全程机械省人工！叶菜就要这样种！
江苏地区设施叶类蔬菜全程机械化技术与装备选型
摘要：针对叶类蔬菜生产过程中成本高、机械化程度低的问题，围绕江苏地区叶类蔬菜种植关键环节农艺特点进行全程机械化技术及装备选型。并根据叶类蔬菜生产各环节农艺要求，提升设施建设标准，优选农业机具配置，形成农艺与农机有机融合的叶菜设施生产机械化作业技术规范，从而提高生产效率、减少用工数量、降低作业成本，实现叶菜类蔬菜生产规模化、标准化、机械化、精细化作业，进而构建设施叶类蔬菜全程机械化生产技术体系。
引言
近些年，中国设施蔬菜面积、产量以及产值不断扩大，其中种植面积从2000年2749万亩（183.27万hm2）增长至2018年6000万亩（400万hm2），年均增长200多万亩（13.33万hm2）。
江苏是蔬菜消费大省，也是蔬菜生产大省，蔬菜种植占农作物播种面积的18.63%，蔬菜总产值占种植业总产值的40%以上，蔬菜产业已经发展成为全省优势产业。但是，由于蔬菜品种繁多，种植、田间管理及收获过程复杂，设施蔬菜机械化水平不足25%，严重制约设施叶类蔬菜产业化发展。
针对上述问题，以上海青、小白菜、菠菜、苋菜等非结球类叶菜全程机械化研究为重点，融合生产各环节的农机农艺要求，选择符合最优农艺要求的设施建设标准和全程机械化作业模式，制定叶类蔬菜生产机械化作业技术规范，形成叶类蔬菜产业体系。对降低设施蔬菜生产成本、提高生产效率，促进中国叶类蔬菜全程机械化发展具有重要意义。
设施建设标准与结构优化
以满足叶类蔬菜机械化作业要求为目的，通过有限元分析方法，对江苏地区的农用塑料大棚钢结构进行风载和雪载工况下的强度分析，制定江苏省地方标准DB32/T3129-2016《适合机械化作业的单体钢架塑料大棚技术规范》。
适合机械化作业的单体钢架塑料大棚结构
单栋拱形薄膜温室，热镀锌主体构架，8m跨，长度一般为40~60m，具体依地块而定。肩高1.7~1.8m，脊高（顶高）3.2~3.4m，拱间距0.8~1m，安装偏差控制在±5cm。主体覆盖8丝无滴膜，透光率85%以上，单层薄膜厚度0.2mm，使用年限不低于5年。
图1 适合机械化作业的单体钢架塑料大棚结构/mm
离地20cm，设置手动卷膜通风，宽度1.3m，覆盖20~25目防虫网。大棚建设曲率0.15~0.2，雪荷载不小于25kg/m2，即20cm厚度积雪，风荷载不小于25m/s，即抵挡10级台风。综合考虑土地利用效率，棚间距控制在1.5~2m，棚头间距不小于4m，预留农机通行道路。棚门设计要满足农业机械进出作业要求，尺寸不小于1.8m（宽）×2m（高），注意防风加固和保温防护处理。具体结构如图1所示。
连栋大棚建设标准
温室跨度8m，开间4m，总长度40~60m，大门尺寸1.8m（宽）×2m（高），连栋数量和长度可依地形而定。温室主体构架为钢结构，大棚立柱、复合梁等主要结构件采用镀锌方管，主立柱间距8m，棚头立柱间距2m，纵拉杆、拱杆、斜撑与下悬杆、卷膜杆均采用热镀管。12丝PO膜覆盖，卡簧卡槽、压膜带固定，棚顶设置卷膜开窗，采用链式卷膜器，开窗内侧覆盖防虫网。配置外遮阳系统，外遮阳立柱和斜撑杆分别采用镀锌方管支撑。
图2 连栋钢架大棚结构/mm
南立面墙每跨设置一台风机，风机尺寸1100cm×1100cm×40cm，北立面墙设置湿帘，高1.5m，厚10cm。设计使用年限15~20年，50年一遇基本风压0.4kN/m2，50年一遇基本雪压0.3kN/m2，抗震设防烈度为7度，设计基本地震动峰值加速度为0.15g。具体结构如图2所示。
设施叶类蔬菜全程机械化装备选型
设施叶类蔬菜机械化主要环节包括土地准备、精细化整地、精量直播、田间管理、收获和采后运输六大环节。
土地准备环节
土地准备环节是通过深松改善土壤理化性质，可以打破坚硬的犁底层，加深耕作层，增加土壤透气和透水性，改善蔬菜根系生长环境。以保证土壤耕层厚度，采用140型深松机，保持耕深300~400mm，以400mm为宜，覆盖严密，土壤松碎，提高土壤紧实度和起垄质量、且要地表平整，降低起垄时的阻力，土壤含水量控制在15%~22%，营造适宜蔬菜作物生长的良好土壤环境。选型机具参数如表1所示。
表1 土地准备环节机具选型与技术参数
精细化整地
