工業(yè)大麻機(jī)械化收獲技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展分析

向偉，李鑌樺，馬蘭，劉佳杰，顏波，段益平，呂江南*

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類(lèi)研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410205；2.張家界市高級(jí)技工學(xué)校，湖南 張家界 427000）

中國(guó)是工業(yè)大麻傳統(tǒng)種植國(guó)，在工業(yè)大麻種植、加工和多功能利用等領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì)地位，尤其是工業(yè)大麻纖用、油用和紡織材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用等方面優(yōu)勢(shì)明顯[1-2]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2019年，中國(guó)工業(yè)大麻種植面積約23 000 hm2，纖維產(chǎn)量達(dá)13萬(wàn)噸，中國(guó)成為全球工業(yè)大麻纖維的主要來(lái)源國(guó)，種植面積約占全球種植面積的50%左右[3-4]。

中國(guó)工業(yè)大麻種植分布廣泛，主要是西南的云南、貴州，東北的黑龍江、遼寧，西北的寧夏、陜西和中部的安徽、山東、山西等地區(qū)[5-6]。中國(guó)工業(yè)大麻收獲機(jī)械化水平較低，特別是田間收獲機(jī)械化配套作業(yè)技術(shù)發(fā)展滯后，目前工業(yè)大麻收獲大部分采用人力田間收割、人工剝皮的傳統(tǒng)作業(yè)方式[7]。收獲作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大，人力用工成本逐漸增加，導(dǎo)致工業(yè)大麻種植面積和總產(chǎn)量呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，而提高工業(yè)大麻收獲效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和成本的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)工業(yè)大麻的全工序機(jī)械化收獲[8]。國(guó)內(nèi)工業(yè)大麻機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)研究較多的是工業(yè)大麻纖維剝制加工技術(shù)及裝備，而對(duì)工業(yè)大麻收獲技術(shù)的研究較少，許多收獲技術(shù)環(huán)節(jié)仍處于空白狀態(tài)，其主要原因是中國(guó)工業(yè)大麻種植分布廣、面積小，加上地形復(fù)雜，地理位置特殊且工業(yè)大麻用途多樣等[9-10]。工業(yè)大麻作物本身具有許多特殊性質(zhì)，如韌皮纖維長(zhǎng)而柔韌，易對(duì)切割刀具造成磨損，且容易纏繞刀具；不同品種間工業(yè)大麻莖稈直徑和高度的差異性極大，這些因素給收獲作業(yè)帶來(lái)不利影響。工業(yè)大麻機(jī)械化收獲技術(shù)與裝備的落后制約著中國(guó)工業(yè)大麻產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提高工業(yè)大麻生產(chǎn)全程機(jī)械化程度、改變種麻效益低的現(xiàn)狀成為當(dāng)前工業(yè)大麻產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然途徑[11-13]。

工業(yè)大麻高效收獲技術(shù)及裝備的研制與推廣應(yīng)用，可提高生產(chǎn)工效，有效降低農(nóng)民的生產(chǎn)成本，利于增加農(nóng)民收入，促進(jìn)工業(yè)大麻生產(chǎn)的發(fā)展，從而推動(dòng)中國(guó)工業(yè)大麻產(chǎn)業(yè)區(qū)域化和規(guī)?；l(fā)展[14]。本文詳細(xì)總結(jié)和梳理了國(guó)內(nèi)外工業(yè)大麻收獲技術(shù)及裝備的研究進(jìn)展，系統(tǒng)分析了工業(yè)大麻機(jī)械化收割技術(shù)與裝備、工業(yè)大麻機(jī)械化聯(lián)合收獲技術(shù)與裝備的作業(yè)原理及作業(yè)特點(diǎn)，探討了工業(yè)大麻收獲技術(shù)及裝備的發(fā)展方向，以期為中國(guó)工業(yè)大麻機(jī)械化生產(chǎn)向全程高效、智能化發(fā)展提供參考。

1 工業(yè)大麻用途與收獲方式

工業(yè)大麻的生產(chǎn)應(yīng)用主要分為纖用、藥纖兼用、花葉藥用和籽用等4個(gè)方面，工業(yè)大麻不同的生產(chǎn)應(yīng)用決定了不同的收獲目標(biāo)，從而收獲方式存在較大差異[15-17]。為提高工業(yè)大麻物料的利用率和價(jià)值度，對(duì)不同應(yīng)用模式的工業(yè)大麻采用不同的收獲技術(shù)及裝備[18-19]。

