓器鎮(zhèn)壓，然后進(jìn)行撿拾打捆，撿拾打捆機(jī)可選用圓捆或方捆，最后運(yùn)到加工地點(diǎn)。

2)早春收獲。用帶棱角筋的鎮(zhèn)壓器鎮(zhèn)壓。因在鎮(zhèn)壓器重力的作用下，將麻稈露出地表上的根莖折斷，鎮(zhèn)壓器棱角筋橫向壓斷麻稈木質(zhì)部分，然后用帶加強(qiáng)摟草機(jī)構(gòu)的摟草機(jī)摟成條鋪狀，進(jìn)行撿拾打捆，最后運(yùn)到加工地點(diǎn)。

3 我國工業(yè)大麻收獲機(jī)械化發(fā)展存在的問題及有關(guān)建議

3.1 存在的問題

1)缺少技術(shù)成熟可靠的工業(yè)大麻收獲機(jī)械。目前，國內(nèi)工業(yè)大麻收獲所用機(jī)械大部分是經(jīng)大豆、玉米收割機(jī)改進(jìn)而成，存在故障率較高、工效較低的問題，高精尖的工業(yè)大麻收獲機(jī)械亟待進(jìn)一步研發(fā)。

2)缺少工業(yè)大麻翻麻和捆麻機(jī)械。國內(nèi)現(xiàn)有翻麻機(jī)只能翻長度為1 m左右的麻稈，2 m以上高的麻稈無法進(jìn)行作業(yè)，因此大部分還是需要人工捆麻，費(fèi)用高、效率低[8]。

3)藥用工業(yè)大麻收獲專用機(jī)械仍需進(jìn)一步研發(fā)。藥用工業(yè)大麻因品種等因素收獲方式較多，需要根據(jù)種植方式和根莖自身的區(qū)別采取不同的收獲方式，因此大部分還是只能依靠人工收獲。藥用收獲設(shè)備的研發(fā)需經(jīng)過不斷試驗(yàn)、改進(jìn)、再創(chuàng)造，才能更好適應(yīng)我國藥用工業(yè)大麻的種植工藝。

3.2 有關(guān)建議

1)加強(qiáng)政策扶持，加大科研投入力度, 進(jìn)一步促進(jìn)工業(yè)大麻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2)強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)化種植,加快工業(yè)大麻專用機(jī)械的研發(fā)，尤其是工業(yè)大麻收獲機(jī)、打捆機(jī)，以及藥用工業(yè)大麻收獲專用機(jī)械及設(shè)備等。

3)打造適應(yīng)我國工業(yè)大麻產(chǎn)業(yè)發(fā)展的自主創(chuàng)新技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的同時(shí)不斷向自動(dòng)化和智能化邁進(jìn)[9]。

4 結(jié)語

綜上所述，提高工業(yè)大麻綜合利用率的關(guān)鍵因素是亟需配套的收獲技術(shù)及機(jī)具。一方面要從政府層面上加大這類機(jī)械設(shè)備的研發(fā)和應(yīng)用的投入，另一方面還需要將大麻的品種、栽培技術(shù)和機(jī)械設(shè)備協(xié)調(diào)一致，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，使工業(yè)大麻產(chǎn)業(yè)鏈的延長成為可能, 價(jià)值鏈得到有效提升，取得社會(huì)效益的最大化，進(jìn)一步促進(jìn)我國工業(yè)大麻產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展。

(05)