王 鵬 馮翠英 姚太梅 劉 洋 忻龍祚* 南 潔 趙廣闊 高秀芳 劉 會
(1. 河北北方學(xué)院園藝系/河北省口蘑栽培技術(shù)創(chuàng)新中心/張家口市口蘑栽培技術(shù)創(chuàng)新中心,河北 張家口 075000;2. 懷來縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局農(nóng)機(jī)中心,河北 張家口 075400;3. 易縣橋頭鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心,河北 保定 074200;4. 易縣牛崗鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心,河北 保定 074200;5. 張家口市萬全區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心,河北 張家口 076250)
近十幾年來,我國食用菌產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展,先前小農(nóng)經(jīng)濟(jì)式的傳統(tǒng)分散栽培模式,逐漸被周年工廠化全自動遠(yuǎn)程控制的立體栽培模式所取代,且品質(zhì)和數(shù)量上超過了日本、韓國和我國臺灣地區(qū)[1],工廠化生產(chǎn)已成為食用菌行業(yè)發(fā)展的重要方向。2010—2020年間,全國食用菌總產(chǎn)量持續(xù)平穩(wěn)增長,工廠化率呈現(xiàn)震蕩上行走勢,由2010年的2.87%提高到2017年的6.90%、2020年的9.66%(圖1)。目前,我國雙孢蘑菇等食用菌生產(chǎn)中,以家庭作坊和中小微企業(yè)半機(jī)械化、半自動化生產(chǎn)形式為主的其他設(shè)施類型食用菌產(chǎn)量占75%以上。設(shè)施類型多樣,栽培模式五花八門[2],亟待轉(zhuǎn)型升級。未來我國食用菌產(chǎn)業(yè)應(yīng)以品牌和質(zhì)量升級為重點(diǎn),以過程自動化、品種多樣化、設(shè)施輕簡化、管理標(biāo)準(zhǔn)化、利用高值化等為內(nèi)涵,走具有中國特色的菇業(yè)發(fā)展道路,實(shí)現(xiàn)我國食用菌強(qiáng)國之夢[3]。
圖1 2010—2020年食用菌全國總產(chǎn)量及工廠化率
雙孢蘑菇(Agaricus bisporus)是歐美地區(qū)最常見和最廣泛食用的食用菌,占全球食用菌產(chǎn)量(3.4×107噸)的15%[4]。其人工栽培始于1650年法國路易十四時(shí)代,我國于20世紀(jì)30年代在上海、福州等市郊首次引進(jìn)栽培[5];1966年福建最早開始雙孢蘑菇的規(guī)模栽培;20世紀(jì)90年代后,我國雙孢蘑菇栽培進(jìn)入快速發(fā)展期,自1999年以來產(chǎn)量一直穩(wěn)居世界第一[6,7]。2010—2020年間,我國雙孢蘑菇總產(chǎn)量和工廠化率變幅極大(圖2)。其中,2019年總產(chǎn)量為231.4萬噸,占全球雙孢蘑菇總產(chǎn)量的50%左右,產(chǎn)品出口量占全球的65%左右[8];2020年受各種因素影響,總產(chǎn)量降至202.21萬噸,較2019年下降12.6%[9]。雙孢蘑菇工廠化率由2010年的1.05%提高到2020年的12.18%,工廠化生產(chǎn)逐漸成為雙孢蘑菇生產(chǎn)的重要模式,其飛速發(fā)展,極大帶動了相關(guān)設(shè)施設(shè)備制造業(yè)的發(fā)展[12],并形成較完備的生產(chǎn)裝備體系[13]。