（1）纖用工業(yè)大麻：主要以收獲纖維為目標(biāo)。通過(guò)收割機(jī)整稈收割工業(yè)大麻植株莖稈，進(jìn)一步采用剝麻機(jī)剝制獲得工業(yè)大麻纖維。黑龍江、山東等干旱地域，一般是割曬機(jī)收割工業(yè)大麻莖稈后平鋪于地面，雨露漚麻2個(gè)月左右后撿拾打捆輸送至工廠，采用干莖打麻機(jī)加工獲取工業(yè)大麻纖維[20-21]；云南、安徽等地域，一般是收割工業(yè)大麻植株莖稈后，采用鮮莖稈剝麻技術(shù)剝制加工獲得工業(yè)大麻長(zhǎng)纖維，經(jīng)集中脫膠處理，用作紡織原料。

（2）藥纖兼用工業(yè)大麻：以分別收獲纖維和花葉為目標(biāo)。采用分段收獲技術(shù)與裝備完成工業(yè)大麻莖稈的分段收獲，并實(shí)現(xiàn)工業(yè)大麻花葉集中的梢部端的隨車(chē)集中收儲(chǔ)、工業(yè)大麻基部端植株莖稈的側(cè)邊輸送鋪放。

（3）花葉藥用工業(yè)大麻：以收獲花葉為目標(biāo)。采用機(jī)械或人工直接在田間收獲工業(yè)大麻花葉，或采用機(jī)械收獲工業(yè)大麻植株，運(yùn)輸至工廠，通過(guò)花葉收獲機(jī)械分離獲取植株上的花葉。

（4）籽用工業(yè)大麻：以收獲籽粒為目標(biāo)。采用機(jī)械收割工業(yè)大麻莖稈后，通過(guò)脫粒技術(shù)獲取籽粒，其副產(chǎn)物工業(yè)大麻莖稈，可通過(guò)纖維剝制機(jī)械獲取工業(yè)大麻纖維；也有矮化密植栽培以作育種用的工業(yè)大麻，工業(yè)大麻籽粒集中在植株梢部，采用收割機(jī)收獲工業(yè)大麻植株莖稈梢部后通過(guò)脫粒機(jī)械獲取籽粒，或采用半喂入聯(lián)合收獲機(jī)直接收獲工業(yè)大麻籽粒。

根據(jù)生產(chǎn)需要，工業(yè)大麻機(jī)械化收獲技術(shù)主要分為機(jī)械化收割技術(shù)和機(jī)械化聯(lián)合收獲技術(shù)[12，22]，機(jī)械化收割技術(shù)主要是針對(duì)纖用工業(yè)大麻的整稈收獲；機(jī)械化聯(lián)合收獲技術(shù)主要用于藥纖兼用、花葉藥用和籽用等工業(yè)大麻的收獲。

2 工業(yè)大麻機(jī)械化收割技術(shù)

工業(yè)大麻機(jī)械化收割技術(shù)一般指：工業(yè)大麻收割后將整稈直接進(jìn)行纖維剝制，或工業(yè)大麻收割后在田間晾曬（雨露漚麻），當(dāng)含水率達(dá)到一定的低值后再進(jìn)行干莖稈打麻，其最終目的均是獲取工業(yè)大麻纖維[7，12]。機(jī)械化收割技術(shù)是指通過(guò)機(jī)械切割工業(yè)大麻莖稈，按照收割作業(yè)方式可分為收割鋪放技術(shù)、割捆技術(shù)和收割裝運(yùn)技術(shù)[23]。

2.1 工業(yè)大麻收割鋪放技術(shù)與裝備

國(guó)外高稈作物收獲技術(shù)水平相對(duì)較高，部分發(fā)達(dá)國(guó)家針對(duì)工業(yè)大麻收獲機(jī)械的研發(fā)較早，其中部分歐美國(guó)家在高稈作物收獲機(jī)械方面的相關(guān)研發(fā)比較成熟，通過(guò)在成熟的機(jī)型上進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化后用于工業(yè)大麻的收獲，但國(guó)外在工業(yè)大麻收割技術(shù)方面研發(fā)較少，主要集中在聯(lián)合收獲技術(shù)及裝備的研發(fā)[24-27]。

20世紀(jì)90年代末至2007年，波蘭天然纖維＆藥用植物研究所（IWNIRZ）和德國(guó)特殊用途機(jī)械制造商Kranemann GmbH聯(lián)合研發(fā)了一款工業(yè)大麻割曬機(jī)；美國(guó)約翰迪爾利用玉米收獲機(jī)改進(jìn)后研制出工業(yè)大麻割曬機(jī)；捷克Tebeco企業(yè)研制了一款Tebeco Clipper 4.3 MMH工業(yè)大麻割曬機(jī)。上述國(guó)外典型的工業(yè)大麻割曬機(jī)如表1所示。

