我國莖葉類蔬菜生產關鍵環節的機械化作業模式

金 月 肖宏儒曹光喬 宋志禹 楊 光 韓 余

（農業農村部南京農業機械化研究所，江蘇南京 210014）

我國莖葉類蔬菜生產綜合機械化水平僅20%左右，人工成本占生產總成本的65%左右，勞動強度大、成本高。本文基于對莖葉類蔬菜栽培農藝的深入調研，結合多年研發莖葉類蔬菜生產裝備技術的經驗，提出露地和設施兩種莖葉類蔬菜標準化機械栽培模式，從農機農藝融合、生產裝備配置角度總結出一套較為完整的莖葉類蔬菜生產關鍵環節機械化作業模式。

蔬菜產業是農業農村經濟的重要支柱產業，關乎農民的“錢袋子”和城鎮居民的“菜籃子”，2016 年全國蔬菜種植面積2 232.83 萬hm2，總產量79 779.7 萬t，總產值約1.6 萬億元（http：//www.moa.gov.cn/ztzl/scscxx/tjxx/），其中莖葉類蔬菜占比為30%～40%（盧緒梁 等，2018）。莖葉類蔬菜生產是一項系統工程，過去對莖葉類蔬菜生產機械化不夠重視，一直缺少從耕整地、種植、田間管理到采收全程的系統性研究，生產裝備技術研究起步晚、發展慢、技術水平不成熟。

受莖葉類蔬菜品種繁多、種植規模小、種植農藝粗放且復雜等因素影響，我國莖葉類蔬菜生產裝備技術應用推廣難度大。目前，我國莖葉類蔬菜生產機械化綜合水平僅20%左右（肖宏儒 等，2018），特別是收獲仍以人工為主，勞動強度大、耗時多、成本高，極大地制約了莖葉類蔬菜產業的發展（卞麗娜 等，2015）。筆者通過長期對我國莖葉類蔬菜栽培農藝的深入調研，以及多年莖葉類蔬菜生產技術與裝備的研發經驗，提出露地和設施兩種莖葉類蔬菜標準化機械栽培模式，從農機農藝融合、生產裝備配置角度總結出一套較為完整的莖葉類蔬菜生產關鍵環節機械化作業模式，規范栽培農藝和生產機械化作業，對指導莖葉類蔬菜生產實現全程機械化具有重要意義。

1 我國莖葉類蔬菜生產機械化現狀

蔬菜在我國各省、市、地區廣泛種植，主要分布在山東、江蘇、浙江、河南、四川、廣東、廣西等地的平原和丘陵山區地帶，區域集中度較高。2015 年，山東、河南、江蘇、廣東、湖南蔬菜種植面積位居全國前五，播種面積之和占全國蔬菜總播種面積的36%（http：//www.moa.gov.cn/ztzl/scscxx/tjxx/201610/t20161027_5323 082.htm）。近年來，全國蔬菜生產始終保持著穩定發展的上升態勢，蔬菜產量逐年增加，但蔬菜銷售價格一方面受氣象條件的影響，另一方面受栽培模式和人工成本高等條件的制約也持續走高（孔繁濤 等，2016）。

此外，由于我國莖葉類蔬菜品種豐富、種植農藝復雜，蔬菜生產機械化研究起步晚、發展慢、技術水平不成熟。莖葉類蔬菜生產中的單一環節，如耕整地、移栽、田間管理等環節機械化程度較高，生產技術水平日漸成熟，但存在各環節間作業參數不配套、作業性能不達標等問題，嚴重制約了蔬菜生產裝備技術的應用和發展。我國莖葉類蔬菜收獲裝備技術研究的難點是如何實現有序收獲，使機械化收獲后的普通白菜（小油菜）、茼蒿、韭菜等莖葉類蔬菜整齊入箱，便于包裝整理，與國外的采收方式截然不同（金月 等，2018；楊光 等，2018）。目前，我國莖葉類蔬菜耕作機械化水平約25%、種植機械化水平約20%、收獲機械化水平不足10%，綜合機械化水平僅20%左右，人工成本占生產總成本的65%左右，勞動強度大、成本高，對莖葉類蔬菜生產裝備技術需求迫切。

