中小型桑蠶養殖機械研究進展

程方平 趙幫泰 張巍 楊昌敏 王義鵬 郭曦

摘 要： 栽桑養蠶歷史悠久，養蠶工藝古老而傳統。隨著經濟和社會的發展，養蠶作為勞動密集型農業急需輕簡化、機械化、自動化和智能化等多層級養蠶技術和裝備。針對養蠶各生產環節和作業要求，介紹了桑蠶養殖機械研究現狀和特點，總結了中小型桑蠶養殖機械應用中存在問題，展望了桑蠶養殖機械研究發展趨勢。

關鍵詞：桑蠶養殖機械；桑葉；家蠶；除沙；上簇；飼育

中圖分類號：S887 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1795（2024）01-0015-06

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2024.01.002

0 引言

栽桑養蠶在我國具有5 000 多年的悠久歷史，是我國古老而傳統的農業產業，為我國農業經濟發展作出了重要貢獻[1-2]。1970 年以來，我國蠶桑種植面積和桑蠶生絲生產量均穩居世界首位，解決農業勞動力就業的同時創造了大量的物質財富，栽桑養蠶對促進養蠶農民增收和鄉村振興具有重要意義[3-4]。

2006 年商務部實施“東桑西移”工程以來，蠶桑產業得到各級政府高度重視和大力支持，在蠶桑產業基地建設和人才培訓等方面得到許多政策和資金支持，我國蠶桑產業再次得到持續穩定的發展，在世界上始終保持領先地位[5-6]。

家蠶飼養是栽桑養蠶的重要組成部分，也是蠶桑產業中勞動強度較大和用工需求較多的環節。隨著經濟社會發展和農村勞動力轉移，養蠶作為勞動密集型農業生產，急需發展機械化養殖，降低勞動強度，提高生產效率，促進蠶桑產業持續健康發展。本研究從桑葉采摘后養蠶開始，介紹切桑機械、給桑機械、消毒機械、除沙機械、上簇機械及飼育聯合作業機械的研究現狀，對我國養蠶機械的發展前景和趨勢加以展望，并結合我國生產現狀指出未來養蠶機械的發展方向。

1 必要性

蠶桑業作為傳統農業，在我國得到了長足發展[7]。在農村剩余勞動力較豐富的早期，養蠶以小農戶養殖為主，基本靠手工作業進行養殖，養蠶機械的研發和應用需求較少。蠶作為一種低等動物，生長發育易受環境影響，對機械設備和養蠶工藝要求較高，因此我國的養蠶機械在蠶業技術體系中一直是薄弱環節。

由于農村勞動力短缺、勞動成本提高，勞動量大、作業環節多的養蠶從業人員逐漸減少并趨于老齡化，傳統的養殖方式難以吸引相關從業人員。隨著桑蠶養殖集中和規?；l展，省力化、輕簡化、機械化和智能化的養蠶機械需要大力發展，這對蠶桑產業的適度規模生產、增強蠶業競爭力意義重大[8]。

桑蠶養殖環節，人工切桑不僅效率低，并且手易磨損起泡、疲勞、危險；大蠶養殖環節，給桑量大，人工飼喂時間長；消毒環節，特別是撒粉消毒，作業環境比較惡劣，對作業人員身體傷害較大；除沙環節，由于作業煩瑣，勞動量大，部分養殖戶放棄除沙，直接影響養殖效果；上簇環節，需要大量人員集中作業，人員緊缺；飼育作業環節，急需機械化和智能化作業設備，保障蠶繭產量和質量。發展中小型養蠶機械對蠶業生產非常必要[9]。

2 研究現狀

2.1 切桑機械

在小蠶和中蠶飼育期間，蠶的軀體較小，口器較為嬌弱，移動距離和對桑葉的感知距離均較小。目前人工飼料飼養仍在探索試驗階段， 家蠶需要按照DB51/T 849－2008《桑蠶小蠶共育技術規程》切桑后飼喂[10-11]。規?；曫B一般需要配置切桑機，結構如圖1 所示，不同切桑機的切片數量及效率與人工作業相比如表1 所示[12]。

隨著養蠶規模經營與小蠶共育規模擴大，人工切桑效率難以滿足生產，相關研究人員研制了多種切桑機。梁培生等[13] 針對常見切桑機切葉存在擠壓和揉搓的情況，研制了一種反向式切桑機，通過齒形刀與長條形定刀對桑葉進行橫向切割成條形，隨著齒形刀的繼續推送，與反向旋轉的圓刀片組將桑葉切割成方塊形。反向旋轉形成較大的相對速度，有利于輕、薄、軟的桑葉切割，改善切割質量的同時提高了效率，經過工作參數的優化，可達人工切桑效率的12 倍。