表1 國(guó)外典型工業(yè)大麻割曬機(jī)Table 1 Typical industrial hemp swather abroad

近年來(lái)，隨著中國(guó)工業(yè)大麻生產(chǎn)快速發(fā)展，吸引了許多高校、科研院所和企業(yè)開(kāi)展工業(yè)大麻收獲技術(shù)及裝備的研究，通過(guò)消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合亞麻、苧麻和蘆葦?shù)雀叨捵魑锏氖崭罴夹g(shù)，在工業(yè)大麻收割技術(shù)上取得一定的進(jìn)展和突破[28-31]。

針對(duì)平原等工業(yè)大麻種植地域，中國(guó)雖然仍未研制出超大幅寬工業(yè)大麻割曬機(jī)，但已有成熟的中、小幅寬的高效割曬機(jī)[14]。部分學(xué)者針對(duì)工業(yè)大麻種植現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)研制出了適用于丘陵山區(qū)的工業(yè)大麻割曬機(jī)，這些割曬機(jī)具備轉(zhuǎn)向靈活、爬坡和通過(guò)性能強(qiáng)等作業(yè)特點(diǎn)，填補(bǔ)了丘陵山區(qū)工業(yè)大麻收割機(jī)械的空白[32]。通過(guò)理論分析和試驗(yàn)研究，結(jié)合工業(yè)大麻種植現(xiàn)狀，提出了適合中國(guó)丘陵山區(qū)工業(yè)大麻的高效切割技術(shù)，以及適用于丘陵山區(qū)小型自走式工業(yè)大麻割曬機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)[33]；通過(guò)搭建試驗(yàn)臺(tái)等方式，優(yōu)化了高莖稈輸送裝置和側(cè)邊鋪放裝置[34-35]；通過(guò)仿真分析與田間試驗(yàn)相結(jié)合，創(chuàng)新研制了適用于丘陵山區(qū)的工業(yè)大麻收割機(jī)割臺(tái)仿形切割裝置[36-37]。國(guó)內(nèi)典型工業(yè)大麻割曬鋪放裝備如表2所示[38-39]。

表2 國(guó)內(nèi)典型工業(yè)大麻割曬機(jī)Table 2 Typical industrial hemp swather in China

2.2 工業(yè)大麻收割打捆技術(shù)與裝備

工業(yè)大麻割捆技術(shù)是在工業(yè)大麻收割鋪放技術(shù)的基礎(chǔ)上增加打捆技術(shù)，主要針對(duì)纖維用、造紙制漿和整稈多功能利用工業(yè)大麻的整稈收獲[40]。工業(yè)大麻割捆機(jī)為動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)式裝備，在分禾裝置和扶禾裝置的輔助下切割裝置切割工業(yè)大麻莖稈，輸送系統(tǒng)將切割后的莖稈通過(guò)一側(cè)將切割后的莖稈輸送至打捆裝置，完成莖稈打捆，鋪放裝置將成捆后的工業(yè)大麻莖稈鋪放至機(jī)器一側(cè)或后方[41-42]。

威海佳潤(rùn)農(nóng)機(jī)基于蘆葦割捆機(jī)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，研制出小型漢麻割捆機(jī)（圖1），主要由切割裝置、扶禾裝置、輸送裝置、撥禾輪、高度調(diào)節(jié)裝置、打結(jié)器和線盒等構(gòu)成，動(dòng)力配套手扶式小型拖拉機(jī)和輪式拖拉機(jī)使用，配套動(dòng)力11 kW，可一次完成漢麻的切割、輸送、打捆和成捆鋪放，作業(yè)幅寬1200 mm，作業(yè)效率可達(dá)0.35～0.45 hm2／h，但該機(jī)僅適用于密植矮化的漢麻收割，其收割高度僅能達(dá)到3000 mm。

圖1 手扶式漢麻割捆機(jī)Fig.1 Handheld hemp binder

威海佳潤(rùn)農(nóng)機(jī)研制出側(cè)邊收獲型割捆機(jī)（圖2），主要由螺旋式扶禾輸送機(jī)構(gòu)、切割機(jī)構(gòu)、撥禾機(jī)構(gòu)、打捆機(jī)構(gòu)、輸出機(jī)構(gòu)行走限位裝置和傳動(dòng)系統(tǒng)等組成。該割捆機(jī)后置于拖拉機(jī)的一側(cè)，隨著拖拉機(jī)的牽引前進(jìn)，將切割后的工業(yè)大麻莖稈打捆，成捆的莖稈均勻橫向地鋪放至機(jī)器后側(cè)，該機(jī)器可收割工業(yè)大麻莖稈高度不受限制，但收割幅寬僅1200 mm，割茬高度0～100 mm。

