我国饲用苎麻青贮加工技术与加工机械研究现状及发展趋势

■刘佳杰 龙超海 马 兰 何宏彬 吕江南

(中国农业科学院麻类研究所，湖南长沙 410205)

近年来，我国畜牧业快速发展，饲料原料缺口持续加大。2015年我国畜牧业产值占农业总产值比重由2010年的30%上升为36%[1]，据全国饲料工业办公室估算，到2020年我国所需的能量饲料和蛋白质饲料均有较大缺口，其中蛋白质饲料缺口达4 800万吨[2]。饲料用缺口的加大，饲料用粮的持续增加，对我国人口口粮安全及畜牧业的发展构成巨大威胁。青贮饲料是一种优质的饲料资源，对我国饲料原料的短缺是一个很好的补充，它具有口感好、易消化、营养丰富、耐储藏等优点，对于减少大豆、玉米和小麦等饲料粮用量、发展节粮型畜牧业、促进种植业和养殖业良性循环发展具有重要意义。

苎麻俗称“中国草”，是我国传统特色经济作物，在我国长江流域及以南地区广泛种植。目前我国是世界上最大的苎麻生产国，种植面积和总产量均占世界的90%以上[3]。饲用苎麻生物产量高，每年可收割 8～10次，每公顷可产鲜茎叶达150 000 kg，相当于18 t干料[4]，苎麻青贮饲料加工技术开始在我国南方地区推广应用。苎麻含有的蛋白质、赖氨酸、类胡萝卜素、核黄素和钙等营养物质，是一种非常理想的植物蛋白质的饲料作物[4]，其营养成分高于其他牧草。从长远来看，苎麻青贮饲料在我国南方地区大有可为，开发前景广阔。

饲用苎麻生物量大、营养丰富，但其加工工序多、劳动强度大、收获季节短（过早或过晚收获都会造成营养成分的损失），青贮苎麻的加工对收获加工机械的工作性能和作业效率有很高的要求。由于苎麻是韧皮纤维作物，其茎秆与叶片中含有大量的纤维，麻骨结构致密硬度较大，这对苎麻青贮饲料收获加工机械提出了更高更严的要求。目前苎麻青贮饲料加工产业刚刚起步，在苎麻青贮饲料加工过程中，目前尚无相配套专门加工机械设备。

1 苎麻青贮加工工艺技术

青贮饲料是通过将青绿饲料切碎后，在密闭缺氧的条件下，通过厌氧乳酸菌的发酵作用，抑制各种杂菌的繁殖，而得到的一种粗饲料[5]。不同的原料，青贮原理基本相同，不同的原料、不同地域，青贮加工工艺不尽相同。目前生产中，苎麻青贮加工主要分为4道工序，收获备料—调制—装填打捆—裹包密封，如图1所示。

图1 苎麻青贮加工工艺流程

1.1 收获备料

收获备料是苎麻青贮加工工艺的第一道工序，苎麻嫩茎叶收割后，经日晒或风干使其含水量降至70%左右，铡成3～5 cm的碎段，湿度应在65%～75%之间[6]，如湿度不足，可在原料中加少量水拌匀后青贮；如湿度过大，可将原料适当晾晒后再青贮。为了降解苎麻青贮时嫩茎叶的水分，防止青贮发酵过程中由于水分太大造成升温过高产生能量损失，可在青贮时添加此干稻草等物料以吸收部分水分。

1.2 调制

调制是第二工序，青贮过程的实质通过微生物（主要是乳酸菌）的厌氧发酵，使原料中所含的糖分转化为有机酸（主要是乳酸）。一般情况下，在最佳收割期收割的苎麻，其含水率常常超过80%，水分过高时，会破坏乳酸菌发酵所需的条件。要获得优质苎麻青贮饲料，必须控制青贮原料中的水分、糖分、氧含量等各项指标，获得有利发酵条件。