針對小齡期飼喂桑葉比較鮮嫩的特點，為盡量保持桑葉的新鮮度和營養成分，梁培生等[14] 利用滑切原理設計了圓弧刀式切桑機，動、定刀片均采用弧形曲線，動、定刀片閉合形成包角并利用動、定刀軸偏心距產生滑切，減少對桑葉的切割力，也提高了生產率，可達人工切桑效率的13 倍。

孟凡光[15] 從桑葉幾何形狀、桑葉物理機械性能（抗拉、抗剪、抗彎）、桑葉機械損傷機理等出發，在梁培生等[13] 研制的齒形排刀和圓刀片組反向式旋轉切?；A上進行了單因素和正交試驗參數的優化和設計，進一步改善了切桑質量和效率，為切桑機的研制提供了理論參考和借鑒。

2.2 給桑機械

給桑機械如圖2 所示，主要應用在稚蠶飼育聯合作業和大蠶飼育給桑，切桑后的桑葉飼喂主要用于小蠶階段。李林波等[16] 針對小蠶共育給桑機，研制出單滾筒直接出料、多組滾筒出料、料倉傳送帶翻葉出料，以及在料倉內安裝翻料輥、出料輥及勻料毛刷等4 代樣機，解決了桑葉出料卡滯和出料不均勻的問題。

大蠶階段采用全葉飼喂，給桑量較大，所食桑葉占整個蠶期的80%。未切割的桑葉是扁平狀，桑葉送料過程中流動性差，極易成堆[17]。如給桑不均勻，蠶易聚集，相互抓傷或患病的概率大大增加，嚴重影響蠶繭產量及質量。

針對桑葉易堆集的問題，儀隴縣升雄農作物種植農民專業合作社[18-19] 發明了一種滾桶式給桑機，在給桑機存葉倉內的攪拌機構能夠將桑葉攪勻后再進行喂料，提高了給桑均勻性，但是攪拌機構容易損傷桑葉；該合作社還設計了一種負壓式小蠶給桑機，通過負壓吸附桑葉，大大減少了桑葉損壞，能保證一次性吸附轉移桑葉量的均勻性，但成本相對較高，生產效率有待進一步提高。

2.3 消毒機械

消毒是養蠶過程中必不可少的環節，是預防蠶病大面積爆發的重要手段，養蠶生產中需要進行蠶前、蠶期和蠶后多次消毒，消毒效果直接影響蠶繭產量和養殖收益[20-21]。由于化學消毒劑使用方便、便宜、使用效果好，養蠶過程中常用化學消毒劑進行消毒，主要有含氯消毒劑、甲醛消毒劑、石灰、硫磺和季銨鹽類消毒劑等，常用化學消毒劑如表2 所示[22]。

根據消毒對象和藥劑不同，養蠶消毒環節有浸漬消毒、熏煙消毒、噴霧消毒和撒粉消毒多種消毒方式。浸漬和熏煙消毒一般沒有采用消毒機械，而噴霧消毒和撒粉消毒采用人工作業對身體傷害較大、作業效率較低，急需機械消毒作業。電動撒粉機如圖3 所示。

針對人工撒粉消毒效率低、勞動強度大等問題，李文學等[23] 研制出利用離心風機對空氣產生吸力，吸粉并與空氣混合后噴出的噴粉機，這種噴粉機結構簡單，實現了均勻高效噴粉消毒，但是該機噴粉量固定，不能根據生產需要調節。梁培生等[24] 同樣采用離心風機設計了便攜式蠶座噴粉消毒機，藥粉與風機氣流混合后吹出，相比人工撒粉，消毒粉劑均勻連續。為適應不同消毒粉劑類型和噴粉濃度要求，在噴藥機底部出料口增加了刮板和粉量調節閥門，不僅噴粉量易于調節，還提高了作業質量，也節約了消毒粉劑。

噴粉消毒機雖然提高了效率，但是在作業過程中氣流噴撒極易產生粉塵。張劍飛等[25] 研制了一種自走式滾筒撒粉消毒機，通過滾筒帶動石灰粉從梳齒空隙處勻速落下，沒有風機氣流，作業過程基本沒有粉塵產生，改善了作業環境。自走式噴粉消毒機比較適合在規?；笮Q蠶臺育和地蠶育條件的撒粉消毒，對蠶房、蠶臺空間位置有一定要求。

