食用菌机械低碳化可行性分析

摘要：针对生态环境条件下食用菌机械低碳化可行性的问题，总结分析了我国食用菌机械低碳化的现状，从食用菌机械低碳化设计开发角度，提出从采用先进的机械设计开发工具、选择低碳材料等方法来设计开发绿色环保机械设备，以降低能耗、加强机械设备的回收循环利用；并从食用菌机械生产环境的低碳化改造角度，论述了食用菌机械低碳化的可行性。实践证明，在当前国家低碳环保的绿色发展理念下，只有不断探索改革，才能推进食用菌机械的低碳化可持续发展。

关键词：食用菌；生态经济；机械；低碳；节能；环保

近年来，食用菌产业已经成为了我国农业发展的重要组成部分，属于国家重点支持和发展的朝阳产业。在一些地区，食用菌的栽培和加工，已经成为了农民脱贫增收的重要手段。但由于条件的限制，一方面，在食用菌的栽培和加工等环节，自动化生产和机械化加工的水平还很低，手工操作还占有相当大的比例，这与我国食用菌产业大国的地位并不相符；另一方面，随着食用菌产能的扩大，整个产业的格局也在不断发生变化，随着国家对环境保护和生态建设方面的管控越来越严格，食用菌生产加工过程中的环境保护问题也越来越突出[1]。如何使食用菌整个产业在这一历史转型的时期跟上国家发展的脚步，践行绿色发展、低碳环保的发展理念，用先进的自动化、机械化生产技术和设备来提升工作效率，是关系到新农村经济发展和可持续发展重大问题[2]。

1我国食用菌机械低碳化的现状

目前，我国食用菌机械设备的专业生产企业有上百家，如位于“中国香菇之乡”随州市的隆兴食用菌机械设备有限公司、湖北菇人自动化机械有限公司、内黄县昌兴生物机械设备有限公司等。这些食用菌机械设备的生产厂家，都致力于食用菌机械加工设备的自动化、智能化产品的研发，具有自主产权的高水平、智能化的食用菌机械设备产品已被广泛应用，涵盖了食用菌的栽培、加工、拌料、装袋、扎口、灭菌、接种、烘干等成套自动化生产设备。这些先进设备和生产线，具有生产效率高、能耗小、低碳环保等特点，许多设备还加入了AI人工智能等最新的智能化技术，以满足食用菌工厂化栽培、加工和生产的要求，是新一代食用菌机械设备的代表[3-4]。工厂化生产也体现了食用菌机械化发展的最新成果，如图1。图1所示为“灰树花”工厂化栽培。自动化作业、机电一体化的控制系统可以实现食用菌的复种指数、产品的标准化和规模化生产。相比传统的农户家庭式生产，生产效率和产品品质都有了极大的提升。更重要的是，食用菌工厂化的生产可以降低能源消耗，以最小的成本获得最大效益，智能化的温度、湿度控制、LED光源的使用等都体现了现代农业节水、节电的低碳环保理念。同时，立体栽培、全自动流水线的工厂化生产，从整体上节约了土地占用率，降低了社会资源的占有率，标准化的食用菌产品更代表了绿色、有机环保的生态农产品。1.1食用菌机械低碳化的意义。食用菌生产加工过程的机械化和自动化，也是践行低碳环保发展理念，降低食用菌的栽培和加工等各个环节的生产成本、减少能耗，从而响应国家节能环保生态发展的号召；用先进的机械化流水线代替人工，用先进的制造工艺实现食用菌机械自身的低碳化、环保化设计，从而减少社会资源浪费、降低企业成本和原材料投入，这也是一种低碳环保发展的具体体现[5]。食用菌产业本身就带有一定的生态环保性，食用菌作为一种微生物起主导作用的生产方式，与其它动植物很容易形成一个和谐共存的生态循环，食用菌利用废弃的秸秆、木屑作为生产菌棒的主要材料，降低了这些废物焚烧带来的空气污染；猪、牛、羊等牲畜的粪便是食用菌良好的生长营养来源；而食用菌生长通过微生物分解出的菌糠和菌蛋白，成为了牲畜的饲料和农作物的肥料。在这一过程中食用菌充当了农业循环经济中的关键环节，对生态发展和农业可持续发展起到了积极的作用。1.2食用菌绿色产品为机械企业带来环境和经济效益。食用菌产品是一个绿色环保的产品，而带有绿色、生态、有机、环保等字样的产品，在市场竞争中可以获得更多的优势。由于食用菌产品在加工生产过程中要符合绿色产品的生产理念，因此会在相应的加工生产机械上提出低碳化的要求，而机械产品生产企业也需要满足用户要求，在零部件、机构、动力输出等各个环节，采用低碳化设计方案，减少能源消耗，提高机械生产中的污染防治和能源利用率，进而取得产品成本领先优势，这种优势集中体现在企业环境保护方面的领先。事实上，适当的环境管制和产品设计，有利于促进企业经济创新，提高资源生产力，从而能提高企业的生产效率和竞争力。同时，在国家大力加强环境保护力度的大环境下，也可以有效降低企业可能受到的环境保护的惩罚，树立良好的企业社会形象。借助食用菌机械化生产中的绿色产品打造，主动从战略上加强机械产品的生态环保设计，是一种主动的环境战略。通过环境管理，企业能减少能耗，节约资源，降低成本，减少污染物排放的相关税费和罚款费用，消除绿色贸易壁垒，拓展国际市场，得到相关方的支持，取得财政收益，提高企业管理水平等等，最终转化为企业的经济效益[6-7]。食用菌机械生产企业通过持续创新、学习等活动加强企业的科技实力。可以采用生态设计、清洁生产、环保投资预算等措施，保障产品成本在可控的范围内。需要指出的是，企业的环境收益往往有一定的滞后性，在企业环境成本发生的初期所取得的环境收益可能少于支出，但是环境成本投入必将对企业的长远经济效益产生重大的影响。企业在进行环境成本投资决策、控制和分析考核时，不能只关注短期经济效益，还要看长期的经济效益与环保效果，从而最终形成企业环境效益和经济效益共赢的发展格局。

