引进、消化、吸收、再创新！上海地区设施蔬菜机械化技术有哪些突破？
上海地区设施蔬菜机械化现状及发展趋势
导读
本文介绍了上海地区在引进、消化、吸收国外蔬菜机械基础上，开展蔬菜生产机械化的研究和开发过程，重点论述了蔬菜生产机械化的技术创新与突破。同时，结合设施蔬菜生产开发应用中存在的问题与解决措施，对未来的发展趋势进行展望。
上海是一个具有2400万常住人口的国际化大都市，通过30年“菜篮子工程”的实施，蔬菜生产设施的建设，改善了蔬菜生产条件，提高了抗御各种自然灾害的能力，上海的设施条件和市场供应的保障力得到了显著提高，蔬菜安全得到较大改进，有效保障了上海大型城市以绿叶菜为主的新鲜蔬菜周年生产和均衡供应，起到了保民生、保稳定、促发展的重要作用。
2016年底，农村常住人口256.67万人，农村农业从业人员37.50万人。设施菜田包括保护地和露地共计28.35万亩（1.89万hm2），其中政府建设投资设施蔬菜22万亩（1.47万hm2）。2016年完成蔬菜种植面积48万亩(3.2万hm2)，蔬菜上市量281.6万t，其中绿叶菜上市量148.9万t。但蔬菜生产机械化率仅为47%，远远低于粮食生产机械化率。
现状
温室设施的现状
目前，上海拥有各类钢结构温室设施面积约5500hm²，分布在上海市各区县、现代化农场及各类现代农业园区内。这些温室大棚60%以上用于蔬菜种植。
◆玻璃温室
Venlo（文洛型）是玻璃温室的主要类型（图1）。该种温室标准规范，设施配套齐全。随着功能要求的不同，这些年上海在大跨度、大空间温室，异形温室，全开天窗玻璃温室的设计及制造方面，取得了可喜的成绩。
◆单体钢管塑料大棚
钢管塑料大棚主要有GP-C622（图2）、GP-C832（图3）。这2种大棚结构简单，经济实用，深受菜农和管理者欢迎，为原有上海地区的主力棚型。由于现有6、8m单体钢管塑料大棚内种植面积较小，机械化生产能力较差（图4），而环境调控能力也不足。
◆连栋塑料薄膜温室
连栋塑料薄膜温室主要有GP-L630（图5）、GSW8430（图6）、GSW9440（图7）、GSW12440（图8）、LSRRW12460（图9）等型号。跨度8、9、12m的连栋温室为设施类型。
◆其他各类型温室
其他类型温室包括：新型WS(YP）9435遮阳防虫网室（图10）、PC板温室、PET膜温室、双层充气温室，以及20世纪从法国、以色列、西班牙引进的各类塑料薄膜温室。
设施蔬菜生产机械装备配置
◆配套动力
单体大棚 大棚王354、404、504、604拖拉机；
连栋温室 604、704、954拖拉机。
◆耕整机械
旋耕机 1GKN-1305、1GQN-125S、1GQN-130S、1GQN-140S旋耕机；
铧式犁 1LP420偏置4铧犁；
深耕机 JT-KING145深耕机；
灭茬机 YTMC-140蔬菜灭茬机。
◆作畦/起垄机械
作畦/起垄机械包括DV14N-RM悬挂式作畦机、MSE18C手扶式作畦机、3ZL-5.9-120手扶式作畦机、YT10-A手扶式作畦铺膜机、YTLM-120悬挂式作畦铺膜机、1ZQ-160蔬菜作畦机。
◆播种/栽植机械
播种机 2BS-JT10蔬菜精密播种机、2BS-JT13蔬菜精密播种机、STV-800W播种机、YT0-LB起垄播种一体机、2BZ-140蔬菜播种机；
移栽机 PVHR2-E18移栽机、PF2R移栽机、2ZB-2移栽机、A5-1200蔬菜移栽机；
