丙烷教育与研究委员会协助开发发动机驱动的土壤蒸汽清洗机。
史蒂文·芬尼莫尔手持一台丙烷蒸汽喷洒器的遥控器，该喷洒器采用他研发的一种工艺，可以减少或消除新鲜农产品田间化学熏蒸的使用。它还可以帮助减少生菜等作物的人工除草工作。（图片：PERC）为了保护草莓等特色作物的健康，种植者会在种植前几周向土壤中注入化学物质。这种熏蒸剂可以消灭线虫、杂草种子和其他可能导致幼苗死亡或受损的病原体。
这其中牵涉到真金白银。加州草莓委员会表示，2023年加州种植户收获了近2.2亿托盘草莓。加州草莓产量占全美总产量的90%，是该州第四大最有价值的农作物——据蒙特雷县农场局统计，2023年仅蒙特雷县的草莓收入就超过9.03791亿美元。
大多数美国人制作沙拉时使用的食材都产自蒙特雷县萨利纳斯山谷的农场。草莓是该县最有价值的农作物，叶用莴苣和球生菜分别位列第二和第三。
甲基溴曾是一种常用的熏蒸剂。2005年加利福尼亚州禁止在农作物中使用甲基溴后，研究人员和种植者找到了其他化学品的替代品，并培育出了能够抵抗某些病虫害的新品种。
然而，过去二十年来，公众对在新鲜果蔬田中使用任何化学品的担忧始终未减。正因如此，史蒂文·芬尼莫尔（Steven Fennimore）开发了田间蒸汽喷洒器，有望减少甚至消除化学熏蒸的使用。他常驻加利福尼亚州萨利纳斯市，是加州大学戴维斯分校的合作推广教授，自1997年以来一直致力于杂草管理的研究。
使用牵引式农具进行的大量测试表明，该理念非常适合草莓、生菜、胡萝卜和卷心菜等高价值作物。据报道，它能清除约90%的一年生杂草，与标准除草剂处理相比，除草时间缩短了73%。蒸汽还能抑制真菌、病害和线虫。最近，芬尼莫尔的研发成果是一款发动机驱动的机器，可在播种前向苗床喷洒蒸汽。
“我在萨利纳斯研究熏蒸剂替代品已经20年了，萨利纳斯是草莓产区的核心地带，”芬尼莫尔说。“虽然有机草莓不用熏蒸，但其他所有草莓和新鲜农产品都要熏蒸。它们是整个体系的关键环节，但熏蒸剂非常不受欢迎。迟早有一天，我们将无法再使用任何熏蒸剂。我们的工作也集中在有机蔬菜上，因为人们对有机农场非常感兴趣，而有机农场的种植者面临着高昂的人工除草成本。”
丙烷动力土壤蒸汽机在播种前将苗床加热至约160华氏度（约71摄氏度），持续约20分钟。（图片：PERC）去田野
使用定制的牵引式农具进行的测试，促成了自走式土壤蒸汽机的开发，该蒸汽机于 2 月份在加州世界农业博览会的西部丙烷气体协会展位上推出。
“我正在和一位来自亚利桑那州的研究人员合作，他们的田地边缘非常狭窄，”芬尼莫尔说。“在亚利桑那州和加利福尼亚州，蔬菜种植户为了保持盈利面临着巨大压力，因此，随着他们努力尽可能多地利用土地，田地边缘的通行权范围不断缩小。我们必须能够让机器掉头。由于土地资源宝贵，我们改用了履带式蒸汽收割机。”
为了将概念变为现实，芬尼莫尔联系了当地工程顾问彼得·德·格鲁特，他毕生致力于开发专业农业机械。这台机器由位于萨利纳斯的设备制造商Valley Fabrication公司生产，该公司为新鲜果蔬行业制造了各种独特的机械设备。安德森工业发动机公司通过其位于加州莫德斯托的分公司提供了一台90马力的久保田发动机。该机器的静液压驱动系统有助于其保持处理整片田地所需的低速运转。
为了产生蒸汽，芬尼莫尔在研究初期就选择了丙烷作为燃料。在自推进式土壤蒸汽船上，丙烷既为发动机提供燃料，也为锅炉提供燃料。自2020年以来，他一直与丙烷教育与研究委员会（PERC）合作。
