设施蔬菜生产机械化技术——采访北京市农业机械试验鉴定推广站副科长郭建业
一、我国设施蔬菜产业发展现状如何？
郭建业：关于我国设施蔬菜产业发展现状主要从以下三个方面介绍：
1.首先从发展规模上说，我国设施蔬菜生产的面积是非常大的。20世纪90年代中期以来我国设施蔬菜产业快速发展，温室和大中棚占世界面积的85%以上，据农业部门公布的数据显示，早在年我国设施蔬菜面积就已经达到了多万亩，目前设施蔬菜种植面积是蔬菜种植面积的三分之一左右。这充分说明了当前设施蔬菜产业的良好发展趋势。二是产量大，设施蔬菜产量占蔬菜总产量的35%，年全国设施蔬菜总产量2.52亿吨，人均近千克/年。三是总产值大，年设施蔬菜产业的净产值为多亿元。四是出口量大，我国蔬菜出口世界第一，年蔬菜出口万吨，总额达到.51亿美元。
2.其次是分布状况。从面积分布来看，我国设施蔬菜主要分布在黄淮海及环渤海湾地区，占到总面积的57%，长江中下游地区占20%，西北地区占11%，其他地区占12%。其中，山东省面积最大，约万亩，与江苏、河北、辽宁、安徽、河南、陕西7省共占全国设施蔬菜面积的69%。
从总产量区域分布来看，山东年产最高，能达到万吨以上，其次是河北年产万吨以上，与辽宁、江苏、河南5省共生产出设施蔬菜总量的2/3。
从蔬菜种类分布来看，番茄的种植面积达多万亩占据首位，其次是黄瓜有多万亩，二者与辣椒、茄子、芹菜5种种植面积占设施蔬菜总面积的一半。从生产类型上来看，北方以日光温室和大中塑料拱棚为主，南方以大中塑料棚和防雨遮阳棚为主。
3.第三是机械化情况。我国设施蔬菜产业仍处于初级发展阶段，总体设施和生产档次不高。李天来院士曾说，如果按照工业4.0将我国设施园艺划分为4个等级，那么目前我国设施园艺产业1.0（设施和生产均不规范）约占2/3，设施园艺产业2.0（设施和生产有了相应规范）约占1/3，设施园艺产业3.0（设施与生产现代化）占比不到1%，设施园艺产业4.0（智能化）初见端倪。
根据农业农村部农业机械化水平评价指标体系，年北京市设施农业生产机械化水平为35.46%，比主要农作物耕种收综合机械化水平的90%低50多个百分点，还处在机械化初级阶段。
从各环节看，设施蔬菜生产耕整地机械化水平比较高。由于设施空间狭小，耕整地作业主要采用微耕机（田园管理机）进行。种植、采运机械化水平比较低，且近几年提升幅度较慢，现阶段还是以人工作业为主。采运机械主要包括采摘或运输两个过程，机械采摘相对较少;运输以省力轨道车等室内运输设备为主，应用比例不高。灌溉施肥和环境调控机械化水平有待进一步提升。灌溉施肥机械化主要包括灌溉、施肥两方面内容，节水灌溉包括滴灌、微灌等方式。施肥多采用水肥一体化设备进行作业。环境调控机械以机械卷帘、机械卷膜作业为主。
二、设施蔬菜机械化发展存在的问题
郭建业：一是设施结构不合理、限制机具使用。目前我国设施栽培生产多采用一些简易型日光温室和竹木结构塑料拱棚，设施简陋、空间小、作业不便、产出率低，受雪、风、低温、高温、弱光等自然灾害影响大；缺乏有效抵御冬春低温、高湿、寡照和积雪，夏秋季高温等不利气候的措施。
另外在日光温室中，还存在大量的土钢、土木结构温室，制约了机械化的发展，砖钢结构日光温室，也由于存在前屋面仰角小、脊高低、跨度短等不利条件，机械作业容易留下死角；塑料大棚跨度、脊高及两端结构多种多样，没有充分考虑机械作业的通过性；与此同时，北京地区还存在大量的中小拱棚，整体较矮，且常有支柱，难以机械化作业。
二是蔬菜种植规模小、品种多、管理不统一。目前，我国设施蔬菜产业仍以个体农户分散经营为主，蔬菜生产经营户众多，户均（无论是家庭还是园区、合作社）承包面积不超过10亩。部分园区种植多达50余种作物，专业化程度低。在水、肥、药及栽培管理等方面，农户种植完全凭经验进行，主观差异大，操作随意性大，行株距等作业指标经常凭经验判断，种植管理不统一，不利于起垄机、移栽机等农机装备的配套。