育苗机械 2BS-QJ气压式精密播种机、2YB[1]G30A-2滚筒式播种机、2YB-200-s半自动播种机、2YB-G30A蔬菜、花卉精量播种流水线、2BS-QJ多功能穴盘点播机、SYZ-500W针式气动精密育苗播种机、SYZ-S500W针式气动精密育苗播种机。
◆管理机械
植保机械 MSV615L自走式动力喷雾机、SWZ51自走式喷雾机、FST-300T手扶式植保车；
施肥机械 2FD-500有机肥撒肥机。
◆采收机械
发动机配置 4GCZ-160自走式叶菜收割机（中型）、4GCZ-100小型自走式绿叶菜收割机；
电动机配置 4GCDZ-100电动自走式绿叶菜收割机（小型轮式）、4MD-100电动叶菜收割机；
存在的问题
目前，上海设施蔬菜机械化生产还存在很多问题：①种类多，茬口多，缺少统一的种植标准；②蔬菜生产者老龄化、年轻从业者少，造成劳动力缺乏；③蔬菜生产田块分散、设施空间小，生产作业环境差；④园区建设不规范，造成机械化作业的优势发挥不佳；⑤蔬菜机械研发与生产滞后，造成市场有迫切需求但无装备可选的尴尬局面；⑥由于对蔬菜种植农艺以及机械化生产方式研究的集成性、系统性不够，造成农艺与农机之间、种植环节之间、机具研发单位之间都明显脱节，造成农艺与农机之间、机具与机具之间无法配套，蔬菜生产全程机械化也就难以实施。
为此，开展对蔬菜生产机械化瓶颈的破解工作，是当前的重点。上海市农业机械研究所、上海市农业机械鉴定推广站和上海市农业科学院等单位强强联合，通过对国外机具的选型考察，结合蔬菜生产实际，重点围绕解决上海市主要绿叶菜的蔬菜机械化生产等关键作业机械，提出引进可行性报告，将引进、消化、吸收和再创新工作列为上海市科技兴农重点攻关项目，并组织产学研推的联合攻关体。
叶菜类蔬菜生产机械的引进、消化、吸收
2012年上海市从意大利引进“蔬菜作畦机”“蔬菜播种机”和“自走式叶菜收割机”等叶菜类作业机械，如图11~13，开展引进、消化、吸收工作。在上海沧海桑田生态农业有限公司、老港、沧海桑田浦东机场基地、上海市农科院庄行基地和上海市农业机械鉴定推广站试验场等基地结合绿叶蔬菜生产，分别对引进的意大利3种蔬菜机具进行技术性能和适应性试验。
◆引进蔬菜生产机械的适应性试验
引进的蔬菜作畦机（正、逆铣型）、蔬菜播种机及自走式叶菜收割机（分枝型、根茎型），进行作业性能和操作性等适应性试验。
（1）引进正、逆铣型作畦2种机型的作业性能和适应性试验对比分析
①引进的蔬菜作畦机（正铣）与配套的国产拖拉机动力匹配合理，作畦（起垄）土壤上虚下实，畦宽一致，畦（垄）面平整度好，畦（垄）沟深，作业效率高，适用于蔬菜设施内（兼用露地）机械精细耕整作畦作业取代人工作业，能满足后续机械种植农艺要求。②引进的蔬菜作畦机（逆铣），主要适用于埋茬、碎土、平整和覆盖性能较好，但逆铣作畦机比正铣作畦机作业使用功率大。
存在不足：需配套动力大，机组外形尺寸偏大。目前对于本市大部分设施大棚蔬菜生产来讲，机具边角地区无法作业，设施内作业空间受到限制，可适用于特定的连栋温室、防虫网室或露地菜田的适度规模化生产。
（2）引进蔬菜播种机的作业性能和适应性试验分析
经改装与引进的蔬菜播种机配套的国产拖拉机动力匹配合理，工作稳定，与人工播种相比，引进的蔬菜播种机播量均匀、播深一致，出苗整齐，可实现蔬菜设施内（兼用露地）绿叶菜种子均匀密植的精少量播种，能满足后续机械收获作业要求。