我國生產(chǎn)裝備水平的大幅提升[14],在一定程度上限制了國外裝備企業(yè)對國內(nèi)市場的占領(lǐng)[15],國內(nèi)多家企業(yè)應(yīng)用國產(chǎn)裝備,產(chǎn)、質(zhì)量達(dá)到了國際先進(jìn)水平[16]。由于我國雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)起步較晚,生產(chǎn)總量仍處于較低水平[10]。2019年,全國雙孢蘑菇工廠化企業(yè)數(shù)量為49家,占食用菌工廠化企業(yè)數(shù)量的11.75%,前三大企業(yè)(江蘇裕灌、江蘇紫山、中國綠寶)合計(jì)市場占比為5.3%,市場較為分散[11]。
圖2 2010—2020年雙孢蘑菇全國總產(chǎn)量及工廠化率
目前我國雙孢蘑菇栽培模式主要有傳統(tǒng)栽培模式、“公司(企業(yè))+農(nóng)戶”栽培模式和工廠化栽培模式三種。傳統(tǒng)栽培模式以農(nóng)戶為主,設(shè)施、設(shè)備簡陋,生產(chǎn)規(guī)模小,主要為季節(jié)性栽培,產(chǎn)量、質(zhì)量及安全等級參差不齊,總體競爭力差。傳統(tǒng)栽培生產(chǎn)勞動強(qiáng)度大,由于勞動力成本不斷攀升,生產(chǎn)設(shè)施、設(shè)備亟待進(jìn)行輕簡化、機(jī)械化轉(zhuǎn)型升級。
工廠化栽培模式具備生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?;?、機(jī)械化、周年化等諸多特點(diǎn),單產(chǎn)高,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,但其對技術(shù)要求高,高度倚重于資金、技術(shù)和管理的投入。工廠化生產(chǎn)企業(yè)受技術(shù)、資源、市場等主客觀因素限制,生產(chǎn)規(guī)模無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求,巨額銀行債務(wù)、折舊及知識產(chǎn)權(quán)等開支成為企業(yè)的沉重負(fù)擔(dān),盈利艱難,工廠化生產(chǎn)在盈虧平衡線附近徘徊,管理或技術(shù)稍有失誤則極可能虧損。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),2015年雙孢蘑菇工廠盈利占比只有10%左右[17]。近兩年來由于鮮菇價(jià)格連續(xù)下跌、生產(chǎn)成本不斷攀升,食用菌工廠化企業(yè)陷入經(jīng)營困境?!肮荆ㄆ髽I(yè))+農(nóng)戶”栽培模式是由傳統(tǒng)栽培模式轉(zhuǎn)向工廠化栽培模式過程中的一種過渡模式,將傳統(tǒng)栽培與工廠、市場對接連通,但其受季節(jié)性影響較大,產(chǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定,其中較為典型的代表有富邦模式[18]、“1+N”生產(chǎn)供應(yīng)模式等[19]。
盡管工廠化生產(chǎn)在我國雙孢蘑菇產(chǎn)業(yè)發(fā)展中顯示出越來越重要的作用,但在廣大農(nóng)村,尤其是中西部農(nóng)村,在脫貧攻堅(jiān)與鄉(xiāng)村振興中發(fā)揮著重要作用的食用菌傳統(tǒng)栽培模式仍具有舉足輕重的地位與作用。工廠化栽培是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,由傳統(tǒng)栽培轉(zhuǎn)向工廠化栽培不可能在短時(shí)間內(nèi)一蹴而就,這一轉(zhuǎn)變必然需要一個(gè)較長期的過程。傳統(tǒng)栽培、“公司(企業(yè))+農(nóng)戶”栽培和工廠化栽培優(yōu)勢互補(bǔ)、共同發(fā)展的局面,在短期內(nèi)不會有根本性的變化。