三是农机设备成本高、种类少、智能化水平低。对于播种、移栽等设备，国内产品种类少，国外进口动辄十几万甚至几十万，不但购置成本高、使用、维修费用也高；设施农机补贴机具种类少，主要以卷帘机、微耕机、保鲜库为主。在水肥灌溉、环境控制等环节，人为操作多，只凭经验感觉把握，不仅造成水肥等资源的浪费，还很难营造出最适宜作物生长的条件，影响作物的产量和品质。
四是农业现代新技术推广应用普及率低。一是农机技术人员严重缺乏，懂蔬菜农艺和机械操作与维护的人员不多，基层农技人员对新机具新技术的知识更新速度跟不上现代农业机械化发展需求，难以向种植户推荐适宜机具；二是种植户和蔬菜生产人员知识水平低，生产技能不能满足机械化生产要求；三是当地特色蔬菜机械化生产技术规范还未形成，缺乏设施农业机械技术标准、作业质量标准和规范，难以进行技术推广和规范化生产指导。
三、北京市农业机械试验鉴定推广站在设施蔬菜生产机械化技术与设备方面做了哪些工作？有哪些实操案例？
郭建业：近年来，我站为综合提升京郊设施蔬菜生产机械化水平，减少劳动用工，缓解劳动力紧缺的矛盾，采用自主研发、引进改进、引进集成的技术路线，分别围绕塑料大棚、日光温室开展技术研究：塑料大棚以蔬菜生产高效为目标创新集成土壤深耕、起垄、移栽关键环节机械化技术；日光温室以省工省力为目标创新集成土壤深耕、卷帘、开窗及果菜、物料运输机械化技术、温室环境调控技术。通过大量的筛选、试验、研究、改进工作，在塑料大棚、日光温室蔬菜生产各个环节形成了一些机械化技术。
1.集成塑料大棚高效生产机械化技术，解决了中型动力设备门难进、头难调的问题，提高了大棚果菜生产关键环节机械化水平。
设计了2种大棚宜机化改造方案，保障了中型农机设备顺畅出入大棚，作业无死角，并可实现多栋大棚连续循环作业。创新研制1种小型有机肥撒施机，解决了人工撒施费时费力的问题，撒肥效率约2.7吨/小时，撒施均匀性95%以上，适合撒施湿度不超过50%的有机肥。筛选出35马力的塑料大棚动力机械，配套塑料大棚深耕技术方案，耕深达20-25厘米，比传统微耕机深耕5-15厘米以上，作业效率是传统微耕机的10倍。结合果菜种植农艺条件，联合企业开发研制了塑料大棚起垄设备，完善起垄配套技术方案；起垄时辅以液压压力，使垄形饱满整齐；垄高10—15厘米；垄底宽90—厘米；垄顶宽70—90厘米；作业效率是人工的72倍。建立移栽机选型系统，从国内外9种先进移栽机中选型出3种适用机型：汽油机动力自走式移栽机、电动自走式移栽机与悬挂式复合式移栽机，其中悬挂式复合式移栽机是经过我团队多次试验改进完善的一种机型。集成配套形成3种塑料大棚果菜高效生产机械化配套方案，既可适用于大棚果菜膜上、裸地种植也可适用于露地果菜的膜上和裸地种植，在京郊蔬菜园区进行试验示范，每年示范面积有千余亩。
2.引进开发日光温室省力生产机械化技术，将耕作、移栽、物资运输等简单重复劳动省力化，降低了菜农劳动强度，提高了作业效率。
引进结构紧凑的6马力深耕机，旋耕作业深度达18-22厘米，比传统微耕机可深耕3-12厘米，打破了传统微耕长期留下的犁底层，改善土壤性能、增强蓄水能力。作业效率是传统微耕机的2倍，比人工作业提高12倍，提高了日光温室耕整地机械化作业质量和水平。研制了3种小型蔬菜移栽机：一种采用反向电动链传动补偿定植时的相对零速运动，以保障栽植质量；一种可实现原地直角转弯换行，节省作业空间；一种吊杯采用自覆土机构，提高了栽植质量，机架采用铰接浮动设计等多种新型机构，加大地隙增加通过性，增加了转弯、过垄方便性。设计了2种移栽辅助栽植器：一种为手持式栽植器，头部采用三开口尖顶模式，刨穴快，埋穴实；一种为便携式栽植器，可同时栽植两行，实现行距、栽植深度可调。采用辅助栽植器，在移栽过程中菜农不需要弯腰就可以完成种植动作，不挖坑，自动埋根，省时省力。研制了3种温室轨道运输技术与装备：吊轨运输技术、地轨运输技术与连栋温室轨道车运输技术，解决了产前有机肥撒施、产中植保打药、产后采摘果实、处理残秧等作业过程中运送大量物料时费工费力的难题。
