花椒采摘方法及采摘工具的研究
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导读:花椒为芸香科花椒属落叶小乔木或灌木,其果皮和叶中含有大量的芳香成分和精油,是我国传统的调味料之一,花椒叶富含香精,不仅是高档食品、化妆品及制皂工业的原料,而且其果皮、果梗、种子及根、茎、叶均可入药,具有温中散寒、燥湿杀虫、行气、镇痛、麻醉等功能,具有广阔的药用价值。其主要缺点是采摘时刺易扎手,速度
很慢,工作效率低,高枝果即使搭梯上树也难以采净,故采收率及采净均较低。钢制长柄剪刀,必须双手操作,较笨重,长度不可调整,剪刀头部不能弯曲,可以采摘较高的椒林,对于高林(2.2米以上),还需搭梯上树才能够着,由于剪刀体越长,柄部开合尺寸较大,超过0.5米以后操作极不方便,同样会造成手臂肌肤的扎伤,若搭梯不稳造成摔伤事故就会影响采收安全性。
关键词:花椒,花椒采摘器,采收率,采收安全性,太阳能驱动
引言
花椒为芸香科花椒属落叶小乔木或灌木,其果皮和叶中含有大量的芳香成分和精油,是我国传统的调味料之一,花椒叶富含香精,不仅是高档食品、化妆品及制皂工业的原料,而且其果皮、果梗、种子及根、茎、叶均可入药,具有温中散寒、燥湿杀虫、行气、镇痛、麻醉等功能,具有广阔的药用价值。花椒籽油不仅可制高档的食用油,而且是制漆及表面活性剂的主要原料之一。花椒的枝杆又是根雕的极好材料。花椒加工的副产品,既是高密度的添充材料,又可作饲料、肥料等。花椒浑身都是宝,因此,深受国人喜爱,具有较高的经济价值、生态价值和广阔的市场前景,是我国目前经济效益最好的优秀生态经济树种。
花椒原产于我国,亚洲的许多国家先后引种栽培,目前在日本、韩国、朝鲜、印度、马来西亚、尼泊尔、菲律宾等国均有分布,其中以日本和韩国的栽培面积较大,加工技术较领先。我国除了东北和内蒙古地区以外,其他各个地区均有分布,大多数处于散生和野生的状态,喜温凉气候及肥沃湿润的钙质土,多栽于避风向阳处,酸性土、中性土也能生长。花椒繁殖容易,栽种简便、生长快,结果早、结果年限长,栽培条件要求不严,在山坡、河滩、房前屋后等地均可栽培,立地条件相对较差。我国花椒的主产区在四川、陕西、甘肃、河南、河北、山西和山东等省,各个产区的栽培面积均超过13.5万平方公里。由于其经济效益可观,其种植面积正在以每年约30%的速度扩大。
目前对花椒研究较多、应用较广、投入较大的是日本和韩国。日本将花椒作为一种调味料和药用植物进行研究开发,包括有苗木繁殖、优良品系的选择、田间管理、产品开发应用等。韩国一直将花椒作为食用和药用植物,研究范围主要是选育无果穗、果粒大、无刺的优良品系。我国虽然是花椒的原产国,但投入的研究不太多。目前研究的主要方向是围绕花椒优良品种的培育及花椒病害的预防,关于花椒采收、加工方面的研究相对较少。本文针对我国花椒产业链中采收困难的突出环节,分析和探讨目前国内外各种采收方法和采收工具的研发及使用现状,对设计和开发采收效率更高的新型采收工具具有很好的现实指导意义。
1. 国内外花椒采摘方法现状及分析
花椒为单性结实,椒树栽植后第3年开花结果,5年~6年进入盛果期,20年 ~ 25年以后开始衰老,其寿命长达40多年。树冠一般高3 m ~7 m,果实小且成熟后极易崩裂,果穗簇生于较短的果柄上,干、枝均具皮刺,叶柄及小叶也均生有小刺,采收非常困难。影响花椒丰产的主要因素是花芽、叶片和树冠。这些生物学特征也是制约花椒采收、加工的关键因素。目前国内外主要采收方法有以下几种:
(1)化学药剂喷洒法
据国外资料报道,这种方法是将化学药剂喷洒于果实上,使果实与树枝在2天内发生分离,然后人工捡拾果实。此方法的主要优点是高效、方便且避免了花椒果柄、树枝、皮刺扎手等难题,缺点是捡拾工作量太大,捡净率低。遇上雨天,未捡果易生霉、腐烂,严重影响产品品质。另外,未成熟果、叶片也同时脱落,损失较大,严重影响椒树采果后期的光合作用和能量贮存,直接影响来年的产椒量,因此该方法试用了3次后就被禁用。