圖2 側(cè)邊收獲型工業(yè)大麻割捆機(jī)Fig.2 Side harvest hemp binder

2.3 工業(yè)大麻收割裝運(yùn)技術(shù)與裝備

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所基于履帶式苧麻聯(lián)合收割機(jī)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，研制出圖3所示的4LMZ-160型履帶式工業(yè)大麻收割機(jī)[32，43]。該機(jī)主要由切割裝置、撥禾裝置、扶禾裝置、輸送裝置、動(dòng)力機(jī)構(gòu)、操作系統(tǒng)、動(dòng)力底盤(pán)和集料箱等組成。該機(jī)割幅范圍內(nèi)的麻稈在下扶禾裝置作用下經(jīng)雙動(dòng)刀切割裝置切斷，切斷后的麻稈由兩組橫向輸送裝置輸送到縱向輸送裝置，隨后經(jīng)縱向輸送裝置輸送至集料箱，集料箱設(shè)有自翻轉(zhuǎn)式卸料機(jī)構(gòu)，可將收集滿后的工業(yè)大麻莖稈翻卸至運(yùn)輸車(chē)內(nèi)，可一次完成工業(yè)大麻切割、輸送、莖稈收集和自動(dòng)卸料等功能。配套動(dòng)力25.7 kW，割幅1600 mm，留茬高度0～120 mm，切割率可達(dá)93.5%，平均生產(chǎn)率為0.94 hm2／h。

圖3 4LMZ-160型履帶式工業(yè)大麻收割機(jī)Fig.3 4LMZ-160 crawler industrial hemp harvester

3 工業(yè)大麻機(jī)械化聯(lián)合收獲技術(shù)

工業(yè)大麻機(jī)械化聯(lián)合收獲技術(shù)是指對(duì)工業(yè)大麻進(jìn)行一次切割聯(lián)合收獲或多次切割聯(lián)合收獲，按照切割收獲方式主要分為單割臺(tái)聯(lián)合收獲技術(shù)和雙割臺(tái)收獲技術(shù)，其中雙割臺(tái)收獲技術(shù)分為雙切割分段收獲技術(shù)和雙切割聯(lián)合收獲技術(shù)[44]。工業(yè)大麻雙割臺(tái)收獲技術(shù)主要用于藥纖兼用、花葉藥用、籽用和飼用等工業(yè)大麻的收獲，相對(duì)于整稈收割技術(shù)和單割臺(tái)聯(lián)合收獲技術(shù)，雙割臺(tái)聯(lián)合收獲技術(shù)及裝備的使用效率和用途得到了提高，但這種方式有損剝制后的纖維質(zhì)量[45-46]。

3.1 工業(yè)大麻單割臺(tái)聯(lián)合收獲機(jī)械

工業(yè)大麻單割臺(tái)聯(lián)合收獲技術(shù)用于花葉、籽粒和莖稈等收獲，相對(duì)于整稈收割技術(shù)，單割臺(tái)聯(lián)合收獲裝備的使用效率更高，但其用途仍然比較單一。工業(yè)大麻莖稈收獲可實(shí)現(xiàn)莖稈的整稈切割，通過(guò)機(jī)械裝置完成莖稈的切斷或切碎，并實(shí)現(xiàn)莖稈的一機(jī)收集儲(chǔ)運(yùn)；花葉、籽粒收獲，機(jī)器切割工業(yè)大麻帶花葉或籽粒的中、上部端，一機(jī)實(shí)現(xiàn)花葉或籽粒初步清選和儲(chǔ)運(yùn)，下部端的植株莖稈仍留在田間未進(jìn)行處理[13，47]。

歐洲是全球最早開(kāi)展工業(yè)大麻收獲機(jī)械研究的地域，根據(jù)工業(yè)大麻不同的收獲用途，歐洲各個(gè)國(guó)家和地區(qū)通過(guò)創(chuàng)新設(shè)計(jì)或改進(jìn)農(nóng)作物收割機(jī)來(lái)實(shí)施工業(yè)大麻的聯(lián)合收獲。20世紀(jì)末荷蘭HempFlax公司最先研制出HempFlax 3000型工業(yè)大麻收割機(jī)（圖4（a）），隨后德國(guó)Wittrock公司根據(jù)工作幅寬進(jìn)一步研發(fā)成HempCut 3000／4500機(jī)型，德國(guó)Kemper公司為HempCut機(jī)器研發(fā)了改進(jìn)機(jī)頭和單刀切割滾筒，該機(jī)工作效率高達(dá)2.5～4.2 hm2／h，隨著美國(guó)John Deere公司收購(gòu)了生產(chǎn)HempCut收獲機(jī)的Kemper公司，HempCut3000／4500型工業(yè)大麻收割機(jī)在全球范圍銷(xiāo)售。21世紀(jì)初，歐盟研制出Blücherho02收割機(jī)（圖4（b）），該機(jī)主要由2套對(duì)輥式扶禾輸送機(jī)構(gòu)、切割機(jī)構(gòu)和自走式紐荷蘭1905機(jī)型組成。上述2款機(jī)型均可實(shí)現(xiàn)將工業(yè)大麻植株切斷成600～700 mm，均勻鋪放田間。