存在不足：配套国产拖拉机与引进蔬菜作畦机的畦面宽度和收获机的轮距不一致，需进行改装。针对上海市大部分设施蔬菜生产来讲，需配套大马力拖拉机，因机组外形尺寸偏大，在现有设施内作业调头等受到限制，适用于露地作业。
（3）引进叶菜收割机2种机型的作业性能和适应性试验分析
①引进的自走式叶菜收割机（分枝型），由于切割方式采用高速旋转带锯割刀，较适宜在高密度栽培地表下各类绿叶菜的采收，在鸡毛菜采收上取得成功，并在其他绿叶菜，如米苋、高秆茼篙等收割试验中取得良好的效果。②引进的自走式叶菜收割机（根茎型）的切割方式采用高速往复振动割刀，主要用于在地层叶菜根茎的切割采收，经试验，由于目前蔬菜品种、种植方式和土壤条件的不同，使用效果不甚理想，需要做进一步的研究和试验改进。
存在不足：目前对于上海市大部分设施化蔬菜生产来讲，自走式叶菜收割机外形尺寸较大，整机转向和转移比较困难，设施内作业空间受到限制，可适用于特定的连栋温室、防虫网室或露地菜田的适度规模化生产。
◆形成绿叶蔬菜生产设施化机械化作业栽培模式
为了更好地开展对引进机械的试验工作，研究开发了适用于与中型蔬菜机械化生产作业的GSW9440与GSW8430连栋温室和GP835钢管塑料薄膜单棚的配套设施，并分别建造在上海市农业机械鉴定推广站试验场、上海沧海桑田生态农业发展有限公司、上海市农业科学院庄行等三个蔬菜试验示范基地（图14）。
在引进蔬菜生产机械适应性试验的基础上，通过机具配套与种植栽培方式的技术集成，经试验和总结，形成了2种绿叶蔬菜全程机械化生产作业栽培模式。
（1）垄作绿叶蔬菜栽培机械化作业模式
垄作绿叶蔬菜栽培机械化作业技术路线：机械深翻、平整（铧犁、旋耕机）—机械起垄（作畦机）—机械播种（条播机）—机械采收（自走式叶菜收割机）（图15~16）。
①机械耕翻、平整：选用国内铧犁深翻，耕深18~20cm，国内旋耕机平整，耕深10~15cm；②机械起垄（作畦）：选用引进意大利生产的AFSUPER160作畦机，垄面宽140cm，垄底宽160cm，垄高180~250cm；③机械播种（条播）：选用意大利生产的MULTI-SEED140播种机，播幅140cm（行数23行，行距5.5cm），播深2~5cm（可调）；④机械采收：选用引进意大利生产的SLIDEFW160自走式叶菜收割机，割幅160cm。
（2）无垄绿叶蔬菜栽培机械化作业模式
无垄绿叶蔬菜栽培机械化作业技术路线：机械深翻、平整（旋耕机、旋耙整地机）—机械播种（条播机）—机械采收（收割机）（图17）。
①机械耕翻：采用国内旋耕机耕翻，耕深10～15cm；②平整土地：选用引进的DL230耙地机平整田块，工作幅宽：230cm；耙地深度≥10~15cm；③机械播种（条播）：选用意大利生产的MULTI-SEED140播种机，播幅140cm（行数23行，行距5.5cm，播深2~5cm（可调）和国内康博公司生产的璟田牌系列播种机；④机械采收：选用引进意大利生产的SLIDEFW160自走式叶菜收割机。
（3）2种模式的作业方式
通过垄作与无垄绿叶蔬菜栽培机械化作业方式试验结果表明：
垄作绿叶蔬菜栽培机械化作业方式集自走式叶菜收割与引进作畦机和播种机组合配套作业，实现了主要叶菜的耕、种、收一体化机械作业，适用于专用设施内和露地两种环境下机械化作业，尤其适合露地规模化生产作业。
无垄绿叶蔬菜栽培机械化作业方式集自走式叶菜收割机与国产旋耕机、引进耙地机和国产或引进蔬菜播种机组合配套作业，可实现在专用设施内主要叶菜的耕、种、收一体化机械作业，具有机械化生产作业环节轻简、土地种植利用率高等特点。