①加糖法：用制糖工业的废糖料，含有糖分55%～60%[7]，与苎麻青贮原料混合，提高苎麻青贮含糖率，可收到良好的效果。

②青贮原料混合法：用禾草、牧草、玉米秸秆与饲料苎麻按适当比例混合青贮，可吸收苎麻青贮中的水分。

③青贮添加剂：在原料中加入青贮添加剂。可以促进乳酸发酵，防止不良发酵或二次发酵[8]，提高营养价值。

1.3 装填打捆

装填打捆是第三工序，切碎的原料不可在室外晾晒过久，最好随切随装。采用青贮打捆机将混合后的苎麻青贮混合物打包成捆，便于运输和长期保存。

1.4 裹包密封

裹包密封是最后一道工序，将打捆好的苎麻青贮，用拉膜裹包机密封处理，形成一个厌氧环境。处于该密封厌氧条件下，经3～6个星期自引发酵，最终完成乳酸菌自然发酵的生物化学过程，获得理想苎麻青贮饲料。

2 苎麻青贮饲料加工机械设备发展现状

2.1 国内外青贮机械发展现状简述

一些欧美发达国家，如法国、美国、德国等对青贮饲料收获技术与关键装备的研究起步早。早在上世纪80年代，欧洲等国着手培育了青贮饲料专用的玉米品种，并进行了大量种植。目前，这些国家在青贮饲料加工机械方面已经形成了系列成套产品，基本实现全程机械化生产作业。国外的青贮饲料加工设备技术先进、自动化程度高、行走速度快、油耗低、收获效率高和驾驶环境舒适，且机器割台多种多样，可满足不同作物不同地区的生产作业需求。它们的大型联合收获机械一般具有自动磨刀、自动润滑、自动对行及金属探测等功能。国内对青贮技术及收获加工装备的研究起步晚，基础相对薄弱。国内青贮机械的发展主要经历了两个阶段，第一阶段从国外引进各种机型，直接使用。第二阶段在吸收国外先进技术基础上，结合我国农业自身特点和市场需求，自主设计了各种青贮加工机械。总的来说，我国青贮机械装备种类较全，可供使用的机型丰富，但产品同质化严重，可靠性低，自动化水平不高，特别是研发能力和原始创新能力不足。

2.2 苎麻青贮加工机械

苎麻本身是一种韧皮纤维作物，主要用作高档纺织原料，由于其嫩茎叶粗蛋白含量高也是一种优质饲料资源。近10多年来，中国农业科学院麻类研究所开展苎麻青贮饲料研究（简称“麻改饲”）已经取得较大进展，并得到农业领导的重视。在“麻改饲”的大背景下，我国南方苎麻青贮饲料发展十分迅速，但相配套的苎麻青贮加工设备滞后，这制约了苎麻青贮饲料的发展道路。苎麻青贮加工机械，按照苎麻青贮加工工艺的需求，主要包含收获机械、切碎机和打包机。

2.2.1 收获机械

在苎麻收获环节，能使用的机器较少，现有大多采用手工收获。2009年起，农业部南京农业机械化研究所着手苎麻收割机的研究工作，针对国内苎麻种植特点，研制了一种4LMZ-160履带式苎麻收割机，履带式苎麻联合收割机主要由履带式底盘、扶禾装置、分禾器、自动升降割台机架、割刀传动装置、纵向强制输送装置、横向输送机构、集秆箱、液压系统和电气控制系统部分组成[9]，如图2所示。目前已完成了样机的试制与测试工作，该机器使用双动刀割台，已能基本实现苎麻的田间收获，收割后的麻杆被横向输送装置中夹持链运输至集秆箱的过程中，工作稳定性有所欠缺，未能投入生产实际大规模应用。

