Thu hoạch nông sản

Nông nghiệp toàn cầu đang đứng trước một ngã rẽ lịch sử chưa từng có. Trong khi nhu cầu lương thực được dự báo sẽ tăng 70% vào năm 2050 để nuôi sống 9,7 tỷ người, thì nguồn lực sản xuất cốt lõi là lao động lại đang suy giảm nghiêm trọng. Sự già hóa dân số tại các quốc gia phát triển, cùng với làn sóng đô thị hóa mạnh mẽ tại các quốc gia đang phát triển, đã tạo ra một khoảng trống lao động khổng lồ tại các vùng nông thôn.

Hơn nữa, biến đổi khí hậu đang làm thay đổi chu kỳ sinh trưởng của cây trồng khó dự đoán. Một trận mưa lớn đến sớm hoặc một đợt nắng nóng bất thường có thể xóa sổ hoàn toàn công sức của cả vụ mùa nếu việc thu hoạch không được thực hiện kịp thời. Trong bối cảnh đó, công nghệ thu hoạch không còn đơn thuần là công cụ hỗ trợ sức người, mà đã trở thành yếu tố sống còn quyết định năng suất, chất lượng và tính bền vững của nền nông nghiệp hiện đại.

Công nghệ thu hoạch Ngũ cốc và Hạt

Cây lương thực (lúa, ngô, lúa mì, đậu tương) chiếm tỷ trọng lớn nhất trong diện tích canh tác toàn cầu. Đây cũng là lĩnh vực có mức độ cơ giới hóa cao nhất. Tuy nhiên, sự đổi mới hiện nay không nằm ở kích thước máy móc mà nằm ở sự thông minh hóa và khả năng xử lý dữ liệu.

Phương pháp thu hoạch truyền thống dựa chủ yếu vào kinh nghiệm và sức lao động chân tay, thường thấy ở các nông hộ nhỏ lẻ hoặc các vùng địa hình khó khăn. Công cụ là liềm (cho lúa gạo, lúa mì) hoặc hái từng bắp (cho ngô/bắp) tốn rất nhiều thời gian và công sức. Việc thu hoạch kéo dài khiến nông sản dễ bị quá độ chín, rụng hạt ngoài đồng hoặc gặp mưa gây nảy mầm/nấm mốc.

Nông nghiệp hiện đại chia làm hai cấp độ: Cơ giới hóa (máy móc thay người) và Nông nghiệp chính xác (công nghệ thông minh).

• Các dòng máy gặt hiện đại thực hiện cắt, đập (tách hạt khỏi bông/lõi) và làm sạch (thổi bụi/trấu) ngay trên đồng ruộng chỉ trong một lượt đi, loại bỏ 90-95% tạp chất ngay tại ruộng, rút ngắn thời gian thu hoạch từ vài ngày xuống còn vài giờ trên cùng một diện tích, tránh được rủi ro mưa bão bất ngờ. Trái ngược với xu hướng khổng lồ hóa tại Bắc Mỹ, tại các nước Châu Á như Trung Quốc, Ấn Độ và Việt Nam, xu hướng phát triển máy gặt mini (Mini Combine Harvester) đang chiếm ưu thế do đặc thù ruộng đất manh mún và nền đất yếu.

• Hệ thống dẫn đường GPS & Auto-steer tự động lái máy gặt theo đường thẳng với sai số chỉ 1-2 cm giúp máy không chạy chồng lấn lên lối cũ (tránh lãng phí nhiên liệu) và không bỏ sót. Máy gặt và xe chở hạt chạy song song và giao tiếp với nhau. Khi bồn máy gặt đầy, nó tự động gọi xe chở đến và điều khiển xe chở chạy đúng tốc độ để xả hạt mà không cần dừng lại, không rơi vãi một hạt nào. Hệ thống đo lường hàm lượng protein, tinh bột và dầu trong từng giây. Dữ liệu protein thu được không chỉ phục vụ bán hàng mà còn là chỉ dấu sinh học cho hiệu quả sử dụng phân đạm (Nitrogen Use Efficiency - NUE). Bản đồ protein cho phép nông dân nhận biết vùng nào trong ruộng đã hấp thụ tốt phân bón, vùng nào bị rửa trôi, từ đó điều chỉnh lượng phân bón chính xác cho vụ sau, giúp tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường.