2 莖葉類蔬菜生產機械化作業模式 研究

2.1 傳統人工生產模式

目前，全國大部分莖葉類蔬菜生產基地和園區除耕地基本上都實現了機械化操作外，其他生產環節仍以人工作業為主。常見的生產模式是：首先采用微耕機或旋耕機將田塊耕一遍，然后由人工拉線起壟（做畦），再用手扶式播種機進行條播或人工撒播，或人工將事先育好的秧苗在壟（畦）上進行移栽，生長過程中還需要根據實際種植情況進行補苗或間苗，最后由人工對莖葉類蔬菜進行采收。

2.2 機械化配套作業模式

莖葉類蔬菜生產機械化全過程需配置的設備有：1 臺25～40 kW 大棚王拖拉機作為動力主機，配備整地播種復式作業機，根據栽培需要可以一次性完成旋耕、開溝、做畦、施肥、播種、平整、鎮壓作業，或配置整地移栽復式作業機，一次性完成旋耕、開溝、起壟、施肥、鎮壓、覆膜、移栽作業；1 臺光電氣色復合式害蟲捕獲機，通過燈光誘集、色板誘殺、負壓風機二次捕殺害蟲的手段，實現對莖葉類蔬菜病蟲害的物理綠色防控；1 臺行間除草機，對于生長期較長的露地種植蔬菜，通過割斷雜草并粉碎還田，實現種植作物行間雜草去除；1 臺收獲機，根據莖葉類蔬菜種類、設施結構或露地種植規模、收獲要求等因素確定適合的采收機械。需要特別注意的是，配置的莖葉類蔬菜耕種作業裝備必須達到規定的土壤細碎度、畦面平整度、畦面堅實度和栽種深度“四度”作業規范要求，生產全程機械化設備的機械結構、作業參數等必須各環節間相配套，才能最大限度地發揮機具的作業性能，提升生產作業效率，實現生產全程機械化。

2.2.1 配套耕整地機械化技術 為了確保莖葉類蔬菜生產各環節裝備技術參數配套、性能協調統一，在滿足大多數莖葉類蔬菜種植和生長要求的前提下，提出機械化旋耕做畦方式與規格標準如下：畦頂面寬1.2 m，畦底寬1.3 m，畦高10～15 cm，溝寬20～30 cm；對于土壤粘性不同（含水率不同）的田塊，旋耕刀軸的轉速應不同，作業過程中機具保持勻速直線行駛作業，降低耕深不穩定性，整地后田角余量少，田間無明顯漏耕、壅土現象。

做畦作業時需保證畦的平直和畦距的一致性，畦面土壤細碎度≥90%，畦表面平整度≤2 cm；且在滿足種子出苗率的前提下，應保證畦面有盡可能高的堅實度，利于后續種管收環節裝備作業；做畦后應確保畦形完整，畦溝回土、浮土少，畦面上層土壤細碎緊實，以利于控制播種深度和出苗率、幼苗長勢一致，下層土壤粗大松散、透氣性好。

2.2.2 配套種植機械化技術 根據栽培需要選擇適宜的作業裝備，在畦頂面寬度為1.2 m 的畦上進行播種或移栽，播種機或移栽機的栽種株行距、栽種深度、播種量及均勻性等均需滿足生產要求。此外，根據蔬菜生產需要進行深施肥、追肥等條施、撒施作業，根據施肥深度和肥料類型選擇適用的施肥機。目前，為了耕種環節裝備間能夠更好的匹配，減少機具反復下地的次數，提高機具的利用率和多功能性，通常將播種或移栽、施肥功能與旋耕做畦復式作業機進行集成。