2食用菌机械低碳化设计开发

2.1采用先进的机械设计开发工具，设计开发绿色环保机械设备机械设计的优劣直接决定了机械的性能和产品质量。在国家向着低碳节约、绿色环保型经济社会发展的今天，机械设计领域也需要跟上绿色环保的发展步伐，在设计阶段就践行绿色产品设计的理念，采用先进的计算机技术模拟仿真和系统分析技术进行设计，以节约开发成本、将低碳设计理念贯穿到食用菌设计领域。目前最流行的先进机械工程设计软件有AutodeskMoldFlowAdviser、AutoCAD、SolidWorks等，它们一般都能够提供整套机械设计方案，并在加工制造前对设计方案进行模拟评估以及优化处理，减少潜在的设计失误，缩短产品的开发周期，降低开发成本。如SolidWorks可以进行装配设计，参照已有的零件生成新的零件，不论设计用“自顶而下”方法还是“自底而上”的方法进行装配设计。这种设计开发工具，可以大大提高机械零件的重复利用率，为客户提供了处理复杂零件和复杂制造循环的能力。在食用菌机械设计阶段就体现出了绿色产品设计的理念，即产品应具有节能环保、易回收、可重复利用等性质，从机械零件设计的重复设计和循环设计方式来说，就是对最终产品的一种再次利用，其它工业设计的机械零件，在食用菌专用设备制造时，可以加以利用；对更新换代的机械零件或者已经废旧零件的再设计、回收，体现了一种社会资源的再利用和再分配，节约了整个社会的资源和能源成本，体现了低碳环保的设计理念。2.2选择低碳材料降低能耗。在食用菌机械低碳化设计中，采用低碳材料进行设备制造是一种有效的方法，即采用一些可再生材料和无公害的材料来实现节能减排的目的。如在食用菌机械上采用的照明材料，可以选择使用LED灯等节能照明材料，或者可以通过导光管将室外阳光引入室内为机械生产线进行照明，见图2。如图2所示，为日光导光管照明系统。在食用菌包装机械中，使用可降解塑料等包装材料，这些都是典型的低碳、环保材料，当完成其产品包装功能后，还可以重复利用在其它地方，即使最后抛弃不用，也可以自然降解，这些自然环保的材料，都不会对环境造成二次污染。2.3环保设计为循环利用创造条件。对食用菌机械开展绿色环保型设计，是一个对社会资源进行再利用的过程。需要在食用菌机械的设计中，不断改革创新，体现绿色环保的设计理念。食用菌机械的设计本身也正在逐步体现这一理念，如食用菌粉碎机械，可以将树枝、树叶、木板、木片、下脚料、边角料、废旧木材、废旧木质家具、竹子、秸秆、玉米芯、玉米秆等进行粉碎加工，一次性解决这些废料、绿化垃圾等的处理难题，而且还杜绝了这些垃圾在处理过程中所造成的污染。其最终的产品木屑不仅仅是食用菌菌棒等的原材料，也可以发酵后当作肥料来使用。粉碎机械本身自带环保功能，这此基础上，还可以对其进行设计改进，进一步体现节能环保的功能。如可以通过加装轮胎，让粉碎机具备移动作业的能力，一些小型的粉碎机就可使用人力拖动，不再需要借用吊车等车辆来进行移动，从而节约能耗；同时，这种加装的轮胎采用一种分体式设计，设计可拆卸式连接装置，当粉碎机报废不能使用时，这个轮胎移动装置还可以用于其它机械设备的作业移动，从而达到可回收重复利用的功能。从绿色机械设计的角度来说，一次性设计的产品是不可取的，因为它没有考虑机械设备的长期使用和报废问题，绿色设计应考虑产品的前期制造、使用一直到最后的设备报废、回收和重用等全过程的处置方案，克服传统设计的不足，使食用菌机械产品都具有可回收、可拆卸、可重用的循环利用价值。一般食用菌生产线包括了前期的菌种生产、食用菌瓶栽、袋栽、光照、净化生产等设备；中期的生产加工灭菌、制冷、加热设备以及后期的包装和运输设备等。这些设备的模块化设计理念主要体现在以下方面。各生产线上的设备及部件应尽可能通用，采用小的模块化设计零部件进行简单组装，适合不同食用菌加工生产线的设备需求。如此一方面节约了设计生产成本，另一方面给机械装配和施工带来便捷。模块设计时要尽量多考虑未来生产线升级和发展趋势，提高模块的兼容性和适应性，支持未来的产品升级和更新换代，延长每个模块的生命周期。要考虑整个生产线设备备件和易损件的通用性、可替换性和易得性，尽量少用非标准零件，使用通用型号、统一公差标准等；在维修设备时也尽量使用拆机零件和可替代配件。

