我国饲用苎麻青贮加工机械调研与技术途径研究

刘佳杰，马兰，周韦，龙超海，何宏彬，吕江南

（中国农业科学院麻类研究所，长沙410205）

我国饲用苎麻青贮加工机械调研与技术途径研究

刘佳杰，马兰，周韦，龙超海，何宏彬，吕江南*

（中国农业科学院麻类研究所，长沙410205）

饲用苎麻是一种优质青贮饲料原料，其加工机械水平的高低成为产业发展的关键。文章采取实地调研和查阅资料相结合的方式，梳理了当前我国饲用苎麻青贮加工机械发展现状及存在的问题。总体而言，我国饲用苎麻青贮加工机械种类繁多，但产品重复度高，水平不高，与现代农业发展不适应，故提出制定标准工艺加工流程、融合农机与农艺技术、重视专用饲用苎麻加工机械研发等对策。

饲用苎麻；青贮加工机械；调研；对策

1 调研目的、对象和范围

1.1 调研目的

苎麻俗称“中国草”，是我国传统特色纤维作物之一。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［1］，主要分布在我国长江流域及以南地区。苎麻嫩茎叶中蛋白质含量高、年生物产量大、营养成分合理，是植物蛋白饲料的重要来源。专用饲用苎麻品种，每年可收割8～10次，每公顷可产鲜茎叶达150 t，相当于18 t干料［2］。近年来，由中国农业科学院麻类研究所等单位培育的饲用苎麻品种，作为青贮饲料原料被广泛种植，比较经济效益明显。

饲用苎麻生物量大、青贮加工工序多、收获季节性强、劳动强度大，对加工机械的工作性能和作业效率有很高的要求。苎麻青贮饲料产业起步晚，在目前青贮加工过程中，尚无相配套专门加工机械设备。因此，开展我国饲用苎麻青贮加工机械调研，全面了解市场上青贮加工机械生产机型及其产品特性，对饲用苎麻青贮加工机械的研发及其产业发展具有重要意义。

1.2 调研对象和范围

为做好饲用苎麻青贮加工机械的调研工作，全面了解现行饲用苎麻青贮加工中所使用的各种机型参数及其产品特性，根据苎麻饲料青贮加工工艺要求，主要针对青贮饲料收割机械、青贮切碎揉搓机、青贮打包机进行了重点调研。课题组在做好资料收集的基础上，挑选出具有一定生产规模与效益的生产厂家作为调研对象，2016年7月13～21日重点实地考察了山东曲阜圣泰机械公司、山东省曲阜市远达机械有限公司、山东省乐陵市明堂集团、山东省乐陵市天力集团、山东省乐陵市天马农业机械有限公司、山东省乐陵市铁甲农牧机械、郑州牧昌农业机械设备有限公司这7家企业，通过网上收集资料及电话联系的方式了解广东省中山市赛利智农牧机械设备科技有限公司、益阳资江联合收割机开发有限公司等5家企业（见表1）。考察人员在实地考察过程中，通过观看机器工作情况及与公司技术人员深入探讨交流，基本了解了所生产机器结构组成与工作特性及市场需求情况。

表1 调研青贮加工机械企业Tab.1 Visited enterprises ofmaking silage processingmachine

2 饲用苎麻青贮产业发展现状

2.1 饲用苎麻种植区域分布

由于麻类作物的机械化收获与加工技术落后，劳动强度大；种植分散化，比较经济效益低；再加上受到其他纤维的市场冲击。近年，苎麻种植面积处于历史较低水平。我国是较为严重的草料缺乏国，尤其是南方地区这一情况更为严重。为保证国家畜产业的发展，每年进口苜蓿等干草近200万吨以上［3］，草料缺乏制约着我国奶牛等家畜产业的发展。近几年来，随着饲用苎麻青贮饲料的应用和推广，使得我国南方多省苎麻种植成本降低，经济效益大幅提升，饲用苎麻种植面积逐年增加，主要分布在湖南、湖北、四川、江西等地。

2.2 饲用苎麻品种

在国家麻类产业技术体系资助下，中国农业科学院麻类研究所在苎麻饲料化利用上潜心研究，做了大量的基础研究工作，取得了初步成效。选育的“中饲苎1号”，“中饲苎2号”等品种具有生物产量高、品质好等特点［4］。四川省农作物育种攻关麻棉团队收集了苎麻种质资源600多份，其种类、特异性和完整性居国内领先水平。育成了多个饲料加工专用苎麻新品种，“川饲苎1号”，“川饲苎2号”，“川饲苎6号”鲜产每公顷达到127.41 t，比苎麻、牧草和青贮玉米对照分别增产30%、44%和83%。同时，蛋白质含量超过20%，远高于玉米和饲草［5］。