“丙烷本身就是现代农业的绝佳选择——它能在不降低效率的前提下自然减少排放——但这项新技术对于有机和更可持续的食品生产而言，无疑是一项颠覆性的变革，”PERC农业业务发展总监迈克尔·纽兰德表示。“有了这套土壤蒸汽装置，种植者既能保持作物产量达到最佳水平，确保生产成功，又能满足消费者和监管机构对降低排放和减少化学品依赖的要求。这可谓是双赢之举。”
这台土壤蒸汽清洗机由位于加州萨利纳斯的Valley Fabrication公司制造，采用丙烷燃料锅炉和久保田发动机。（图片：PERC）通过拨款门户网站
总部位于弗吉尼亚州的PERC是一家非营利组织，致力于投资新型丙烷动力应用的研究和开发项目。该组织由丙烷零售商资助，为从事相关研究或将丙烷动力设备推向市场的个人提供资助。PERC和Fennimore正是通过该组织的资助平台正式开始合作的。
纽兰德说：“我们和他一直保持着长期的合作关系，我们非常欣赏他的技术。我认为这是清洁食品运动中一个非常棒的故事，我们很高兴能与他合作开发这台新机器。它结合了蒸汽和丙烷这两种人们非常熟悉的物质，并以一种非常独特且高效的方式加以利用。”
一切都是真实的
芬尼莫尔早期的研究帮助确定了蒸汽的合适温度以及蒸汽作用于土壤以有效控制杂草和害虫所需的持续时间。在开发自走式土壤蒸汽机时，预测每英亩所需的燃料和水量需要大量的工作。
“因为他用的是丙烷来驱动发动机和蒸汽，所以有很多变量，比如注入深度，”纽兰德说。“注入越深，需要加热的土壤体积就越大。直到我和芬尼莫尔博士交流之后，我才意识到一天中不同时间的影响。因为土壤在夜间会冷却，所以需要将低温土壤提升到指定温度的温差比下午要大得多。下午阳光照射下土壤温度升高，机器就可以更快地在地面上运行，因为不需要将土壤温度提升那么高。这真是一个有趣的过程。”
蒸汽处理过程本质上是对土壤进行巴氏杀菌。当土壤蒸汽机在田间缓慢行驶时，锅炉将水加热至约300华氏度（约149摄氏度），产生干燥蒸汽，并通过内置于整地机的各个喷嘴持续注入土壤。这些喷嘴可根据不同作物的需求进行配置。（图片：PERC）该过程本质上是对土壤进行巴氏杀菌。当土壤蒸汽机缓慢穿过田地时，锅炉将水加热至约300华氏度（约149摄氏度），产生干燥蒸汽，并通过床面整形器上的各个喷嘴持续注入。沿着苗床长度方向的一条狭窄土壤带被加热至约160华氏度（约71摄氏度），并保持15至20分钟。蒸汽作用于土壤表层一到两英寸（约2.5至5厘米），这是杂草种子萌发的关键区域。
土壤蒸汽机每英亩的用水量与灌溉系统相当。“我们车上携带的水足够运行一小时，”芬尼莫尔说，“燃料也足够运行大约五个小时。如果是丙烷，我们会开到田地尽头停下来加注。但对于水，我们可以进行所谓的‘空中加油’，实际上就是‘空中浇水’。我们用拖拉机牵引一个水箱，水箱的轮距与犁沟对齐。拖拉机开到蒸汽机旁边，三分钟内就能加满车载水箱。提高效率是增加每日处理面积的关键。”
这款履带式蒸汽清扫机已在加利福尼亚州和亚利桑那州的生菜和胡萝卜田中进行了测试。现在，芬尼莫尔和Valley Fabrication团队正在建造第二台专为草莓苗床设计的自走式机器。草莓苗床的高度可达14英寸，对于目前的履带式设计来说太高了。这款最新的丙烷动力土壤蒸汽清扫机预计将于今年秋季完工，它将配备六个轮子，每个轮子都由液压驱动。这些轮子有望使清理不同苗床变得更加容易，并打造出一台尽可能灵活的机器。
市售
芬尼莫尔的目标是最终让土壤蒸汽机在萨利纳斯山谷及周边地区投入商业运营。该项目也正在为PERC公司进行中。
纽兰德说：“我们接下来的目标是从市场营销和推广的角度出发，尽一切努力帮助他取得最大的成功。我们的目标是让这个项目持续盈利，我们正在幕后努力工作，确保我们负责的部分取得成功。”
芬尼莫尔的土壤蒸汽机缓缓驶过加州萨利纳斯山谷的一片田地。（图片：PERC）