圖4 典型單割臺(tái)工業(yè)大麻聯(lián)合收獲機(jī)Fig.4 Typical single header industrial hemp combine

現(xiàn)有市場(chǎng)中成熟的單割臺(tái)工業(yè)大麻聯(lián)合收獲裝備主要包括：美國(guó)John Deere公司研制的RD305F型工業(yè)大麻花葉聯(lián)合收獲機(jī)（圖5（a）），實(shí)現(xiàn)工業(yè)大麻的整稈收割后，完成花葉的分離、篩選和一機(jī)儲(chǔ)運(yùn)；美國(guó)John Deere公司研制的大麻去梢聯(lián)合收獲機(jī)（圖5（b）），該機(jī)僅收割工業(yè)大麻的梢部端，并一機(jī)完成工業(yè)大麻花葉的分離、篩選和一機(jī)儲(chǔ)運(yùn)；德國(guó)HANF FARM公司研制出MultiCombine HC 3400型工業(yè)大麻聯(lián)合收獲機(jī)（圖5（c）），可實(shí)現(xiàn)藥用工業(yè)大麻和飼用工業(yè)大麻的收獲；河北雷肯農(nóng)業(yè)機(jī)械有限公司研制出雷肯自走式工業(yè)大麻收獲機(jī)（圖5（d）），該機(jī)采用彈齒式收割方式，可一次性高效快速地從工業(yè)大麻莖稈上采摘收獲麻葉。

圖5 國(guó)內(nèi)外典型單割臺(tái)工業(yè)大麻聯(lián)合收獲裝備Fig.5 Typical single header industrial hemp combine at home and abroad

3.2 工業(yè)大麻雙切割分段收獲技術(shù)

工業(yè)大麻雙切割分段收獲技術(shù)主要用于藥纖兼用工業(yè)大麻的聯(lián)合收獲，該類(lèi)型裝置由上下兩套切割系統(tǒng)組成：上切割系統(tǒng)僅用于收獲工業(yè)大麻植株上端的花葉或種子；下切割系統(tǒng)切割工業(yè)大麻莖稈后通過(guò)側(cè)邊輸送鋪放裝置將莖稈均勻鋪放至田間，用于剝制加工獲取纖維[14，48-50]。

荷蘭農(nóng)業(yè)機(jī)械公司開(kāi)發(fā)出一款工業(yè)大麻籽粒和纖維聯(lián)合收割機(jī)（圖6（a）），該機(jī)主要由上下雙割臺(tái)、輸送裝置、切碎裝置、脫粒清選裝置、儲(chǔ)運(yùn)裝置和動(dòng)力系統(tǒng)等組成：上割臺(tái)切割工業(yè)大麻莖稈帶籽粒的上部端，輸送裝置將上端莖稈輸送至切碎裝置，切割后的短莖稈經(jīng)輸送裝置輸送至脫粒清選裝置，經(jīng)脫粒清選后籽粒進(jìn)入儲(chǔ)運(yùn)裝置，而清選出的短莖稈、葉片等雜物輸出鋪放至機(jī)器后方；下割臺(tái)切割下部端莖稈，并通過(guò)側(cè)邊輸送機(jī)構(gòu)將莖稈成條均勻鋪放至機(jī)器一側(cè)。

圖6 工業(yè)大麻雙切割分段收獲裝備Fig.6 Double cutting system subsection harvester of industrial hemp

黑龍江省科學(xué)院大慶分院機(jī)械研究所研制出籽粒莖稈兼收的雙切割工業(yè)大麻聯(lián)合收獲機(jī)（圖6（b））。該機(jī)基于約翰迪爾1048型谷物聯(lián)合收割機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，將1048谷物聯(lián)合收割機(jī)的割臺(tái)上移用于種子收獲，然后通過(guò)機(jī)器自帶的脫粒裝置完成種子的脫粒過(guò)程；收獲機(jī)下部增加割臺(tái)用于莖稈收割，莖稈收割后放置田間進(jìn)行雨露脫膠。該聯(lián)合收獲機(jī)割幅達(dá)2800 mm，作業(yè)工效較高，但籽粒收獲清選的損失率偏高。