2.3 饲用苎麻青贮加工工艺

目前生产中，苎麻青贮加工主要分为4道工序，即收获备料—调制—装填打捆—裹包密封。收获备料是饲用苎麻青贮加工工艺的第一道工序，饲用苎麻嫩茎叶收割后，经日晒或风干使其含水量降至70%左右，将其铡成3～5cm的碎段，湿度应在65%～75%［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。为了降低苎麻青贮时嫩茎叶的水分，防止青贮发酵过程中由于水分过量造成升温过高而产生能量损失，可在青贮时适当添加干牧草、稻谷秸秆、小麦秸秆等物料以吸收部分水分。调制是第二工序，青贮过程的实质为通过微生物的厌氧发酵，主要是乳酸菌发酵，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，其含水率常超过80%，水分过高会破坏乳酸菌发酵所需的条件。要获得优质饲用苎麻青贮饲料，必须严格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［7］。装填打捆是第三工序，经切碎后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。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，形成厌氧环境。处于该密封厌氧条件下，经3～6周自引发酵，最终完成乳酸菌自然发酵的生物化学过程，获得理想饲用苎麻青贮饲料［8］。

2.4 经济效益

饲用苎麻生物量大，每年可收割6～8次，产量可达150～180 t／hm2·年，将苎麻鲜茎加工成青贮饲料，价格约为800元／t，是苎麻传统用途种植收入的4倍。采取种养结合的方式，使用苎麻青贮饲料喂牛，可以显著降低饲料成本。以肉牛为例，苎麻青贮料可以替代30%的精料，饲料成本降低3.0元／天·头，一年可降低成本1000元以上，出栏量约为500头的养牛场可节约饲料成本50万元／年。而且由于苎麻喂养肉牛为无公害产品，价格比市场普通饲料喂养高1.0元／kg，无形中提高了肉牛养殖户的经济收入，在解决肉牛养殖企业饲料来源的同时，增强了企业竞争力。因此，饲用苎麻推广前景广阔，市场潜力巨大。

3 青贮加工机械设备研发应用情况

3.1 收获机械

欧美、日本等发达国家收获机械化程度高，已基本上实现了主粮全程机械化作业，随着科学技术的不断进步，国外的收获机械正向着大型化、专业化、智能化方向发展。苎麻是我国传统特色经济作物，国外少有种植，因此国外尚无苎麻机械化收获方面的研究。近年来，我国南方地区饲用苎麻发展快速，收获机械成为饲用苎麻种植业的普遍需求，吸引了国内一些高校、科研院所、企业对此领域展开研究。调研发现，在目前饲用苎麻收获环节中主要有以下几种方式：一是采用人工收割；二是采用现有玉米、油菜等作物联合收获机械进行作业；三是采用了最新研制专用苎麻收割机。现行市场上青贮收获机械种类有几十种之多，按切割台架形式来分主要有两种。这里主要介绍青贮收获机械的两种不同形式割台和一种最新研制的专用饲用苎麻收获机械。

3.1.1 多圆盘塔式青贮收获机械

多圆盘塔式收割台，采用锯齿割刀，可适应各地区种植模式，不受种植作物粗细、株高、行距等限制，对高杆作物收割能力较强，可实现不对行作业，有效降低割茬高度，提高收割效率。其缺点是割台运转时，可能因刀具的回转运动造成堵塞。

图1 多圆盘塔式青贮收获机械Fig.1 Multi disc tower silage harvester

3.1.2 往复式割台青贮收获机械

往复式仿形切割台青贮收获机选用双叶片螺旋推动器，有输送流畅的特点。这种割台具有仿形装置，在不推动液压手柄的情况下，割台仍能够随地势变化小范围上下浮动，有效的保护割刀。其相配套的喂入室由多个辊筒组成，可实现多级滚压，压扁的物料牲畜更喜食。

图2 往复式割台青贮收获机械Fig.2 Reciprocating harvester

3.1.3 4LZ－220型履带自走式苎麻收割机

4LZ－220型履带自走式苎麻收割机由中国农科院麻类研究所、益阳农用收割机厂共同研制。该收割机为履带式行走轮，割幅宽度达到2.2 m，在农田中行走自如，灵活调节收割高度。机器运行时首先进行饲用苎麻的田间收割，再将收割后的茎秆，经夹持传送装置输送至切碎装置，切碎后材料进入到集麻箱中。该机器可实现田间收获与切碎功能，收获工效达到0.267 hm2／h，相比人工收获工效提高10倍以上，适合大规模、平地作业。该机器在试验中发现有以下几个问题有待解决，一是割茬不规整，刀具磨损严重；二是容易出现苎麻纤维缠绕刀具，使机器不能正常工作；三是机器切碎效果不规则，给后续加工带来困难。