3食用菌机械生产环境的低碳化改造

食用菌机械生产环境也是影响能源消耗的重要因素，在食用菌机械加工生产时，会有不同温度、湿度的要求，一方面是为了保证食用菌产品的卫生安全，另外还有整个机械生产线的低能耗、低成本运行的问题。这些都可以通过机械生产环境的低碳化改造来解决。例如食用菌生产厂房的建筑材料低碳化。可以采用环保外墙保温材料，一方面可以给食用菌一个良好的生长温湿度；另一方面，也为机械生产线的正常运行创造了适宜的外部环境；采用厂房屋顶蓄水，夏季就可以利用蒸发带走多余热量，降低太阳辐射热，有效吸收机械设备运行产生的热能；或者通过厂房的立体绿植改造，以绿化植物覆盖建筑物表面，这些绿色植物可以起到节能保温、降温、防水等功能，有效降低厂房建筑能耗和温室气体排放量；厂房门窗采用复合材料节能窗、中空玻璃窗等来降低噪音和光源污染、低碳保温隔热，合理调整厂房生产区的气密性。这些措施都可以有效改善机械生产线及厂房周边的小气候环境，达到节能减排的目的。对于一些食用菌烘干、灭菌和冷却等机械设备，需要有额外的热量来源，如何减少额外的能耗即是低碳环保的要求，也是企业节约成本的关键。可以根据当地的条件，在有地热资源的地区采集地下水等热能供热；在降雨比较多的地区收集雨水综合利用为设备供水、在水资源匮乏的地区为机械设备设计污水可回收装置和节水设备；在阳光照射充足的地方使用光伏、太阳能发电；在风口地区建立风力发电设备，减少机械设备的能源消耗、节约水电资源，而且这些能源都是因地制宜设计的清洁能源，是一种典型的低碳环保的能量来源。

4结论

通过分析当前食用菌机械低碳化的现状的基础上，从食用菌机械低碳化设计开发、低碳化改造论述了其可行性。提出食用菌机械的低碳化对生态环境和经济效益都具有重要的意义，对生态环境和农业可持续发展起到了积极的作用。食用菌机械行业应响应国家节能减排的号召，减少能源和资源消耗；采用低碳材料和先进的设计理念，设计开发绿色环保机械设备；加强食用菌机械零部件回收、循环再利用；对食用菌机械生产环境进行低碳化改造、降低机械的噪音污染。只有多管齐下，才能真正实现我国食用菌机械的低碳化可持续发展。

参考文献：

[1]李秀珍，张云.环境资源约束下中国产业结构低碳化研究———基于中国2015年减排目标预测[J].中央财经大学学报，2013，1（10）：45.

[2]陆明，李江.区域经济与生态环境协调发展研究———以上海闵行区低碳化建设为例[J].生态经济（学术版），2012（2）：124-126.

[3]杨印生，舒坤良.低碳农业机械化与农业机械低碳化[J].农机化研究，2015（2）：12-15.

[4]段毅.矿山机械低碳环保发展模式及关键技术研究[J].中国矿业，2017（2）.

[5]孟宪清,韩柏和,李兴旺.食用菌机械化生产技术推广研究[J].农产品加工，2009（2）：62-63.

[6]吴志珍.加快食用菌机械化生产发展步伐，推进主导产业转型升级[J].现代农机，2012（2）：7-9.

[7]彭卓敏.食用菌机械及其选购使用维修[J].食用菌，1990（6）：44-45.

作者:张静 单位:宁德师范学院