叶菜类蔬菜生产机械成套装备的研究开发
通过国外蔬菜机械的引进，在适应性试验的基础上，根据中国国情，结合上海市绿叶菜的蔬菜机械化生产实际，在技术参数，结构性能上消化和吸收进行技术再创新工作。2012年上海市农业机械研究所与上海交通大学等单位联合攻关研究开发了“1ZQ-160蔬菜作畦机”“2BZ-140蔬菜播种机”“4GCZ-160自走式叶菜收割机”3种国产化蔬菜成套装备，取得了突破性的进展。经国产化样机试制与生产试验改进完善，各项性能指标均达到进口样机水平。
◆1ZQ-160蔬菜作畦机
机具性能特点 蔬菜作畦机采用旋耕、圆盘开沟与作畦整形等机构的优化组合设计，具有旋耕、开沟、作畦、平整、镇压等联合作业功能，实现蔬菜设施内（兼用露地）机械精细耕整作畦作业取代人工作业，达到后续机械种植农艺要求（图18）。
主要技术性能 配套动力58.8kW四轮驱动拖拉机；整机采用三点悬挂；畦面宽1400mm，畦底宽1600mm，畦高180~250mm；生产率0.53~0.67hm2。
◆2BZ-140蔬菜播种机
机具性能特点 蔬菜播种机采用精少量组合式排种器与工作部件等机构的优化组合设计，播量与排种轮速度、排种口开度大小可调，具有平整、播种、镇压等联合作业功能，实现蔬菜设施内（兼用露地）绿叶菜种子均匀密植的精少量播种，满足后续机械收获作业要求（图19~20）。
主要技术性能 配套动力29.4kW宽轮距拖拉机；整机采用三点悬挂；播种行数25行；播种行距55mm；播种幅宽1400mm；生产率0.53~0.67hm2。
◆4GCZ-160自走式叶菜收割机
机具性能特点 自走式叶菜收割机采用机电液一体化先进技术和模块化结构设计，具有行走动力底盘分置式液压驱动与收获割台自动仿形和输送系统无级变速调节的作业功能，实现蔬菜设施内（兼用露地）叶菜机械化收获取代繁重的体力作业，提高生产效率，如图19。
主要技术性能 配套动力29.4kW久保田3缸柴油机，整机轮式液压行走驱动无级变速，收获幅宽1600mm，生产率0.16~0.2hm2。
4GCZ-100自走式叶菜收割机的的创新研发
根据国内与上海市绿叶蔬菜设施化生产现状，在前期获得的技术成果基础上，继续攻关研究，自主研发了小型自走式绿叶菜收割机。并与现已推广应用的小型耕整地、作畦、播种等机械组合配套，以适应于上海市现有大部分温室设施的机械化收获生产需求。
机具性能特点 采用机电液一体化先进技术和模块化结构设计，信息化智能测控技术，全液压地面仿形随动，提高采收作业质量（图22）。
主要技术指标 配套动力14.7~18.38kW，割幅90~100cm，生产率0.067~0.1hm2/h。图214GCZ-160自走式叶菜收割机a.自走式叶菜收割机b.米苋多茬次机械采收试验c.机械收割作业（鸡毛菜、米苋）
4GDCZ-100电动自走式绿叶菜收割机的创新研发
为改善绿叶菜生产作业环境，上海市农业机械研究所研发出了具有自主知识产权与环境友好型的4GDCZ-100电动自走式绿叶菜收割机，实现蔬菜设施内（兼用露地）绿叶菜机械化收获取代繁重的体力作业，提高生产效率。
机具性能特点 采用机电液一体化技术，底盘设计采用电力前桥驱动后桥转向的无节变速轮式底盘结构，可实现无级变速行驶。收获割台与输送系统设计采用减速电机驱动，具有自动仿形和输送系统无级变速调节的作业功能，如图23。