2.4 除沙機械

除沙是將蠶座上的蠶糞便、殘余桑葉、桑葉柄等雜物去除，以便為蠶提供健康、清潔和干燥的環境，減少蠶病發生。傳統人工除沙是將蠶從蠶箔中轉移到操作臺，去除蠶沙后再將蠶轉移至原來的蠶箔，這種方式作業效率較低、勞動強度大，容易損傷蠶體。

胡光榮等[26] 利用蠶自主移動到桑葉取食的習性，設計了升降式除沙裝置，包括固定飼養層、活動飼養層和升降裝置，在活動層投放桑葉，蠶向活動層轉移后升高，固定層除沙。除沙后在固定層投放桑葉，蠶向固定層轉移后提升活動層完成一次除沙和飼養復位作業，大大提高了除沙效率。這種除沙方式仍然存在部分蠶留在蠶沙上，需要人工輔助捉取，僅依賴蠶的遷移習性，除沙機械開發難度較大，還有待進一步研究。

2.5 上簇機械

上簇是蠶成熟的時候，讓蠶到簇具上吐絲結繭的過程。以前多為小戶散養，有采用人工捉蠶上簇，也有自然上簇、條桑珍落上簇、網孔上簇。隨著規?；B殖和機械化發展，上簇環節也逐步研究和應用了上簇機械。

在生產實踐的摸索發展中，蠶農逐步接受和選擇了方格簇自動上簇技術。應用較多的上簇架主要有承架式和懸架式兩種裝置，其中懸架式在空間和用途拓展方面較為靈活。郭慶輝等[27] 研制了一種電動升降懸架式方格簇上簇裝置，通過鋼絲繩、滑輪、電機及輔助裝置實現方格簇輕松快速升降，大大降低了勞動強度。這種裝置只在蠶上簇后進行升降，相對一個養蠶季來說，使用率較低，推廣應用難度較大。

2.6 飼育聯合機械

飼育聯合作業機械如圖4 所示，可以實現上料、給桑和消毒等多個作業工序的聯合作業，大大提高生產效率。養蠶達到一定規模后，特別是企業化經營的發展，飼育聯合作業的需求得到進一步增強，相關科研院所對飼育聯合設備進行了研究攻關。

王義鵬等[28] 研制了一種垂直旋轉大蠶飼育設備，在一臺設備上可完成蠶臺自動定位取盤操作，配合自動撒粉機實現撒粉消毒、給桑機進行給桑環節的機械化作業，具有較強的拓展性。多套垂直旋轉大蠶飼育設備還可組合作業，實現工廠化流水式生產，大大提高了生產效率。在后續研發中，進一步集成了環境控制、養殖信息過程管理等功能，為工廠化、智能化養蠶提供了新選擇[29]。

在小蠶飼育階段，養殖較為集中單一、桑葉比較細小均勻，同時對環境溫濕度調節的要求也較高，為小蠶共育智能化飼養提供了條件和需求。何光贊等[30]采用雙螺旋閉環運轉方式設計了智能型自動化小蠶飼育機，包括內外兩個循環，內環自下而上盤旋上升、外環自上而下盤旋下降，當蠶座循環到外環底層的時候進行消毒、加網、添桑葉和除沙等作業。這種首尾內外相連的循環方式集中度高，但對設備可靠性要求較高，一旦某個環節出現故障將導致整個設備停機，并且在內循環中的蠶無法進行后續飼喂。

龐家柳[31] 研制的小蠶共育喂育機，可以集中進行進料、拆簸、飼喂、碼簸和出料等作業，能夠實現小蠶的集中飼喂功能，但缺乏對小蠶進行消毒的作業條件。四川省農業科學院蠶業研究所[32] 采用鏈條傳動方式實現機架升降、水平移送及控制功能，在傳送段上實現消毒飼喂作業。黃尚勇等[33] 按照工廠化流水線式的理念設計并研制了一種自動化小蠶共育生產線，可以實現桑葉切割、飼喂、撒粉消毒等作業，可以靈活布局，為小蠶共育戶提供了可定制的方案。在智能化飼育方面，湯自強[34]引入計算機視覺技術，通過對蠶座位置的識別實現精準給桑、對給桑厚度的判別實現給桑均勻性的監測、對蠶生理狀態的判別實現給桑量的調控，為小蠶的科學規范飼育提供了新的技術支撐。