Công nghệ thu hoạch Rau và Hoa

Lĩnh vực rau và hoa (horticulture) đặt ra những thách thức hoàn toàn khác biệt: sản phẩm thường mỏng manh, dễ dập nát (hàm lượng nước cao), chín không đồng đều và mọc ở những vị trí phức tạp, bị che khuất bởi lá và cực kỳ nhạy cảm với tác động cơ học. Do đó, công nghệ thu hoạch nhóm này tập trung tối đa vào sự nhẹ nhàng và bảo quản lạnh ngay lập tức.

Phương pháp truyền thống phụ thuộc hoàn toàn vào sự khéo léo của đôi tay người nông dân. Rau ăn lá dùng dao cắt gốc hoặc nhổ cả rễ. Rau ăn quả/củ dùng tay vặn hoặc kéo cắt. Hoa dùng kéo sắc cắt từng cành, sau đó bó lại bằng báo cũ hoặc lá chuối để giữ ẩm tạm thời. Rau hoa sau khi cắt vẫn tiếp tục hô hấp mạnh. Việc xếp chồng chất lên nhau trong sọt tre khi vận chuyển bằng xe máy/xe tải thường gây dập nát, tạo điều kiện cho vi khuẩn xâm nhập (thối nhũn).

Công nghệ hiện đại chia làm hai hướng đi rõ rệt: thu hoạch hàng loạt (cho rau củ cứng) và thu hoạch chọn lọc (cho rau quả mềm và hoa cao cấp).

Cơ giới hóa cho rau củ hạng nặng (khoai tây, cà rốt, hành tây) sử dụng máy thu hoạch liên hợp tương tự như máy gặt lúa nhưng thiết kế để đào. Hệ thống lưỡi đào sẽ xới đất lên, đưa cả củ và đất vào băng chuyền rung lắc để loại bỏ đất cát. Củ sạch được chuyển thẳng lên xe tải chạy song song. Thu hoạch hàng chục tấn/giờ mà hầu như không làm trầy xước vỏ củ nhờ các đệm cao su giảm chấn.

Robot & tự động hóa là đỉnh cao công nghệ, nơi máy móc phải nhẹ nhàng như tay người. Nếu không thể dùng robot được thì vẫn nên là con người thu hoạch. Tại các nhà kính trồng rau/hoa quy mô lớn, công nhân đứng trên các xe nâng tự hành di chuyển dọc luống. Sau khi cắt, rau/hoa được đặt ngay lên băng chuyền chạy dọc luống đưa về khu đóng gói trung tâm, phải bê vác nặng, giảm thiểu rung lắc làm dập lá rau/cánh hoa.

Công nghệ thu hoạch Quả

Với quả (trái cây), thách thức lớn nhất không chỉ nằm ở việc hái cho nhanh mà là hái sao cho không dập và biết quả nào đã ngọt. Trái cây thường mọc trên cao, vỏ mỏng và chín không đồng loạt, đòi hỏi công nghệ phức tạp hơn nhiều so với ngũ cốc hay rau.

Phương pháp thu hoạch truyền thống vẫn chiếm ưu thế ở các vườn cây ăn trái nhiệt đới (xoài, sầu riêng, chôm chôm) do tán cây phức tạp. Người nông dân dùng sào dài có gắn túi lưới hoặc dao cắt. Với cây cao, họ phải leo thang hoặc trèo trực tiếp lên cây, rủi ro té ngã cao. Quả hái xong thường được để vào sọt tre cứng, quá trình vận chuyển rung lắc làm vỏ bị trầy xước, tạo vết thâm sau 1-2 ngày.

Công nghệ hiện đại chia trái cây làm 2 nhóm để xử lý:

• Nhóm quả hạch & vỏ cứng sử dụng phương pháp "Rung và Hứng" (Shake-and-Catch). Một cánh tay kẹp chặt vào thân cây và rung với tần số được tính toán chính xác để quả chín rụng xuống nhưng không làm gãy cành hay hại rễ. Phía dưới là một tấm bạt hình chiếc dù ngược hoặc băng chuyền đệm khí để hứng quả, đảm bảo quả không bao giờ chạm đất (tránh nhiễm khuẩn đất).
• Nhóm quả còn lại vẫn sử dụng sức lao động và khả năng phân loại của con người kết với với dụng cụ và bảo hộ lao động hiện đại để tối ưu, tăng tốc độ thu hoạch, và nâng cao chất lượng quả thu hoạch.