裝備技術參數：播種行數12 行（可調），行距10 cm（可調），播種深度0.5 cm；移栽行距25～50 cm，株距15～50 cm，移栽行數、播種量和施肥量的確定取決于莖葉類蔬菜生產的實際作業要求。作業中需在具有一定硬度的畦面上進行，栽種深度一致性、種肥均勻性要好。

2.2.3 配套田間管理機械化技術 蔬菜蟲害物理綜合防控技術。設施種植多采用色板和防蟲網進行蟲害防控，色板多為黃色誘蟲板。露地種植宜選用色板和燈光誘集裝置晝夜交替配合引誘害蟲，克服色板無法夜間引誘和燈光誘集裝置無法白天引誘的技術問題，燈光誘集裝置可通過選擇合適的光波波段來避免天敵誤傷的問題；采用高壓電網電殺，并利用負壓風機進行二次捕殺，解決直接采用風機負壓捕殺害蟲時無選擇性、噪音大而且容易損傷植物的問題；實現高效低耗、節能環保的自動化捕蟲，為害蟲物理防治提供理想的方案。

蔬菜行間除草技術。通常采用甩刀粉碎還田或一字耐磨刀水平旋轉切割原理除草，實現種植作物殘株粉碎還田、行間雜草去除等，粉碎除草質量應達到碎草率≤10%，漏割率≤5%；根據殘株、雜草的厚度調節粉碎的次數，達到適合的效果；根據作業需要加裝碎草收集裝置，集草率≥85%。

2.2.4 配套采收機械化技術 在莖葉類蔬菜出苗整齊、長勢較一致的規范化菜地中進行機械化收獲作業，田塊坡度在15°以下，莖葉高度10～40 cm。根據莖葉類蔬菜種類、設施結構或露地種植規模、收獲要求等多種因素確定適合的采收機械，如收獲苜蓿（草頭）、豌豆苗等蔬菜，宜選用跨行行走的無序收獲機；收獲雞毛菜、蘆蒿等蔬菜，宜選用有序收獲機；收獲設施大棚種植的蔬菜宜選用輕簡型電動收獲機，收獲規模化露地種植的蔬菜宜選用乘駕型或多功能型收獲機。

裝備技術參數：機械切割幅寬1.2 m；收獲質量應達到損失率≤5%，莖葉破損率≤10%，每小時收獲效率≥667 m2。

2.3 生產機械化模式應用案例

為了提升我國莖葉類蔬菜生產機械化綜合水平，本文提出莖葉類蔬菜生產機械化作業模式，該模式從農機農藝融合角度，制定適宜機械化生產的莖葉類蔬菜標準栽培農藝及配套的精細耕整地、精量播種、高速移栽、除草、病蟲害物理防控和采收機械化技術。

基于本文研究的生產機械化模式，優化部分現有裝備的機械結構和技術參數，合理配置生產作業機械方案，突破瓶頸技術、創制領域空白裝備，形成成套的莖葉類蔬菜生產裝備技術，并進行集成應用。其中，露地種植的莖葉類蔬菜生產機械化裝備技術主要選用1ZBS-1200 型莖葉菜整地播種復式作業機、3CC-60 型菜園割草機、3S-30 型光電氣色復合式害蟲捕獲機、4CCZ-1200 型自走式菜茶收獲機，以上機械均由農業農村部南京農業機械化研究所研發，分別由鹽城市鹽海拖拉機制造有限公司、江蘇無錫凱馬發動機有限公司、江西康瑞特電子科技有限公司、江蘇云馬農機制造有限公司試制。設施種植的莖葉類蔬菜生產機械化裝備技術主要選用1ZBS-1200 型莖葉菜整地播種復式作業機、4GCY-1200 手扶式莖葉菜有序收獲機，均由農業農村部南京農業機械化研究所研制。應用結果表明，機械化綜合作業效率是傳統人工作業的15～20 倍，每667 m2節約成本260 元以上。該模式的應用推廣將徹底解決莖葉類蔬菜生產機械化技術發展滯后與全程機械裝備匱乏的現狀，推動我國莖葉類蔬菜產業發展升級。