图3 4LZ－220型履带自走式苎麻收割机Fig.3 4LZ－220 type crawler ramie harvester

研究青贮收获机械的企业较多，以河南、河北为主，2016年团队成员调研收集了益阳农用收割机厂、甘肃省机械科学研究院以及河南省新乡市银丰青储机制造有限公司等企业研发生产的自走式青贮收获机4款机型，虽不全面，但具有一定代表性。自走式青饲料收获机具有适应性强、生产效率高等特点，市场占有率较高。但是，一般玉米收获机用来收获饲用苎麻存在一些问题，主要体现在物料不适应，因苎麻为纤维作物，其茎叶中的纤维会造成收获机械刀具缠绕，导致机器不能正常工作，这是饲用苎麻收获机设计时应解决的关键问题。

3.2 青贮切碎揉丝机

饲用苎麻青贮加工过程中需要切碎机将收获好的茎秆进行切碎处理。按照工作原理分类，切碎机结构形式可分为滚刀式和轮刀式两种［9］，按照功能分类，切碎机又可分为铡草机和切揉机两种［10］。铡草机只是把原料切成一定长度的碎茎，切揉机即切碎揉丝机可以把原料打碎成一定长度丝状，适口性好，非常适合加工牛、羊等反刍类家畜饲用秸秆。切碎机不同的切碎方式和刀具结构以及物料自身的物理特性差异，对所加工青贮品质有一定影响［11］。为了了解青贮切碎机的工作情况，我们走访了青贮切碎机主产区山东、河南两省多家企业，与企业技术人员进行了广泛交流与深入探讨，并观看了机器现场工作。具体性能参数见表2。

表2 青贮秸秆切碎揉搓机性能参数表Tab.2 Parameters of silage straw cutting and kneadingmachine

表3 青贮秸秆切碎机性能参数表Tab.3 Parameters of silage straw cuttingmachine

调研发现：市场上的切碎机，主要以切碎揉搓机居多，应用较为广泛，而铡草机相对较少。切碎揉搓机的主轴转速大多在2200 r／min左右（除了明堂集团RC1000型秸秆揉搓机的主轴转速只有1000 r／min）。各机型设计参数不相同，其工作效率亦不相同。河南郑州牧昌农业有限公司的铡草机产品类型丰富，9Z系列有11个型号，最低工作效率为0.4～1.0 t／h，最高工作效率可达到25～28 t／h，主要应用于玉米秸秆、稻草等各种农作物秸秆与牧草，适合于大、中、小型养殖场，饲料加工厂，还可以用于造纸与秸秆发电等领域。山东明堂集团RC1000型秸秆揉搓机是能将玉米秸秆进行揉搓、切断的专用设备，揉搓后的玉米秸秆便于打捆青贮，提高发酵分解粗纤维效率，增加营养成份，提高适口性。

3.3 青贮打包包膜机

青贮打包包膜机主要完成饲用苎麻青贮制作过程中打包和包膜工作。打包机质量的好坏不仅决定青贮加工制作工作效率，而且还影响乳酸菌发酵质量及青贮品质。一台好的青贮打包包膜机应该具有易于操作、工作稳定、自动化程度高、打包密度高、包裹密封性好等特点。根据打捆形状来分，青贮打包机主要分为圆捆打包包膜机和方捆打包包膜机。团队走访调研了6家公司，其中山东圣泰机械、山东远达机械、山东明堂集团与山东天马集团以研发生产圆捆包膜机为主，郑州牧场农业有限公司主要生产液压袋式打包机，中山赛利智农牧机械公司研发了裹包青贮全自动生产线。其各产品机型特性见表4。

表4 青贮打捆包膜机械特性参数统计表Tab.4 Parameters of silage balingmachine

从上表中可以看出，调研的几家公司中有4家生产圆捆打包包膜机，只有郑州牧昌农业有限公司生产液压方捆袋式打包机，1家研发了裹包青贮全自动生产线。从市场整体来看，圆捆打包包膜机结构相对简单，体积较小，价格较便宜，操作维修简单，应用居多，方捆打包机所打的草捆密度比圆捆大，运输和存储较为方便，可连续作业，效率较高，但其内部结构复杂，制造成本高，价格高，应用较少。从调研4家生产圆捆包膜机的公司来看，其产品结构大体相同、性能参数相差无几。其中中山赛利智农牧机械公司研发生产的裹包青贮全自动生产线可实现落料—添加乳酸菌—添加精饲料—打捆—裹包全自动运行，在同类产品中具有较强竞争力，但产品售价相对比较昂贵。