3.开发研制2种日光温室果菜生产通用机械技术与设备，突破温室结构限制以及种植农艺条件约束（南北向种植），解决了温室果蔬生产机难进、地难耕、苗难栽的问题，实现了温室果菜生产关键环节机械化作业。
针对规模化生产园区，开发研制了日光温室农机作业3D平台技术与成套设备，该设备以电源为动力，采用主机平台+不同农机具方式，通过三维运动可实现土壤耕整地、起垄、移栽、喷灌、植保等关键环节自动化或半自动化作业，适宜在大规模生产园区配套使用，从而可建立日光温室工厂化作业模式，大幅度提高设施蔬菜生产综合机械化作业水平和作业质量。另一种是针对当前小规模、相对分散的温室生产现状，在日光温室农机作业3D平台的基础上，我站果类创新团队进一步开发研制了小型自动换行换向农机动力平台，同样可实现温室耕整地、起垄与移栽关键环节机械化作业。小平台采用自升降、自平移、自旋转结构，实现自动换行换向，可解决换行不破坏已作业行的问题；采用水平伸缩结构实现工作部件前后平移，解决作业不到边的问题。同时辅以电子信息化技术，可实现自动化或半自动化作业及远程数据传输和控制。
四、您觉得温室的宜机化未来需要重点从哪些方面着手？
郭建业：我市设施农业生产经营户众多，单户的规模较小。以个体生产家庭经营为主的承包户户均承包面积为3亩，以集约化生产为主的公司、园区、合作社等户均承包面积6.5亩，这种小规模的生产经营模式，机械利用效率低，作业成本就高，对全市设施农业机械化水平的提高产生一定的阻碍作用。因此急需实行园区化和适度规模化生产，一个园区可建成-亩的规模，种植蔬菜的种类最好也能单一化、专业化，这样也利于形成品牌化生产。同时无论是新建温室，还是对温室进行改造，都要考虑宜机化。依照农机通行和室内作业条件，对出入口、骨架、耳房、缓冲间、室内通道等进行改造，优化种植空间布局，满足设备安装转运、通行作业的需求。比如在距前屋面底脚1m处骨架高度需大于1.8m，这样能够使机具作业到边，充分利用土地面积；再比如在温室前屋面需留有中小型农机具进出作业通道，等等。
其次要农机农艺融合，推行温室种植标准化。目前温室蔬菜生产普遍存在“品种杂、环节多、经验不一致”的现象。部分园区蔬菜种植多达50余种，种类非常多，叶类、果类、瓜类都有，专业化程度也很低。温室蔬菜生产从前期的耕整地、起垄，一直到收获、拉秧，生产环节多，而且各环节农户种植操作随意性大，行株距等作业指标经常凭经验判断，种植管理不统一，不利于起垄机、移栽机等农机装备的配套。因此要想提高设施蔬菜生产的机械化水平，实现高效轻简栽培需要农艺措施的配合。这其中很重要的一点就是要把传统的南北向种植，改为东西向种植。通常我们会认为东西向种植蔬菜，尤其是果类菜，靠北墙的一侧采光会不足，长势会不好，但通过很多对比试验发现，像番茄、辣椒、黄瓜等，通过采用宽沟窄垄的方式进行种植，东西向种植的番茄产量不但不会降低，还会节省人工成本，降低病虫害发病率。
最后要推行操作机械化，中小型农机设备配套化。目前适宜日光温室生产使用的开沟、起垄、覆膜、移栽、采运等小型化、实用型机械种类较少，因此需要科研机构、设备厂家要加大开沟、起垄、覆膜、移栽、喷药、采摘等小型机械研发，作为我们农机推广部门要筛选出适宜的温室中小型机械并进行集成配套研究，同时要引导温室大棚种植户组建设施种植机械服务合作组织，分担设施生产机具的购置和使用成本，提升生产全过程机械、设备共享服务能力。发展“全程机械化+综合农事服务”等设施种植社会化服务新模式、新业态。
中国南和设施农业产业集群文章来源：本文选自《中外农业概览》年第24期总第期，由《中外农业概览》编辑部采访报道，未经许可不得转载；