(2)高枝剪切法
此法是利用普通高枝剪将果实从树枝上剪切下来,掉落在地上,然后人工捡果。此方法较方法1的先进之处是,人工捡拾果穗时,捡果量相对减少,可做到先熟先采,不熟的不采。但因剪刀笨重,操作时剪枝人员工作强度大,生产效率较低,椒树的叶片、花芽也易被剪掉,这是俄罗斯采摘沙棘果实的方法,被我国科研人员改用于花椒采收,该方法在试用中因还需人工捡拾果实,剪刀长度不可调整,更高的枝条还需搭梯上树而使得椒农不够满意。 (3)机械振动法 据韩国资料显示,该法是用一种大型的机械手夹住树枝的基部进行振摇,以此将花椒从椒树上抖落下来,然后人工捡拾。此方法的优点是生产效率高,适用于种植面积大,并有一定的株、行距的椒园。但操作时,机械手会损伤树干,同时抖落掉部分花芽和树叶,对椒种的生长和来年的产量影响较大。我
国椒树多分布于干旱贫瘠的山坡和房前屋后,立地条件特殊,大型机械到不了树下,故不适用。
(4)负压虹吸法
此法只适用于较平坦的大型园林,能将产生较强负压的大型动力机械用农用车开进林区,利用吸管对准成熟果枝,将果实吸入储果箱中。其优点是效率高,但同时会将花芽及嫩叶吸掉,影响来年产果量,耗能较大,不适用于我国大部分丘陵、山坡、河滩及房前屋后椒果的采收。
(5)手工采摘法
此方法是目前国内外最主要的采收方法,它可做到先熟的先采,后熟的后采。其主要缺点是采摘时刺易扎手,速度很慢,工作效率低,高枝果即使搭梯上树也难以采净,故采收率及采净均较低。
(1) 普通剪刀
适用于新花椒林即1.5米以下矮林的采收,操作轻巧、方便,但因树枝上有刺,容易扎伤手臂肌肤,采净率高,但劳动效率低,采收人员费时费工,采收成本增高。
(2) 长柄剪刀
钢制长柄剪刀,必须双手操作,较笨重,长度不可调整,剪刀头部不能弯曲,可以采摘较高的椒林,对于高林(2.2米以上),还需搭梯上树才能够着,由于剪刀体越长,柄部开合尺寸较大, 超过0.5米以后操作极不方便,同样会造成手臂肌肤的扎伤,若搭梯不稳造成摔伤事故就会影响采收安全性。
(3) 手套式采摘器
其专利号为:02114519,发明人是陕西省韩城市新城区太史路东段启明花椒研究所闫启全同志,该产品由切摘刀片、操作壳和护手布三部分组成,需要塑胶注塑、冲压、连接成形等工艺流程,部件需要分别制作,再依次将部件安装于膜具之中,最后用塑胶注塑使整体连接成产品。能大幅度提高矮林的花椒采摘工效和花椒质量,但不适用于高林。
(4) 电动花椒采摘器
如图1所示,其专利号为:CN97208396.0, 发明人是陕西通明科技有限责任公司的宁杰和张建祥同志。该产品由外壳、剪刀、连杆、减速装置和电动机共同组成,电动机的转动通过连杆使转动变成动刀片的摆动,与定刀片共同完成剪断花椒果实的柄。该采摘器大大减轻了劳动强度,提高了工作效率,在电源不方便的情况下,可用电池替代电源,只适用于矮林。
(5) 锯片式花椒采摘器
如图2所示,它 由电动机和减速齿轮系统组成,体积小,操作者一只手刚好能握住,圆形锯片垂直于微型电动机及壳体的轴线,锯割效率很高,但需要电源,若操作不小心,对锯刀附近的枝叶伤害较大,也有可能严重伤害采收者的手指,只适用于矮林的采摘。
图1图2
(6)新型高枝花椒采摘器