主要技术参数 割幅100cm，割头形式带刀式，生产率0.067~0.1hm2/h，系统电压48V，额定载荷1000kg，续驶时间8h，最大行驶速度3.3km/h。
发展趋势
上海设施蔬菜生产机械化的发展应适应蔬菜生产规模化、精细化、设施化等要求，加快开发多功能、自动化、智能化、经济型农业装备设施，重点研发电动环保的专用动力平台、精细化整地、精量化播种、高速化移栽、精准化植保、智能化收获和农用机器人等技术与装备。加大适应上海蔬菜生产品种机械的研发力度，结合国家智能农机发展目标，加快上海智能蔬菜机械研发进展，研制出适应性更广泛、性能更优越、功能更齐全、配套更完善的智能型多功能新机具，使其保持全国领先地位，重点从以下几方面做起。
加大推进蔬菜机械化生产技术
把提升设施蔬菜机械化水平看作是一项系统工程，在加大力度研发和优化作业装备的同时，需要把多项技术结合起来：①设施园艺规划技术，完备蔬菜标准园建设的科学规划，优化种植布局、品种结构和规范化生产模式，合理利用规模化、标准化、机械化生产；②设施结构优化技术，适应中小型机械化作业与蔬菜设施化合理配套，优化温室设施结构与功能拓展，完善环境调控能力和自动化水平；③栽培农艺优化技术，筛选培育适合机械化收获的绿叶菜品种和配套种植的农艺技术，简化规范的栽培农艺要求；④机具选型优化配置技术，突破设施化绿叶菜生产作业环节，合理优化机具选型配置，形成与收获关键技术相配套的耕整地、种植和植保等一体化生产作业方式，适应不同种植规模和不同种植方式的需要，实现地产主要绿叶菜全程机械化生产；⑤机具作业规范优化技术，集机具作业技术与配套农艺技术，农机农艺融合，完整统一的作业规范要求，建立适宜的上海设施蔬菜全程机械化生产技术体系。
加快设施蔬菜机械关键技术与成套装备的研究
加强产学研推的联合攻关，研发重点：通用化底盘、精细化整地、精量化播种、高速化移栽、精准化植保、轻简化收获等技术。研制出适应性更广泛，性能更优越，功能更齐全，配套更完善的多样化新机型。
强化设施蔬菜机械化政策扶持
着力推进设施蔬菜生产机械化技术的集成应用和示范推广，加大对设施蔬菜机械进行重点倾斜的购置补贴政策。
加速成果转化与产业化进程
加速成果转化生产力，发挥企业的生力军作用，提高产品制造质量，完善产品整体生产工艺工装技术，形成规模化生产，提高机具产品的系列化、通用化、标准化水平，增强产品的市场竞争力，促进产业化发展。
总结
绿色环保智能化的设施蔬菜生产机械是发展的必然趋势，它更契合蔬菜生产的高效、节能、绿色发展理念，蔬菜机械发展要以信息和知识为核心要素，借助物联网、云计算、大数据等现代信息技术，实现蔬菜生产全过程智能控制、精准投入、个性化服务。
随着城市的老龄化和时代的发展，上海设施蔬菜生产“机器换人”的攻坚战已经打响，重点突破解决蔬菜生产中劳动力缺乏与劳动强度大的矛盾，降低生产成本、提高生产效率，增加农民收益，真正实现设施蔬菜生产智能化目标。为此上海正在编制新一轮菜篮子发展规划，并制定一系列指南和规范，使新建蔬菜园艺场做到区域种植专业化、农艺制度标准化、设施大型化、环保动力平台专用化、作业机具多样化、生产全程机械化。同时针对原有塑料大棚进行多种形式的端面改造工作，使其适应机械化作业的要求。
作者：陆春胜，刘建政（上海市农业机械研究所）
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