歐美國家的雙孢蘑菇栽培模式缺乏靈活性,其大型設(shè)施設(shè)備不利于因需求而隨時(shí)變化與轉(zhuǎn)移。考慮到我國農(nóng)村地域廣闊、以家庭為種植主體分散經(jīng)營的現(xiàn)實(shí)國情,不適宜采用歐美大型機(jī)械化設(shè)備,應(yīng)將適于幾家聯(lián)合或者一家一戶使用的輕簡化設(shè)施設(shè)備作為重點(diǎn)發(fā)展方向[3]。因而,木腐菌栽培的一些發(fā)展模式值得雙孢蘑菇產(chǎn)業(yè)借鑒,如:為防御市場劇烈波動的風(fēng)險(xiǎn),一些有經(jīng)驗(yàn)、有思想的周年工廠化栽培者,改原來的“大而全、重資產(chǎn)”的做法為采用“輕資產(chǎn)”運(yùn)營模式,將企業(yè)全年所需的菌包全部交由專門的菌包制作中心完成,企業(yè)長期租賃專業(yè)舊廠房,在完成出菇房改造與設(shè)備添置后,進(jìn)行出菇管理及銷售[1],這一模式非常適合小型企業(yè)運(yùn)營;為推動傳統(tǒng)栽培向規(guī)?;?、標(biāo)準(zhǔn)化有效過渡,近年來浙江、河北等地借鑒日本“培養(yǎng)中心模式”,整合散戶實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一制作菌棒及接種、發(fā)菌,能夠減少散戶裝備投資、節(jié)約生產(chǎn)成本,進(jìn)一步降低勞動強(qiáng)度,提高食用菌生產(chǎn)效率[20,21]。這兩種經(jīng)營模式是在現(xiàn)實(shí)國情條件下做出的有益嘗試。
適合我國國情的雙孢蘑菇栽培機(jī)械化發(fā)展道路,需要考慮以下幾個(gè)問題。
一是生產(chǎn)布局、生產(chǎn)規(guī)模必須與農(nóng)區(qū)實(shí)際情況相結(jié)合。我國地域東西、南北跨度大,農(nóng)區(qū)地貌、氣候、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動條件差異大,不同地區(qū)間的貧富差距、經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡,發(fā)展雙孢蘑菇必須考慮各地氣候、資源和生產(chǎn)成本等,重在優(yōu)化優(yōu)勢基地和區(qū)域布局,如河南、山東、江蘇等栽培原料較為集中的地區(qū)[22];中小企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模應(yīng)與當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧業(yè)資源規(guī)模相配套,地方各級政府可出臺政策加以引導(dǎo)。
二是設(shè)施設(shè)備機(jī)械化、輕簡化、智能化是發(fā)展的必然。
三是生產(chǎn)組織模式多元化,打破地域限制,根據(jù)資源條件實(shí)行分工、分段合作。在原料資源豐富、場地寬裕、水電便利區(qū)域建雙孢蘑菇栽培基質(zhì)制作功能區(qū);在氣候、市場、勞動力等條件具相對優(yōu)勢的區(qū)域建立專業(yè)出菇功能區(qū)??煞智闆r采用以下發(fā)展模式:一是全機(jī)械化的工廠化發(fā)展模式,適宜建在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、交通便利地區(qū);二是專業(yè)化發(fā)展模式,制料、上料、覆土和下料等作業(yè)由專業(yè)化公司承擔(dān),栽培主體負(fù)責(zé)環(huán)境可調(diào)控出菇房的建設(shè)、生產(chǎn)管理及采菇等,鮮菇由專業(yè)公司統(tǒng)一收購;三是“公司+農(nóng)戶”模式,公司負(fù)責(zé)配方定制、菌種制作、制料、打包及技術(shù)指導(dǎo),菇農(nóng)完成栽培環(huán)節(jié),企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品包裝銷售,此模式以季節(jié)性生產(chǎn)為主,有利于降低菇農(nóng)生產(chǎn)成本,增加收益。