3 莖葉類蔬菜生產機械化應用中存在的問題

3.1 缺少具有地方特色的蔬菜規模化種植

近年來，隨著農村勞動力不斷向城鎮化轉移，部分地區實現了土地流轉和稻麥等主要農作物的規模化生產。但蔬菜由于種類繁多、田塊分散、栽培農藝復雜等因素，仍存在種植規模小且農藝粗放，地方區域特色不明顯等問題，導致機械化生產推廣使用難。因此，為實現蔬菜生產的全程機械化，解決蔬菜生產成本居高不下、菜價波動大等問題，首先要改變小農戶小田塊種植現狀，形成具有地方特色的蔬菜規模化生產。

3.2 蔬菜生產機械化發展失衡

主要體現在蔬菜生產耕整地機械已相對成熟，蔬菜育苗移栽取得重大突破，灌溉和植保技術突飛猛進，但是蔬菜收獲環節仍以人工采收為主，機械化進展緩慢。然而，蔬菜收獲環節生產成本占到蔬菜生產總成本的35%～45%，且以勞動力成本為主，生產成本一路攀升已經成為蔬菜產業發展的重要阻礙。

3.3 農機與農藝脫節問題嚴重

缺少適宜機械化作業的蔬菜種植農藝標準，如各地種植蔬菜的行間距差別較大，部分地區還存在間種、套種的情況，增加了蔬菜生產機械化的研發和應用難度。此外，蔬菜生產全程機械化離不開各環節作業機具的協調配套，耕種管收中某一環節作業不規范、機具性能不達標都會使后續環節受到影響，例如旋耕起壟機的壟寬和溝距與移栽機的定植行距和輪距不一致，移栽機作業性能會大大降低、甚至無法進行作業。

3.4 國產蔬菜機械與發達國家間的差距明顯

國外蔬菜生產技術與裝備研發起步較早、技術領先、產品成熟，其中歐美國家以自走式大型智能機械為主，日本、韓國等以輕簡化的小型手扶式智能機械居多。我國蔬菜生產機械無論是作業效果，還是安全性、可靠性都與進口機械有較大差距，歸其原因主要是國內研發單位以經驗設計或簡單改裝為主，生產加工的零部件精度低，缺少系統、深入的設計研究和優化改進過程。此外，國內的蔬菜機多數還是機械化、半自動化的生產機械裝備，且功能單一，機械使用率低，多項技術仍需完善。

4 我國莖葉類蔬菜機械化作業模式發展方向

4.1 建立完善的農藝標準

建立莖葉類蔬菜栽培農藝標準，適應機械化作業要求，這樣既可降低生產機械化技術的研發和應用難度，也有利于機械化進程的順利推進。因此，要實現莖葉類蔬菜生產全程機械化，首先要實現菜園栽培農藝的標準化。目前我國部分地區針對個別莖葉類蔬菜品種制定了相關生產技術規程和農藝標準，如《芥蘭生產技術規程》（DB 3205/T181—2015）、《芹菜大棚越冬栽培技術規程》（DB 32/T1944—2011）等，但這些規程和標準均只提到了品種選擇和種子處理、苗期和田間管理、病蟲害防治等農業栽培方法和手段，既沒有考慮機械化作業如何應用，也未提及針對生產機械化建立標準栽培農藝，如部分標準里提到撒播、間苗作業，一些標準里采取寬窄行或間作套種種植等，這些標準都應該根據機械化作業的特點補充修訂。只有做到農機與農藝相互融合，二者相輔相成、優勢互補，才能推進蔬菜生產機械化以致整個蔬菜產業的發展。

4.2 建立機械化配套作業模式

目前我國莖葉類蔬菜采用露地種植和設施種植兩種方式，包括普通白菜（小白菜）、菠菜、蘆蒿、芹菜、莧菜、蕹菜（空心菜）等多種蔬菜，其機械化生產流程基本相同，包括耕整地、播種或移栽、田間管理、收獲環節。而在莖葉類蔬菜生產機械化中，收獲裝備技術的研發一直是最難以突破的瓶頸問題，主要體現在現有收獲裝備普遍存在損傷高、效率低、歸齊難等問題，且收獲裝備對栽培農藝要求較高。