3 存在問題

由于經濟發展和農業比較效益較低，農業從業者的逐步減少和老齡化，急需從輕簡化、機械化、自動化和智能化等多層級提供養蠶技術和裝備，供不同養殖規模的蠶農和合作社選擇。蠶農選擇時也需要從自身條件從發，綜合考慮省力程度、工效、性價比。蠶的養殖環節多、農藝要求較高，養蠶機械研發和應用難度較大。

3.1 設備防腐要求高

當前的養殖農藝需要在整個飼養前、中、后進行多次全方位消毒，使用的消毒劑，特別是含氯消毒劑對金屬材料、線路、傳感器具有較強的腐蝕性，要求設備具有較高的防腐性能，對于機架進行防腐相對容易，對于鏈條、軸承、電機及各種傳感器防腐較難，嚴重制約了各種裝備的使用壽命和可靠性，也增加了蠶農的使用成本。

3.2 人工輔助工作多

養蠶涉及環節較多，大部分環節仍需人工介入輔助，機械設備在一定程度降低了勞動強度。相比其他農業養殖，輔助作業工作量仍然較多。除了小蠶共育集成度和機械化程度相對較高外，大蠶飼養中人工成本居高不下。特別是多層蠶架飼養方式，大部分作業都是人工完成。

3.3 層次多樣，智能化程度低

目前養蠶基本實現了集中養殖，特別是小蠶共育已經相當普遍，標準化程度較高，大大促進了機械化和智能化養殖的發展。但是在大蠶養殖環節，大部分蠶農僅進行了輕簡化養殖，主要以人工養殖為主，即使部分規?；B殖戶實現了機械化，但是養殖中的智能化程度仍然較低。

4 發展趨勢

近年來，養蠶規?；l展和逐步聚集生產格局的形成，使養蠶機械的需求更加迫切，隨著蠶飼料化、工廠化養殖研究的推進，養蠶機械將迎來新的發展機遇。針對現有問題，在養蠶機械的研究和發展中應注意以下問題。

4.1 加強防腐與消毒有機結合

在養蠶設備中，即使采用了不銹鋼和防護塑膠，但是嚙合的齒輪鏈條及傳感器仍然是防腐的短板。消毒劑中含氯是造成設備腐蝕的首要因素，在做好設備防腐的同時，盡量避免使用含氯消毒劑或者采用其他物理消毒方式進行替代。

4.2 加強養殖機械與養蠶工藝融合

與其他農業生產一樣，農機農藝融合是開展相關技術與裝備研發的首要條件。養蠶涉及環節和養殖工藝沿襲至人工養蠶，由于養蠶的飼喂和消毒要求較高，很多環節需要人工介入。養殖機械開發需要與養蠶工藝緊密結合，在保障蠶正常生長的條件下，養蠶工藝也需要進行適當調整和優化，研發飼料化、工廠化的技術模式，以利于標準化生產工藝形成和機械化設備開發。

4.3 提升養蠶設備智能化水平

智能化是現代農業發展的必然要求。當前養蠶產量和質量主要取決于養殖人員的經驗、養殖人員飼養水平及精心照料時間，養蠶收益帶來較大的波動和不確定性。特別是養蠶的溫濕度調控、桑葉投喂情況、蠶生理活動情況，需要引入更多智能監測和智能決策技術，提高養蠶設備的智能化水平，提高養蠶產量和質量。

5 結束語

我國是世界蠶絲業的發源地， 擁有 5 000 多年的栽桑養蠶歷史，但我國蠶桑生產依然呈現勞動、土地密集型特征，對自然條件依賴度高；生產規?；?、機械化、工廠化推進緩慢，至今仍以傳統小農家庭模式為主，生產經營規模較小。

隨著我國農業勞動力快速減量化、老齡化，蠶桑機械化是蠶桑產業可持續發展的必由之路。因受區域環境等因素影響，各地養殖模式及工藝差別較大，很難有統一的模式及標準。各地結合實際情況，研發了機械化養蠶設備并進行了示范應用，因受養蠶工藝復雜多樣的影響，都存在不同的問題。目前養蠶機械主要以省力化的中小型機械為主，基本每個生產環節均需要人工輔助完成，機械化生產仍需不斷優化提升，雖然現階段很難全面實現機械化養蠶，但是未來的發展方向必然是機械化、自動化和智能化。