要實(shí)現(xiàn)雙孢蘑菇栽培機(jī)械化目標(biāo),必須先解決以下兩個(gè)問題:一是專業(yè)技術(shù)人員匱乏問題,亟需開展理論與實(shí)踐相結(jié)合的專業(yè)化培訓(xùn),特別是迎合企業(yè)、地方一線專業(yè)人才需求的定向培養(yǎng);二是針對生產(chǎn)工藝流程,研發(fā)配套的輕簡化設(shè)施設(shè)備,實(shí)現(xiàn)菌機(jī)與菌藝相融合。
輕簡化是與傳統(tǒng)手工操作相對應(yīng)的概念:“輕”是機(jī)械代替人工,減輕勞動強(qiáng)度;“簡”是減少作業(yè)環(huán)節(jié)和次數(shù),簡化栽培管理;“化”則是菌機(jī)與菌藝融合、良種與良法配套的過程。輕簡化絕不等同于機(jī)械化,輕簡化生產(chǎn)是以機(jī)械化為主體,以資源高效利用為核心,在實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的同時(shí),最大程度降低勞動力成本和勞動強(qiáng)度的生產(chǎn)方式[23]。以輕簡化設(shè)施設(shè)備為重點(diǎn)研發(fā)方向,設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造適合我國雙孢蘑菇發(fā)展模式的機(jī)械裝備有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
筐(包)式栽培是實(shí)施輕簡化栽培的一個(gè)有效途徑。根據(jù)雙孢蘑菇栽培生產(chǎn)工藝流程,以輕簡化設(shè)施栽培為目標(biāo),以菌筐(包)栽培為模式,提出以下較具體的雙孢蘑菇輕簡化配套機(jī)械設(shè)施實(shí)現(xiàn)路徑,內(nèi)容包括十個(gè)功能區(qū)、一套病蟲害防控系統(tǒng),涉及配套機(jī)械設(shè)備28~30種(套)(圖3)。
圖3 雙孢蘑菇工廠化生產(chǎn)流程、功能區(qū)劃分及配套機(jī)械示意圖
機(jī)械設(shè)備主要為切碎或粉碎機(jī)、秸稈預(yù)濕機(jī)和干糞肥粉碎預(yù)濕機(jī)。
原料切碎、粉碎機(jī):要求具備“擠、切、揉”加工工藝性能,充分破壞秸稈(玉米芯)等材料物理結(jié)構(gòu),以利于原料預(yù)濕、透氣及發(fā)酵,并盡可能減少粉末料的產(chǎn)生。
秸稈預(yù)濕機(jī):現(xiàn)行工藝預(yù)濕效果均質(zhì)性差,費(fèi)水、費(fèi)時(shí)、費(fèi)力,環(huán)境污染問題突出,秸稈預(yù)濕要求將加工好的秸稈聚攏、扭緊成束狀后推送入水中,期間可通過改變秸稈束的松緊狀態(tài),促使秸稈迅速吸收水分,經(jīng)過一定的浸水過程,含水量達(dá)到要求后推出。
干糞肥粉碎預(yù)濕機(jī):具備粉碎、噴淋、攪拌一體化功能,能避免混合料中出現(xiàn)直徑超過10毫米的大糞塊,減少粉塵排放,避免糞水流失與場地污染,尤其是可通過控制用水量保證預(yù)濕效果均質(zhì)可調(diào)。
培養(yǎng)料定量化配制攪拌機(jī):針對現(xiàn)有裝載機(jī)混料不均勻的問題,通過借鑒飼料加工中的料斗定量配制與攪拌工藝,保證培養(yǎng)料的成分含量精確,促進(jìn)主料(秸稈等)與輔料(豆粕、石灰粉、石膏粉等)均勻混合。