Công nghệ thu hoạch cây công nghiệp

Cây công nghiệp thường được trồng trên quy mô rất lớn (đồn điền), đòi hỏi các giải pháp chuyên biệt hóa cao độ. Diện tích canh tác cực lớn, sản lượng khổng lồ và yêu cầu chế biến ngay lập tức sau khi thu hoạch để không làm giảm phẩm chất nguyên liệu thô. Do đó, công nghệ thu hoạch cây công nghiệp là cuộc chạy đua về tốc độ và quy mô.

Ngành cao su thiên nhiên đang đối mặt với khủng hoảng thiếu thợ cạo mủ lành ngh - công việc đòi hỏi kỹ thuật cao, làm việc vào ban đêm và nặng nhọc. Robot sử dụng khung kẹp vào thân cây, lưỡi dao được điều khiển số (CNC) di chuyển theo đường xoắn ốc quanh thân cây. Cảm biến giúp lưỡi dao cắt vừa đủ độ sâu để làm đứt mạch mủ nhưng không phạm vào tầng sinh gỗ (xylem), điều mà thợ mới vào nghề rất hay mắc phải. Toàn bộ dữ liệu về sản lượng mủ của từng cây, thời gian cạo được gửi về giúp người quản lý có thể giám sát hàng nghìn cây cùng lúc.

Đối với thu hoạch cà phê, có sự phân cực rõ rệt trong thu hoạch cà phê giữa dòng sản phẩm thương mại (commodity) và đặc sản (specialty). Máy thu hoạch rung (vibrating harvesters) hoặc máy cầm tay (derricadeiras) được sử dụng rung cây để quả rụng xuống bạt. Phương pháp này rất nhanh nhưng lẫn lộn quả chín, quả xanh, lá và cành khô, làm giảm chất lượng cà phê. Để đạt tiêu chuẩn cà phê đặc sản, chỉ được hái quả chín đỏ (ripe cherries). Việc sử dụng máy bắn màu (color sorter) để phân loại sau thu hoạch là một giải pháp nâng cao giá trị nông sản.

Tương tự cà phê, phương pháp truyền thống hái chè bằng tay "một tôm hai lá" tạo ra sản phẩm cao cấp nhưng năng suất thấp. Xe đi trên luống chè, có lưỡi cắt ngang và túi hút chân không hút búp chè vào bao, cảm biến hoặc laser để duy trì độ cao cắt phẳng lì, đảm bảo chỉ cắt phần búp non đồng đều, không cắt phạm vào lá già.

Người dân thường phải đốt đồng trước khi thu hoạch để lá khô cháy bớt, dùng rựa chặt gốc, róc lá, chặt ngọn. Việc này gây ô nhiễm môi trường và làm mía bị chín ép do nhiệt, giảm lượng đường nếu không ép kịp. Máy thu hoạch mía liên hợp chạy dọc luống, cắt sát gốc → cuốn cây vào buồng máy → tự động băm thành từng khúc ngắn (billets) → quạt gió thổi bay lá và tạp chất → phun mía sạch thẳng lên xe tải chạy song song. Không cần đốt đồng, giữ được độ tươi của mật mía, rác mía (lá) được trả lại đồng ruộng làm phân hữu cơ che phủ đất.

Phân tích bối cảnh Việt Nam

Tại Việt Nam, việc áp dụng các công nghệ cao gặp rào cản lớn:

• Quy mô sản xuất nhỏ lẻ, diện tích canh tác trung bình thấp khiến việc đầu tư máy móc lớn không hiệu quả kinh tế.
• Vốn đầu tư, chi phí cho các máy móc nhập khẩu quá cao so với thu nhập của nông dân. Dù giá nhân công đang tăng, nhưng so với việc bỏ ra vài tỷ đồng cho một con robot thu hoạch dâu tây, việc thuê người hái vẫn rẻ hơn trong ngắn hạn.

Hướng đi và giải pháp phù hợp là cơ giới hóa thích ứng, sử dụng mạnh mẽ các máy gặt mini, cầm tay cải tiến. Đây là bước đệm quan trọng trước khi tiến tới tự động hóa hoàn toàn.

Phát triển các hợp tác xã hoặc doanh nghiệp cung cấp dịch vụ thu hoạch công nghệ cao. Nông dân không mua máy mà thuê dịch vụ trọn gói (gặt, vận chuyển, sấy).