3.3 工業(yè)大麻雙切割聯(lián)合收獲技術(shù)

工業(yè)大麻雙切割聯(lián)合收獲技術(shù)主要用于花葉藥用、籽用和飼用工業(yè)大麻的聯(lián)合收獲，該類(lèi)型裝置由上下兩套切割系統(tǒng)組成：上切割系統(tǒng)用于收獲工業(yè)大麻植株上端的花葉或種子，并實(shí)現(xiàn)花葉或種子的清選、收集和儲(chǔ)運(yùn)的聯(lián)合作業(yè)；下切割系統(tǒng)切割工業(yè)大麻莖稈，通過(guò)切碎裝置實(shí)現(xiàn)莖稈初步切碎，經(jīng)過(guò)輸送裝置成條地鋪放至田間或一機(jī)集儲(chǔ)裝運(yùn)[13-14]。相對(duì)于整稈收獲和雙切割分段收獲，雙切割聯(lián)合收獲機(jī)器使用效率進(jìn)一步提高，但這種方式有損剝制后的纖維質(zhì)量，事實(shí)上這種方式得到的纖維很難用于紡織行業(yè)[51]。

2016年，歐盟科技框架計(jì)劃的“MultiHemp”項(xiàng)目研發(fā)一款工業(yè)大麻籽粒收獲裝備（圖7（a）），利用傳輸機(jī)將切割后的工業(yè)大麻上端短莖稈運(yùn)輸?shù)蕉鄬诱袷幒Y上搖出麻籽，以提高麻籽的質(zhì)量和產(chǎn)量。項(xiàng)目組和美國(guó)John Deere公司聯(lián)合研制出工業(yè)大麻籽粒和莖稈聯(lián)合收獲機(jī)（圖7（b）），該機(jī)基于荷蘭農(nóng)業(yè)機(jī)械公司研制的工業(yè)大麻籽粒和纖維聯(lián)合收獲機(jī)進(jìn)一步改進(jìn)優(yōu)化。該機(jī)上割臺(tái)切割工業(yè)大麻莖稈帶籽粒的上部端，經(jīng)過(guò)上輸送裝置、上切碎裝置、后輸送裝置和后拖掛脫粒清選裝置，實(shí)現(xiàn)工業(yè)大麻籽粒的收割、切斷、脫粒和清選，并完成籽粒的一機(jī)收儲(chǔ)；下割臺(tái)切割工業(yè)大麻莖稈下部端，并通過(guò)下輸送裝置、下切碎裝置和輸出裝置，實(shí)現(xiàn)工業(yè)大麻莖稈的收割、輸送、切碎和成條鋪放至田間。

圖7 歐盟工業(yè)大麻籽粒和莖稈聯(lián)合收獲機(jī)Fig.7 Industrial Hemp grain and stalk combine harvester in EU

隨著國(guó)際上對(duì)工業(yè)大麻種植、生產(chǎn)和應(yīng)用的部分政策放開(kāi)，以及工業(yè)大麻在紡織、食品、藥物、化妝品、造紙、板材和飼料等方面多功能利用的發(fā)展，歐美等國(guó)家對(duì)工業(yè)大麻雙切割聯(lián)合收獲裝備的需求日益迫切，尤其是歐洲的發(fā)達(dá)國(guó)家投入較大的政策支持和研究經(jīng)費(fèi)，市場(chǎng)上出現(xiàn)幾款成熟的機(jī)型，表3所示為國(guó)外典型工業(yè)大麻雙切割聯(lián)合收獲裝備。

表3 國(guó)外典型雙切割工業(yè)大麻聯(lián)合收獲裝備Table 3 Typical double cutting system industrial hemp combine at home and abroad

續(xù)表3

4 中國(guó)工業(yè)大麻機(jī)械化收獲存在的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)

4.1 中國(guó)工業(yè)大麻機(jī)械化收獲技術(shù)難點(diǎn)與問(wèn)題

21世紀(jì)初期至今，中國(guó)工業(yè)大麻收獲技術(shù)經(jīng)歷了技術(shù)孕育階段和快速發(fā)展階段，工業(yè)大麻收割技術(shù)日趨成熟，聯(lián)合收獲技術(shù)也取得一定突破，已經(jīng)初步形成了適合國(guó)情的工業(yè)大麻機(jī)械化收獲技術(shù)體系，主要集中在黑龍江和山東等地區(qū)。然而，對(duì)比國(guó)外的發(fā)展現(xiàn)狀和生產(chǎn)需求，中國(guó)工業(yè)大麻收獲技術(shù)及裝備還存在薄弱環(huán)節(jié)和空白領(lǐng)域，在今后的研究中需要重點(diǎn)關(guān)注和解決以下問(wèn)題和技術(shù)難點(diǎn)。