4 饲用苎麻青贮加工机械存在的问题

通过实地走访调研，总结出这些企业所生产的青贮饲料加工机械主要有以下几个特点：一是生产规模不大，产品涉及种类繁多，基本上涵盖了整个青贮饲料制作过程中所需要的加工机械，如切碎揉丝机、打捆机、打包包膜机、混料机等。就产品的种类而言，其中以郑州牧昌农业机械有限公司的种类最多，单揉丝机就有10几种之多，而单打包包膜机而言，以明堂集团的规模最大，整个车间摆放数百台机器；二是各企业所生产设备结构原理大体相同，工作方式差别不大，只有个别零部件异同。就青贮圆捆打包包膜一体机而言，所调研的企业有4家，但这4家企业所生产的产品型号只有两种，YK5552圆捆包膜一体机和5050型青贮圆捆打包机；三是各同类型产品之间性能参数相差不大；四是工作的稳定性、可靠性、连续性、自动化欠佳。

现行苎麻青贮生产加工中，使用这些玉米或者牧草青贮加工机械设备加工苎麻青贮饲料，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。

5 饲用苎麻青贮加工机械发展建议

5.1 加强饲用苎麻基础性、系统性研究

饲用苎麻产业发展起步晚，研究基础差，国内科研院所、高等院校及企业等对此领域的研究少。青贮加工机械各零部件结构及设计参数，如切碎方式、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［12］。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。

5.2 攻关加工环节关键技术问题

在饲用苎麻青贮加工工艺环节中，收获难的问题是制约产业发展的关键。在前期调研与试验中发现，无论是使用玉米或牧草青贮收获机械，还是使用专用的饲用苎麻收获机来收获饲用苎麻，都存在收获机械回转件被苎麻纤维缠绕问题，造成加工中断，严重影响加工效率。解决苎麻纤维缠绕刀具及其它回转件、攻关加工环节中关键技术问题，是饲用苎麻青贮加工机械设计重中之重。

5.3 创新融合农艺与农机技术

目前在饲用苎麻产业的研究领域，新品种选育、栽培技术和机械收获与加工研究之间缺乏有机的结合，育种人员着重考虑的方面是优质高产，作物生产的整齐度、植株粗细均匀度以及适合机械化收获的植株大小和高度、纤维分离容易程度等均未作为其育种目标［13］。因此创新融合农艺与农机技术并制订相关标准是产业发展之关键。在技术层面上，实现农艺路线与动力配备的对接、播种量与精量播种机的对接、茎秆加工处理方式与收获机械的对接以及种植行距与收获机行距的对接等。

5.4 开展饲用苎麻青贮智能联合收获机研究

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，极大提高饲用苎麻收获加工效率，减轻劳动强度，从而根本上解决饲用苎麻青贮加工问题。

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Processing Machine Investigation and Countermeasure Analysis of Feeding－ramie Silage in China

LIU Jiajie，MA Lan，ZHOUWei，LONG Chaohai，HE Hongbin，LV Jiangnan*
（Institute of Bast Fiber Crops，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Changsha 410205，China）

Feeding－ramie is one kind of high quality source of silage.It is of significant importance to develop processingmachinery for feeding－ramie silage industry.By means of on－site investigation and consulting data，we summarized the current development situation of feeding－ramie silage processingmachinery，existing problems，and then proposed corresponding countermeasures.In general，silage processingmachinery grew forward with low development level，which could notmeet the requirement of modern agricultural development.Therefore，it is proposed to make standard processing work flow，integrate the agriculturalmachinery with agronomy technology，and design special processing machine for feeding－ramie and other countermeasures.

feeding－ramie；silage processingmachine；on－site investigation；countermeasures

2017年7月麻类纤维及麻制品进出口情况统计资料

2017年8月麻类纤维及麻制品进出口情况统计资料

S563.1

A

1671－3532（2017）05－0264－07

2017－02－23

国家麻类产业技术体系（CARS－19－E21）；中国农业科学院科技创新工程（CAAS－ASTIP－2017－IBFC）

刘佳杰（1986－），男，助理研究员，主要从事农业机械设计。E－mail：teryjiajie＠163.com

*通讯作者：吕江南（1964－），男，研究员，主要从事麻类剥制机械及麻产品加工技术研究。E－mail：yjljn＠sina.com