一次成型密閉式有氧發(fā)酵裝置:室外堆積一次發(fā)酵與室內(nèi)增溫二次發(fā)酵相結(jié)合,開發(fā)適合小規(guī)模生產(chǎn),可移動、節(jié)能環(huán)保、自動化程度高的輕簡化原料發(fā)酵裝置是關(guān)鍵?,F(xiàn)行的隧道式增氧發(fā)酵是主流發(fā)酵技術(shù),其成本和耗能高,環(huán)境污染隱患較大;而歐洲國家的工廠化雙孢蘑菇栽培技術(shù)模式,因投資過大,不適宜于我國農(nóng)村小規(guī)模分散經(jīng)營,難以廣泛應(yīng)用。本課題組已成功研發(fā)試制出封閉發(fā)酵裝置,并獲兩項(xiàng)國家實(shí)用新型專利。
發(fā)酵料質(zhì)量檢測設(shè)備:國內(nèi)多數(shù)雙孢蘑菇栽培因發(fā)酵料理化性質(zhì)檢測耗時(shí)長、技術(shù)復(fù)雜、缺少必要設(shè)施設(shè)備與配套技術(shù)人員等原因,基質(zhì)質(zhì)量往往得不到保證?;|(zhì)質(zhì)量快速檢測裝置(主要包括含水量、透氣性、pH、黏度等檢測指標(biāo))的研發(fā)更能切合生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際需要。
播種機(jī)(與筐式栽培配套):采取混合播種與表層播種相結(jié)合的方式,先將發(fā)酵好的栽培基質(zhì)與菌種攪拌混勻,再將播有菌種的發(fā)酵料混合物裝入筐內(nèi)或打包,最后在栽培基質(zhì)表層均勻撒播一層菌種。
可移動養(yǎng)菌架(菌包或菌筐專用):設(shè)計(jì)目的在于方便栽培基質(zhì)上架、下架,提高勞動效率,減少上料、下料及運(yùn)輸?shù)拇笮驮O(shè)備投資,提高設(shè)備與空間(養(yǎng)菌架可以靠緊,減少中間過道)的利用率,也便于栽培場所消毒。
專用養(yǎng)菌筐:與后續(xù)的機(jī)械覆土、噴水、育菇操作系統(tǒng)相配套。
專用養(yǎng)菌房環(huán)境自動調(diào)控裝置:應(yīng)用現(xiàn)代信息與智能化技術(shù),實(shí)現(xiàn)菇房環(huán)境遠(yuǎn)程智能調(diào)控,保證養(yǎng)菌房溫、濕度和空氣調(diào)控適宜、恒定,減少人為因素造成的調(diào)控失誤,同時(shí)降低人工成本。
覆土配制與成型機(jī):我國農(nóng)村雙孢蘑菇栽培,因成本問題,少有使用草炭土等優(yōu)質(zhì)覆土材料,自制的覆土材料含水量不足、透氣性差,導(dǎo)致雙孢菇產(chǎn)量低、品質(zhì)差。該機(jī)設(shè)計(jì)目的就是優(yōu)先利用當(dāng)?shù)亓畠r(jià)的自然資源,通過添加持水力強(qiáng)、透氣性好的材料,以攪拌、發(fā)酵、造粒等工藝,生產(chǎn)孔隙度、持水力、酸堿度和顆粒度均適宜的優(yōu)質(zhì)覆土材料。
覆土消毒機(jī):覆土材料采取日光曝曬方式消毒,時(shí)間長而不徹底,易受天氣及環(huán)境影響,而采用甲醛等藥物消毒則存在殘留及污染問題。因此,可借鑒食品行業(yè)高溫、輻射、高濃度臭氧水等瞬間高效殺菌工藝,研發(fā)相應(yīng)覆土消毒設(shè)備。
覆土材料包裝機(jī):主要是解決覆土材料商業(yè)化儲運(yùn)問題。
專用覆土機(jī)(與筐式栽培配套):其目的是解決覆土工藝的機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化,應(yīng)同時(shí)具備料面整理功能。
自動噴淋隧道(與筐式栽培配套):與專用覆土機(jī)配套,通過控制噴淋隧道長度、噴淋水量、傳輸裝置速度等參數(shù)實(shí)現(xiàn)噴淋效果。