由于上述各种采摘方法和工具都各有利弊,制约着我国花椒产业的发展。因此,加强花椒采摘器的研究与开发,对提高花椒采收率及经济效益,加快花椒产业的发展速度,有着重要而深远的意义。笔者经过了两年多的研究试制,设计开发出一种新型高枝花椒采摘器,于2007年获得国家专利授权,最近又在此基础上对结构作了改进,如图3所示。 该采摘器的结构特点为:在支撑杆头部、安装了一把特制的小剪刀,两剪刀刃在回位弹簧的作用下处于常开状态,支撑杆下端安装的拇指环和杠杆指环、相当于一把大剪刀的手柄,小剪刀活动手柄和杠杆指环的摇臂用钢丝绳连接,构成二级杠杆传力结构。剪刀头下方安装的集椒袋口钢环连在钢丝绳的另一端,剪切时,集椒袋口钢环被钢丝绳拉起来处于剪刀刃下方,刚好使减掉的花椒果落入其中,完成剪切后,钢丝绳松弛,集椒袋口钢环自然下垂,使操作者能够观察到剪刀头,继续寻找下一棵花椒果柄。这种新型花椒采摘器的主要优点是:能大幅减少人工捡果量、不需耗电,节能、无污染,可避免椒农搭梯上树,保证树皮不受伤害、对椒树来年产果量影响较小、有效提高采收安全性、采收率和采收速度。从产品结构上来说,该花椒采摘器结构简单,重量轻,携带、操作都很方便,加工制造非常容易,造价低廉,维修简单方便,广大椒农容易接受,是一种既有利于椒农提高劳动效率,减轻劳动强度,从而提高
花椒种植积极性和劳动生产效益,又能为生产厂家带来利润的图3
双赢产品。由于我国花椒种植面积非常广阔,发展速度也很快,其产品具有良好的推广、 应用前景。但只适用于中等高枝。 3. 国内外花椒采摘器研发趋势的探讨 目前,国内外在花椒采摘方法和采摘工具的研究方面,还没有非常理想的方法和工具,特别是缺乏能够适用于各种不同种植条件和不同生长期的花椒采摘系列工具的研发。笔者通过几年的研究,认为设计和开发花椒采摘工具应该注意以下几个方面的问题:
/> (1)、尽量减少对椒树生长和来年产量的影响,即尽可能的减少擦伤树皮、碰掉树叶和花芽;
(2)、尽量减少拣果量,以保证果实质量,减轻劳动工作量;
(3)、为防止花椒刺扎伤和挂伤采收者手臂,应采取防护措施,尽可能使采收者的手臂和身体不进入带刺的树枝丛中;
(4)、对于分布在丘陵山坡地带的花椒林,因地面凹凸不平,搭梯上树很容易造成摔伤事故,也容易造成对树皮的伤害,因此,应采用操作臂长短可调节的花椒采摘器;
(5)、对于大面积平坦椒林,应尽量使种植行距整齐,便于农用机动车运载大、中型动力设备进入椒林以实现机械化采摘;
(6)、花椒果成熟期较长,为保证质量,应该做到先熟先采、后熟后采,又因花椒果实很小,每棵树采收时间相对较长,林园较大时,供电困难。即使解决了供电问题,与采收其它大果相比,其耗电量也很大,不符合节能要求。因此,最好能用节能装置或新能源装置驱动的电动工具,以提高采收效率。
综上所述,国内外花椒采收方法和工具的研发趋势就非常明确了。
4. 太阳能电池驱动的电动采摘工具的研发
近年来太阳能应用技术在各个行业均得到了长足的发展。如果能够开发出一款太阳能电池[！],用它趋动一个微型电动机带动剪切机构实现对花椒果和其它各种果树(如核桃、板栗、橄榄、橘柑、青枣、琵琶以及桃、李、苹果、梨、樱桃等等)果实的采摘,不论高枝、矮枝、丘陵山坡或平原,只要有太阳,都能够实施采摘操作。这样的采摘工具一定会备受农民靓睐,该设备要求体积较小、重量较轻,能折叠,农民背的动,或用传统的单轮手推车推上,移动方便,采收效率高,无污染,无公害,符合可持续发展的社会主义新农村建设方针,无疑会给新能源开发领域增加一朵奇葩,对新能源在农业生产领域的应用也一定会起到积极的推广、促进作用。笔者近年也正在致力于该产品的研究开发,希望更多的有学之士能够发挥自己的聪明才智,积极设计、研发此类新产品,在体现自己人生价值的同时为人类果林事业做出贡献。
5. 结语:
本文论述了花椒的主要功用和国内外花椒种植现状,分析、比较了各种花椒采摘方法的利弊,对现有的几种花椒采摘工具的适用范围和优缺点进行了讨论,提出了研发一种利用太阳能电池驱动的新型节能系列花椒采摘工具,并指出这种工具可广泛应用于采摘其它各种果树果实的良好的适用性。对人类果林采收行业新型采果工具及设备的研发有积极的指导及推动意义