（1）工業(yè)大麻產(chǎn)業(yè)化程度低，制約著工業(yè)大麻收獲技術(shù)的發(fā)展速度

黑龍江、山東、云南、廣西等4?。▍^(qū)）的工業(yè)大麻種植面積占全國(guó)的90%以上，因中國(guó)工業(yè)大麻種植生產(chǎn)政策不明朗，全國(guó)種植工業(yè)大麻的地區(qū)仍較少。工業(yè)大麻種植生產(chǎn)中研發(fā)集成不夠、推廣力度小等問(wèn)題尤為突出；雖然在黑龍江和云南等地區(qū)已初步形成一定規(guī)模的種植基地，但生產(chǎn)主體多是以家庭為單位的個(gè)體經(jīng)營(yíng)戶，生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)規(guī)模小，多樣的種植、管理和生產(chǎn)規(guī)模和多變的種植地形、氣候等，制約著工業(yè)大麻機(jī)械化收獲技術(shù)的發(fā)展速度。

（2）基礎(chǔ)性研究落后，工業(yè)大麻生產(chǎn)工藝與機(jī)械化收獲技術(shù)聯(lián)動(dòng)性差

工業(yè)大麻收獲機(jī)械已發(fā)展多年，但工業(yè)大麻收獲機(jī)械的基礎(chǔ)研究、植物-機(jī)械相互作用機(jī)理和共性技術(shù)研究欠缺；科研院所和企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新機(jī)制尚未形成，對(duì)國(guó)外現(xiàn)有技術(shù)的依賴比較嚴(yán)重，具有自主產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新技術(shù)缺乏，從而造成中國(guó)工業(yè)大麻收獲裝備技術(shù)水平低。雖然現(xiàn)有收獲環(huán)節(jié)均有機(jī)型覆蓋，但各作業(yè)環(huán)節(jié)裝備形式和原理比較單一，可供用戶選擇性極小，而不同種植地域和生產(chǎn)規(guī)模對(duì)機(jī)械裝備的要求不同，生產(chǎn)工藝與機(jī)械化收獲技術(shù)聯(lián)動(dòng)性差。因此，生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)機(jī)型選擇困難、已選機(jī)械裝備適用性低，甚至是“無(wú)機(jī)”可用，降低了工業(yè)大麻生產(chǎn)效率。

（3）工業(yè)大麻機(jī)械化收獲環(huán)節(jié)發(fā)展不均衡，機(jī)械化收獲技術(shù)存在短板

工業(yè)大麻生產(chǎn)機(jī)械已經(jīng)發(fā)展多年，基本覆蓋到耕作、種植、收獲和初加工等各生產(chǎn)領(lǐng)域，但工業(yè)大麻機(jī)械化收獲的各個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)展不均衡。工業(yè)大麻收割環(huán)節(jié)相關(guān)的技術(shù)及裝備發(fā)展相對(duì)成熟，但工業(yè)大麻的花葉收獲、籽粒收獲和莖葉兼收等聯(lián)合收獲技術(shù)方面仍屬于薄弱環(huán)節(jié)，尤其是工業(yè)大麻花葉聯(lián)合收獲技術(shù)自主研發(fā)屬于空白領(lǐng)域，工業(yè)大麻機(jī)械化收獲過(guò)程存在明顯短板，低損高效工業(yè)大麻收獲裝備極其缺乏。

（4）工業(yè)大麻機(jī)械化收獲裝備適用性與可靠性低

工業(yè)大麻種植生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜多樣，黑龍江等地地域遼闊，工業(yè)大麻收獲需要大幅寬聯(lián)合作業(yè)裝備；云南等丘陵地域，工業(yè)大麻收獲需要中小型裝備。從生產(chǎn)需求的角度，各生產(chǎn)應(yīng)用環(huán)節(jié)需求存在多樣性；從技術(shù)角度和企業(yè)經(jīng)營(yíng)來(lái)說(shuō)，小型裝備研發(fā)難度大，生產(chǎn)成本高且收益低。此外，中國(guó)工業(yè)大麻收獲機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模不大，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)力量薄弱，無(wú)法開(kāi)展大型和高尖端工業(yè)大麻收獲設(shè)備自主研發(fā)，從而造成企業(yè)生產(chǎn)的工業(yè)大麻收獲裝備無(wú)法適應(yīng)各地區(qū)的生產(chǎn)要求。雖然中國(guó)工業(yè)大麻收獲裝備的研發(fā)應(yīng)用取得一定成果，但各收獲環(huán)節(jié)的作業(yè)裝備因關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵部件材料等問(wèn)題使其適應(yīng)性和可靠性較低，存在很大的局限性，尚未完全滿足市場(chǎng)的需求，無(wú)法開(kāi)展大面積推廣。