育菇房往復(fù)式智能噴水、保濕系統(tǒng):在菇架中間頂部安裝可以上下往復(fù)運(yùn)動、左右雙向噴水的裝置,通過土層含水量感應(yīng)器調(diào)控噴水量。頂部安裝固定高壓霧化噴頭,通過空氣相對濕度感應(yīng)器調(diào)控濕度。
可移動育菇架(與筐式栽培配套):增加單位空間的使用效率,方便進(jìn)出移動。
育菇房環(huán)境自動管理系統(tǒng):因地制宜開發(fā)配套設(shè)施設(shè)備與管理工藝,如北方雙孢蘑菇栽培,空氣濕度小是主要矛盾,養(yǎng)菌期間超聲波增濕是優(yōu)化方法,育菇期間高壓霧化增濕與補(bǔ)水是首選措施。通風(fēng)設(shè)備與溫濕度調(diào)控設(shè)備配套,就可實(shí)現(xiàn)栽培室內(nèi)環(huán)境調(diào)控,同時(shí)可避免因通風(fēng)導(dǎo)致室內(nèi)環(huán)境的劇烈變化。
專用采菇車間(與可移動栽培架、栽培筐相配套):車間要求溫度、光照、濕度和通風(fēng)良好。機(jī)械采摘比人工采摘作業(yè)效率高,病菇處理徹底,利于出菇料面的整理。
雙孢蘑菇自動切根機(jī):目的在于提高雙孢蘑菇切根效率及質(zhì)量,降低人工成本。
冷藏室與配套冷藏用可移動架:冷藏室溫度和濕度可精確控制,以利于延長雙孢蘑菇保鮮時(shí)間。配套可移動架提高作業(yè)效率,減少人工搬運(yùn)對鮮菇質(zhì)量的不良影響。
菌渣粉碎攪拌機(jī):粉碎含水量大的菌渣廢料以便于再次利用,要求進(jìn)料口設(shè)計(jì)合理、粉碎物料均勻、不易粘壁、清理方便。
菌渣發(fā)酵池:將粉碎后的菌渣,混合適量的水和發(fā)酵劑后,嚴(yán)格密封一定天數(shù),實(shí)現(xiàn)菌渣的進(jìn)一步腐熟,方便后續(xù)顆粒肥料的制作。
菌渣顆粒肥料制造機(jī):菌渣經(jīng)發(fā)酵、造粒等加工工藝后,方便現(xiàn)代化播種施肥一體機(jī)施用,可促進(jìn)商業(yè)化菌渣肥料的利用。
以上設(shè)施設(shè)備,可依據(jù)不同地區(qū)的農(nóng)區(qū)交通、自然氣候、勞動力和市場等條件靈活選擇。
臭氧發(fā)生器:設(shè)計(jì)目的在于實(shí)現(xiàn)栽培各環(huán)節(jié)的空間消毒,要求體積小型化、可移動、功率可選。
高濃度臭氧水機(jī):已有現(xiàn)成設(shè)備,可移動、功率可選,其可實(shí)現(xiàn)覆土材料的消毒殺菌。
臭氧水高壓霧化系統(tǒng):與臭氧水制造機(jī)配套使用,要求霧化效果好、體積小、可移動、功率可選。
病菇收集處理系統(tǒng):菇房配套相應(yīng)的病菇專用采集、隔離收集處理設(shè)備,防止病菇病源化傳播。
通風(fēng)口過濾與防蟲裝置:采取管道通風(fēng)方式,于通風(fēng)口處設(shè)置過濾、防蟲、消毒、溫濕度調(diào)控一體化設(shè)備,在嚴(yán)格把控空氣進(jìn)出通道的同時(shí),大幅降低室內(nèi)設(shè)備投資與能源消耗。
現(xiàn)今雙孢蘑菇在歐美發(fā)達(dá)國家是餐桌上不可或缺的食品,在我國,雙孢蘑菇產(chǎn)品認(rèn)知度亦高,市場空間巨大。當(dāng)前我國雙孢蘑菇產(chǎn)業(yè)正處于轉(zhuǎn)型關(guān)鍵期,工廠化栽培已成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。根據(jù)我國國情,設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造適合我國雙孢蘑菇發(fā)展模式的機(jī)械裝備有著迫切需求和巨大的發(fā)展前景。