图2 4LMZ-160苎麻联合收割机

2.2.2 切碎机

切碎机又称侧草机，主要的作用是切碎青贮原料茎秆。青贮切碎机技术门槛相对低，产品种类繁多，根据《2013-2014年国家支持推广的农业机械产品目录》记录在册就有67款机型[10]。在苎麻青贮的切碎打包环节，主要使用现有的玉米或牧草切碎机。按照工作原理来分类，切碎部件结构形式可分为滚刀式和轮刀式两种形式，如图3、图4所示。滚刀式切碎机结构简单、功耗低、切碎效率高。小型切碎机采用滚刀式居多，轮刀式切碎机结构相对复杂，其内部结构含有抛送叶片，当茎秆被高速旋转的刀片切断后，被切断的碎片经抛送叶片的离心力作用下，抛送出箱体。但轮刀式切碎机在加工过程中，很难将茎秆的茎节破碎[11]，一定程度上影响了动物的采食率,大中型切碎机为了便于抛送切碎后的青贮料，一般都为轮刀式。

图3 滚刀式切碎机工作原理

图4 轮刀式切碎机工作原理

2.2.3 打捆机

打捆机的主要作用是将切碎机切碎后的茎秆，进行高密度压实打捆。一般整个打捆过程的完成，需要完成喂入、成捆、捆绳、系捆、卸捆这5个动作，其结构包含传动系统、喂入机构、成捆室、捆绳机构、液压系统、系捆系统等。按照打捆形状来分，打捆机可以分为圆捆打捆机和方捆打捆机，圆捆打捆机加工按照打捆原理来分类，又可分为内缠绕式和外缠绕式两种，内缠绕式以长胶带式为主，外缠绕式以短胶带式和钢辊式两类为主[12]。目前，国内应用的小型圆捆打捆机主要采用的是钢辊式。钢辊式打捆机体积小，自动化程度高，不同款式机型工作原理基本相同。目前苎麻茎秆切碎后主要应用小型钢辊式打捆机，其加工过程如图5所示。

3 苎麻青贮加工机械存在的问题

图5 圆捆打捆机加工过程

苎麻青贮的发展刚起步，尚无相配套的专门加工设备。现行苎麻青贮加工中，使用玉米或者牧草青贮加工机械设备加工苎麻饲料存在以下问题：一是机具不适应，切碎机的刀具在工作一段时间后易被苎麻茎叶中的纤维缠绕，使机具不能正常工作；二是打包机在工作时，由于苎麻茎秆粗壮、麻骨硬度大，切割、压缩困难，打包不密实容易造成青贮霉变；三是基础研究少，相关数据缺失。青贮饲料品质的好坏与诸多因素有关，苎麻青贮的切碎长度、装填速度及包裹压实程度等都是影响苎麻青贮饲料品质的重要因素，目前国内外学者对苎麻青贮加工技术与加工机械领域研究甚少。

4 发展苎麻青贮饲料的有关建议

随着我国畜牧业的快速发展及青贮产业化进程的推进，青贮机械的战略地位越来越重要，其技术水平的高低及机具质量的优劣直接影响产业的发展。针对我国饲用苎麻青贮产业的发展现状，开展饲用苎麻青贮加工技术及装备集成的研究，是当前苎麻青贮饲料生产迫切需要解决的重点技术问题，意义重大、势在必行。笔者建议从以下几个方面开展研究：

4.1 开展苎麻青贮加工相关基础应用研究

青贮饲料品质的好坏与诸多因素有关。青贮苎麻的品种、收获时间、温度、含水率、切碎长度、装填速度及包裹压实程度等都是影响苎麻青贮饲料品质的重要因素[13]。因此开展饲用苎麻青贮加工相关基础应用研究是获得优质苎麻青贮饲料的必由之路。

4.2 开展高效苎麻青贮加工设备关键技术研究

针对麻类作物富含大量强韧纤维特点，开展全自动防缠绕苎麻青贮切碎机。针对麻类青贮材料自身特点，开展苎麻青贮打包设备关键技术研究。使麻类青贮生物发酵充分，减少青贮损失率，提高苎麻青贮利用率。

4.3 开展智能化麻类青贮联合收获机研究

在以上研究基础上，研究智能化麻类青贮联合收获机，能够直接从田间完成饲用苎麻鲜茎的收获、切碎、揉搓、抛送一条龙作业过程，从而从根本上解决饲用苎麻青贮加工问题。