中国马铃薯茎叶利用处理现状及相关机械化技术发展

中国马铃薯茎叶利用处理现状及相关机械化技术发展
摘要:针对近年来中国马铃薯种植面积不断扩大所带来的普遍存在的马铃薯收获后茎叶处理问题,在查阅文献､实地调研的基础上,总结了中国马铃薯茎叶当前的利用､处理现状及相关机械化技术,分析了其中存在的问题,提出了中国马铃薯茎叶的处理利用应与农业机械化技术相结合的建议,意在为中国马铃薯产业发展专用设备的研发及农村新型生物质能源的利用提供借鉴与参考｡
关键词:马铃薯茎叶;利用;处理;机械化技术
近年来,由于受到马铃薯食用消费需求和工业加工需求强劲增长势头的激励以及政府政策的有力支持,中国马铃薯种植形势喜人,面积和产量增长迅速[1-4]｡2008年,全国马铃薯种植面积超过467万hm2,已成为解决粮食问题以及农民增收的一个重要途径[5]｡
针对马铃薯大量种植的现状,解决马铃薯收获前的茎叶利用处理问题无疑是至关重要的｡目前,我国大部分地区种植户对马铃薯茎叶一般都是弃之不用或者焚烧｡研究表明,每千克马铃薯茎叶含有0.12个饲料单位,可消化蛋白质20~40 g,胡萝卜素80 mg,干物质含量可达到18.4%,粗蛋白质含量占干物质的16.2%,粗纤维含量占干物质的20.8%,粗脂肪含量占干物质的 1.8%,钙含量占干物质的 1.39%,磷含量占干物质的0.14%[6,7]｡由此可知,马铃薯茎叶中含有对人类有用的物质,具有再利用开发价值[8]｡对马铃薯茎叶的弃之不用或者焚烧都会造成极大的生物质能源浪费,不符合我国农业可持续发展的要求｡
1中国马铃薯茎叶的利用处理现状
1.1马铃薯茎叶有效成分提取
茄尼醇是一种很重要的医药中间体,可用作合成维生素K的原料,还可作为某些抗过敏药物､抗溃疡药物､降血脂药物和抗癌药物的合成原料,其主要存在于马铃薯等茄科植物茎叶中[9]｡陆占国等[10]报道了从马铃薯茎叶中能够提取和提纯重要化学原料茄尼醇;李伟等[11]发现利用超声波辅助-溶剂萃取法从马铃薯茎叶提取获得的精油具有消除亚硝酸钠活性的作用｡
1.2马铃薯茎叶的青贮
青贮是指在密封条件下,使青绿饲料在相当长的时间内保持其质量相对不变的一种保鲜技术｡在国内对于马铃薯茎叶饲用的研究较少,由于它本身存在的一些限制性因素导致其可利用性有限｡马铃薯茎叶存在龙葵素含量高､适口性差､含糖少､水分重､难于保存等缺点,长期以来未能得到充分利用,丢弃甚多,造成浪费｡偶尔有用者,多将其鲜品切细晒干或风干备用｡马铃薯茎叶经干制后营养损失大,霉菌滋生,适口性更差[12]｡
韩俊清[12]从1990年起便开始探索马铃薯叶的青贮技术,通过参考国内外有关饲料青贮的研究成果,根据青贮原理进行试验｡结果表明,马铃薯茎叶的营养成分明显高于许多青贮植物的茎叶,有较高的营养价值｡2005年白云峰等[13]经过研究发现马铃薯茎叶如贮藏或调制不当,营养价值会受到很大的限制,干喂营养成分易丢失,而对马铃薯茎叶进行青贮,能有效保存其营养成分｡2009年徐亚姣[8]通过选用不同生物制剂对马铃薯茎叶青贮品质的影响进行了试验,得出了马铃薯茎叶青贮的最佳技术方案,即马铃薯茎叶含水量为75%,添加的生物制剂为乳酸菌和酶制剂的混合制剂｡
2中国马铃薯茎叶的机械化利用处理技术
目前我国仅在中小型马铃薯种植和收获机方面有所突破,对马铃薯茎叶的利用处理机械化机具研发才刚刚起步,均以马铃薯杀秧机､马铃薯茎叶切碎机为主｡对于其他功用机械相关报道并不多见[5]｡下面对我国已有成熟的马铃薯茎叶利用处理机械化技术机具性能进行总结阐述｡
马铃薯机械杀秧可使马铃薯块茎的表皮充分木栓化,与茎秧分离更加容易,表皮老化可显著减少收获､运输和贮藏中的机械损伤;没有化学药剂除秧带来的环境污染;能够提高马铃薯收获效率,保证商品薯品质[2];茎秆还田后可保持土壤肥力等诸多优点｡因此,我国诸多农机企业､科研院所率先进行了设计研发｡