因此，筆者從農機農藝融合、生產裝備配置角度提出露地和設施兩種機械化生產栽培模式，以收獲為導向倒推提出前序管、種、耕環節機具作業參數和性能要求；提出莖葉類蔬菜耕整地和種植裝備的“四度”作業規范，即以土壤碎度、做畦平度、畦面硬度和播種深度指標，指導蔬菜耕整地、種植和高效收獲等關鍵裝備統籌配置。以模式為引導選擇相應栽培模式的機械化作業技術，包括機械化精細耕整地、精量播種、精量施肥、蟲害物理防控和有序收獲5 個環節技術，并在全國典型蔬菜生產基地進行集成應用示范。

4.3 形成“動力平臺+”的通用化技術模式

根據莖葉類蔬菜品種、種植模式、菜園特征分類，提出“動力平臺+”的菜園機械化發展模式。針對設施種植的莖葉類蔬菜，主要采用手扶式小型電動底盤，其具有小巧輕便、操作靈活和無污染的優點；針對露地平坡或緩坡種植的莖葉類蔬菜，根據土壤條件、蔬菜種類和作業動力選擇輪式或履帶自走式動力底盤，目的在于提高作業效率和設備的通過性；針對陡坡種植的莖葉類蔬菜，采用小型手扶式或背負式機械裝備，設計具有快速拆裝功能的模塊化工作部件。建立以動力平臺通用化及作業部件模塊化為核心的技術模式，減少動力浪費、降低購置成本、提高機械的通用性和多功能性。

5 展望

我國莖葉類蔬菜生產機械化研究起步晚、發展慢、技術水平不成熟，且主要集中在耕作整地機 械、栽種機械、田間管理機械的研究開發，對于采收機械的研究很少。從莖葉類蔬菜生產機械化綜合水平來看，各主要作業機械雖然技術水平和機械化程度日益提高，但研發的各環節裝備技術間嚴重脫節，存在各環節間作業參數不配套、作業性能不達標等問題；機械自動化、智能化水平也有待提高，存在操作笨重、調節困難、勞動強度大等問題，尤其是農藝規范性和標準化程度較低的菜園，機械因缺少自適應調節作業效果差，嚴重制約了我國蔬菜生產裝備技術的應用和發展。

針對上述問題，一是要建立標準化、規范化的莖葉類蔬菜栽培農藝，提出適宜機械化生產的機械栽培模式，確保生產各環節機械作業參數匹配，作業性能過關，加強農機與農藝的相互緊密融合是實現生產全程機械化的前提；二是今后要加強莖葉類蔬菜生產機械的系統性研究，消除機械化生產發展失衡的現象，如加強采收裝備技術的研發，各環節裝備技術協調統一，早日實現莖葉類蔬菜生產全程機械化；三是要將傳感檢測技術、自動控制技術、數字圖像處理技術等先進技術與傳統機械相結合，提高莖葉類蔬菜生產裝備技術的自動化、智能化水平，提升機械作業質量，提高生產作業效率，減輕操作人員的勞動強度；四是要提升生產裝備的適應性、通用性、可靠性，如在結構上設計滿足一定閾值范圍內的自動調節，如利用通用動力平臺上的模塊化快速拆裝接口更換關鍵部件，實現一機多能、多用，適應我國莖葉類蔬菜品種多樣化的情況。

隨著國家對莖葉類蔬菜生產機械化的重視程度越來越高，近年來莖葉類蔬菜生產機械化技術研究取得了一定進展，并在蔬菜生產中發揮著重要作用。未來，通過標準化菜園及配套設施的建設，莖葉類蔬菜生產全程機械化技術與裝備將在蔬菜產業中發揮積極的作用。