针对不同蔬菜农艺要求，或起垄或起畦，在土地平整基础上，采用专用精整机，进行精细化耕整，一次完成精细碎土、整平作业，从而形成下松、中塇、表细碎、高度平整的优良种床。旋耕层深度保持160mm以上，旋耕层深度合格率≥85%。粘性土壤需要经过多次旋耕，以达到土壤细碎的目的，为保证起垄质量，土壤碎土率需要达到80%以上。土地耕整作业具体机型选配及技术参数如表2所示。
精量直播
选择符合国家标准的种子，以丸粒化或圆粒蔬菜种子为佳，非丸粒化种子控制种子的播种量1~2粒。种子的纯度、净度保持在95%以上，发芽率在85%以上。播种前对种子进行清选，剔除大粒、小粒、破损粒。同时根据叶类蔬菜种植农艺要求，优化设施种植布置，合理控制垄宽、播种行距、株距以及深度，调整播种机播种行数。播种后及时镇压，可根据土壤墒情决定镇压强度和时间。垄面平整，垄沟两侧保持相对平行，垄型参数与后一个环节相适应，以便于后期蔬菜收获。可选用旋耕、起垄、直播复合式作业机，一次完成多个环节的作业，以提高效率、降低作业成本。精量直播机型选配及技术参数如表3所示。
表2 土地耕整作业机具选型及技术参数
田间管理
◆肥水一体化
采用灌溉制度与施肥制度拟合以实现水肥一体化。通过制定合理施肥制度，确定蔬菜目标产量，计算实现目标产量养分理论需求量，根据养分施吸比计算应施入的肥料量，并按照蔬菜各个生长阶段需肥规律配置养分。
同时设计灌水定额，确定灌水时期以及一次待续灌水时间，并制定轮灌制度。作业时，于灌溉管道首部增加施肥系统，通过管道灌溉系统同时进行灌溉与施肥，适时、适量满足农作物对水分和养分的需求，实现水肥同步管理和高效利用。
江苏省农业科学院农业设施与装备研究所自主研发了2种肥水一体化系统，一是智能肥水一体机，通过混液箱和流量调节阀门，均匀混配肥料，调整施肥流量，并通过EC、pH调整系统界面调整所施肥料的浓度以及EC、pH，联网可实现远程控制与数据采集（图3）；
二是低成本纳米微渗肥水一体化系统（图4），通过文丘里给肥方式，采用纳米微孔管（管径16mm，微孔径20~30μm）为肥水载体，通过合理的管路布局以及水肥压力差的计算实现肥水均匀、绢细地渗透到每个植株的根部，节水节肥节本增效，降低土壤环境污染。
图 4 纳米微渗肥水一体化系统
◆植保施药
江苏省农业科学院农业设施与装备研究所科研团队通过集成常温烟雾技术、雾滴弥漫技术、二相射流雾化技术和固定管道恒压输送技术等植保技术，研发的设施固定管道式常温烟雾系统（图5），
图5 管道式常温烟雾系统
可在环境密闭的农业设施中进行病虫害的高效防控，实现人药分离、农药雾滴超细雾化、棚内雾滴均匀立体弥漫的功效，推动设施蔬菜生产的农药减量使用和田间管理的节本增效。所设计的关键雾化部件二相流喷头可实现低压气流和低压药液在喷头内腔的充分混合和雾化，形成体积中径30~60μm的烟雾状细小雾滴。同时气雾流以超音速的速度射入棚室内密闭空间，对设施空间气流产生扰动，促进雾滴的进一步弥漫扩散和均匀沉积。
收获机具选型
蔬菜收获机械化（图6）要求具有自动行驶、收获、自动输送蔬菜等多种功能，是叶类蔬菜生产各环节较难实现的环节。通过农机市场调研和基地示范展示，自走式蔬菜收获机的实用性和适应性日趋凸显。结合叶类蔬菜不同植株高度，合理调整切刀盘高度，以达到最佳切割位置，匀速作业。作业要求最佳土壤绝对含水率保持在15%~25%。
图6 叶类蔬菜收获机械
采后运输
按照“简易实用、易于操控、电驱为宜”的原则，结合运输的总量规模，合理选择采后运输机械（图7）。
图7 采后运输装备
展望
中国设施叶类蔬菜机械化技术和装备已经取得了较大的进步，并进入快速发展阶段，但要实现高水平的叶类蔬菜机械化生产还有较大的进步空间。后续工作需着力于农机农艺相互融合，针对不同区域、不同叶菜品种，深入开展装备的智能性、通用性、适应性研究。并结合生产设施优化提升，继续推进设施园艺标准园建设。
切实提高我国高效设施叶类蔬菜生产过程关键环节的机械化水平，推进蔬菜生产的规模化、标准化、品牌化发展，实现农业增产、农民增收、企业增效的三赢局面，对中国农业现代化发展推进具有重要意义。
作者：陶建平，吕晓兰，张美娜，唐玉新，陆岱鹏，雷晓晖，李雪，王士林
单位：江苏省农业科学院农业设施与装备研究所，农业农村部长江中下游设施农业工程重点实验室
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