中机美诺科技股份有限公司研发的与马铃薯收获机配套使用的1804型马铃薯杀秧机如图1[5]｡该机以三点悬挂方式与动力机挂接,配套动力66~88 kW,作业幅宽3 600 mm,该机携带6种刀片共92把,作业留茬高度100 mm,机具作业速度为4~10 km/h,生产效率为1.1~1.5 hm2/h｡1804型马铃薯杀秧机整机结构配置合理,设计新颖,茎秧粉碎效果好,有效解决了马铃薯机械收获过程中茎蔓缠绕机器工作部件的问题,减少了收获机功率消耗,提高了收获机作业效率,为推广马铃薯机械化收获技术提供了辅助新机型｡
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黑龙江省农业机械工程科学研究院根据马铃薯产业发展要求成功研制的新型4JYQ-2型马铃薯茎叶切碎机如图3[14]｡该机采用了横轴旋转,立式甩刀结构,一次作业可以完成茎叶切割､切碎还田等多项作业,适宜于垄作种植的马铃薯茎叶切碎,为马铃薯产业的发展提供了一种优质高效的马铃薯收获设备｡
甘肃农业大学工学院针对马铃薯在联合收获时收获机抖动链出现的茎秆缠绕､阻塞等问题,为克服现有马铃薯联合收获机茎秆分离装置分离效果不理想,适应性差,结构复杂､庞大,中小型马铃薯联合收获机难以采用等缺点,设计了一种薯类联合收获机除秧装置如图4[15,16]｡该装置能有效分离茎秆､杂草及地膜,并能够强制摘下块茎｡该机作业性能良好,作业时可将分离的马铃薯茎秆均匀抛散在收获田间,但仍需人工捡拾｡
3中国马铃薯茎叶利用处理存在的问题
1)在马铃薯茎叶有效成分提取方面,相关文献均是从大田采集少许马铃薯茎秆
进行相关提取试验,但如若将此项技术应用于田间大量的马铃薯茎秆相关化学原料的提取,发展成为一种产业,则田间马铃薯茎秆的收获方式问题必然显得尤为突出,依靠人工收获,作业效率低下｡
2)在马铃薯茎叶的青贮方面,虽已有将马铃薯茎秆切碎配施生物制剂,进行青贮发酵,制备牲畜饲料的处理方式和相关报道,但其全部工序几乎都依靠人工作业｡马铃薯茎秆柔韧性好,要将其手工分段切碎､添加菌剂进行青贮饲料制作,作业强度大,费时费力,经济效益不明显｡
3)在马铃薯茎叶利用处理的相关机械化技术方面,无论是我国已有的马铃薯杀秧机､切碎机,还是安装在马铃薯联合收获机上的除秧装置,均是将田间秸秆粉碎或切割成碎段,将其作为生物质绿肥还田,提高了土壤有机质含量,避免了化学药剂除秧带来的环境污染｡马铃薯杀秧机､切碎机的作业机理与秸秆还田机类似,但没有见到国内关于马铃薯茎叶机械还田后,对其还田腐解效果及是否对下茬作物种植时播种机开沟器等机具部件产生缠绕､阻塞的相关研究与评价[17]｡
4中国马铃薯茎叶利用处理研究方向
随着我国马铃薯产业的不断发展,马铃薯茎叶的利用处理强度会越来越大,依靠普通的人工捡拾､回收方法,经济成本高,作业效率低｡因此,必须借助于农业机械化技术,实现对我国马铃薯茎叶资源的处理利用｡
1)有关马铃薯茎秆回收机､回收装置的研发｡研发具有马铃薯茎秆回收功能的相关机具,可实现在马铃薯收获前或马铃薯联合收获机作业时对其茎秆的高效率回收,以便于后续饲料深加工或相应化学原料提取｡
2)有关马铃薯茎秆青贮饲料收获机的研发｡研发可一次性完成马铃薯茎秆回收､切碎､配施生物制剂等工序的作业机具,收获的茎秆无需处理,直接入库,待密封发酵成熟后作为牲畜青贮饲料｡
3)走生物技术与农机相结合的道路｡马铃薯茎秆还田机械化能够改变茎秆的物理性状,但需要较长时间才能较彻底腐解｡因此,在应用马铃薯杀秧机､切碎机及除秧装置将马铃薯茎秆机械还田的同时,采用相应生物腐熟菌剂来加速马铃薯茎秆腐解,克服秸秆机械还田只能从物理性状上改变秸秆结构,而不能从根本上快速腐解秸秆的弱点[18,19]｡
5结语
马铃薯作为我国促进粮食生产发展的优势作物,今后将向扩大种植面积､增加产量的方向发展｡为解决马铃薯在收获时大量茎叶滞留､回收利用处理强度大的问题,必须将马铃薯茎叶的利用处理与农业机械化技术相结合;研发作业性能良好､效率高的马铃薯茎秆还田､青贮､回收等机具,以满足我国马铃薯产业发展及生物质能源利用的要求｡
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