4.2 工業(yè)大麻機(jī)械化生產(chǎn)發(fā)展趨勢(shì)

結(jié)合中國(guó)工業(yè)大麻的生產(chǎn)需求，提出中國(guó)工業(yè)大麻機(jī)械化收獲技術(shù)及裝備的發(fā)展趨勢(shì)和建議。

（1）開(kāi)展農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合技術(shù)研究，打破制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸

開(kāi)展農(nóng)機(jī)農(nóng)藝深度融合，采用壟作、條播，廂面種植，適合收獲機(jī)械下田作業(yè)；培育新品種，實(shí)現(xiàn)纖用工業(yè)大麻的矮化密植和花葉藥用工業(yè)大麻的對(duì)行標(biāo)準(zhǔn)化種植，利于機(jī)械化收獲；制定適合機(jī)械化收獲的種植模式。加強(qiáng)基礎(chǔ)農(nóng)田建設(shè)，擴(kuò)大單塊區(qū)域種植面積，利于機(jī)械化生產(chǎn)；建立工業(yè)大麻機(jī)械化生產(chǎn)的示范點(diǎn)，用典型引帶生產(chǎn)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

（2）爭(zhēng)取政策扶持，加強(qiáng)國(guó)際合作

多與政府和龍頭企業(yè)溝通，完善并加強(qiáng)生產(chǎn)監(jiān)管制度，擴(kuò)大種植和生產(chǎn)規(guī)模，爭(zhēng)取加大支持政策和扶持力度，支持工業(yè)大麻收獲技術(shù)與裝備的研發(fā)，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)大麻生產(chǎn)全程機(jī)械化進(jìn)程。加強(qiáng)與歐美等工業(yè)大麻收獲技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)交流，進(jìn)一步就工業(yè)大麻收割收獲技術(shù)、纖維剝制成套設(shè)備等方面開(kāi)展合作研究與技術(shù)交流，加強(qiáng)國(guó)際合作。

（3）建立完整的工業(yè)大麻機(jī)械化收獲技術(shù)體系

中國(guó)工業(yè)大麻種植地域，包括平原、丘陵和山地等，地形復(fù)雜，不同工業(yè)大麻種植地域其種植區(qū)域田塊面積差異性極大，應(yīng)依據(jù)不同種植區(qū)域的生產(chǎn)環(huán)境，結(jié)合不同區(qū)域生產(chǎn)條件和現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)大型工業(yè)大麻收獲機(jī)械和丘陵山地高效輕便型收獲機(jī)械并存發(fā)展，發(fā)展完善的工業(yè)大麻機(jī)械化收獲技術(shù)體系，解決工業(yè)大麻機(jī)械化收獲環(huán)節(jié)的短板；提高工業(yè)大麻機(jī)械化生產(chǎn)管理水平，加快工業(yè)大麻機(jī)械化生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

（4）填補(bǔ)工業(yè)大麻收獲機(jī)械研發(fā)空白，加強(qiáng)弱勢(shì)技術(shù)及裝備的研發(fā)

根據(jù)生產(chǎn)和市場(chǎng)的需求，填補(bǔ)中國(guó)工業(yè)大麻收獲機(jī)械研發(fā)空白領(lǐng)域，開(kāi)展工業(yè)大麻花葉聯(lián)合收獲技術(shù)研究，同時(shí)開(kāi)發(fā)花葉纖維兼收雙切割收獲技術(shù)，以滿足東北地區(qū)工業(yè)大麻規(guī)?；l(fā)展對(duì)收獲裝備的需求；重點(diǎn)攻克工業(yè)大麻莖稈籽粒聯(lián)合收獲技術(shù)、種子收獲技術(shù)。突破纖用工業(yè)大麻分段收獲技術(shù)，與現(xiàn)有的翻曬技術(shù)和撿拾打捆技術(shù)集成研發(fā)，實(shí)現(xiàn)纖用工業(yè)大麻收獲全程機(jī)械化生產(chǎn)。

（5）實(shí)現(xiàn)工業(yè)大麻收獲機(jī)械集成化、智能化發(fā)展

通過(guò)多學(xué)科交叉融合研發(fā)，提高作業(yè)機(jī)械的適應(yīng)性和生產(chǎn)效率，減少作業(yè)損失，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和作業(yè)成本，突破工業(yè)大麻機(jī)械化收獲集成作業(yè)和智能化操作控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)大麻收獲作業(yè)裝備的集成化、智能化發(fā)展。