蔬菜做畦装备的发展现状

管春松+胡桧+陈永生+高庆生+杨雅婷

摘要：做畦装备是蔬菜精细化整地环节中不可缺少的关键装备，可有效解决现有整地机作业质量不能满足蔬菜苗床整理要求的问题，对降低蔬菜生产成本、提高生产效率具有现实意义。因此，首先对国内典型蔬菜作物畦作农艺要求进行探讨归纳，提出2种规格的畦结构；在此基础上，系统分析国内外做畦装备的研究应用现状及特点；最后指出现有做畦装备的研究不足和发展建议，以期为我国蔬菜做畦装备的设计研究和应用推广提供参考。

关键词：做畦装备；蔬菜整地；现状

中图分类号： S233.74文献标志码： A文章编号：1002-1302（2017）17-0024-03

通信作者：胡桧，副研究员，从事设施农业工程技术研究。Tel：（025）84346254；E-mail：wsdhu@163.com。蔬菜是人類生存不可缺少的生活资料，是人们日常生活必需的副食品，近年来我国蔬菜播种面积达2 000多万hm2，占世界总播种面积的1/3以上，总产量超过7亿t/年，占世界总产量的60%左右，此外蔬菜从业人员数量、人均占有量以及出口加工量均居世界第一，在我国农业和农村经济发展中具有独特的地位和优势[1]。但与主要粮食作物相比，我国蔬菜生产机械化水平非常低，综合机械化水平仅为20%左右，对蔬菜产业发展的制约影响日益凸显[2-4]。蔬菜地整理为蔬菜作物播种或移栽及出苗发育创造适宜的土壤耕层结构，是实现蔬菜生产全程机械化最为首要和关键的环节之一。与粮食作物整地要求不同，蔬菜作物种植一般采用畦作（或垄作），蔬菜地整理除了包括犁地、翻耕等传统耕作环节，还包括做畦（起垄）环节，须满足“上虚下实”的畦（或垄）型结构要求。近些年国内已对犁地、翻耕装备开展了大量的研究，但是对专用化的做畦装备研究很少，已逐渐成为蔬菜整地环节中的“瓶颈”问题，直接制约整地环节综合机械化水平的提升，亟需研制符合我国国情的先进蔬菜做畦装备。因此，调研掌握国内外同类做畦装备的发展现状及特点、分析探讨现有国内研发产品存在的问题，对我国蔬菜做畦装备的设计研究和应用推广具有重要的意义。

1蔬菜畦作农艺要求

目前日本、荷兰、澳大利亚等蔬菜生产已实现标准化种植，日本针对各类蔬菜的种植给出具体的畦作农艺要求（畦宽、畦高及株行距要求），荷兰、澳大利亚等针对蔬菜种植给出标准化的畦作要求，并规定畦上作业机具的轮距与畦宽尺寸一致，保证畦上作业的顺利进行[5-10]。相反，我国蔬菜种类多、品种全、南北方种植差异大、种植制度不规范，直接导致各地的畦作农艺要求也不尽相同，须尽快统一规范，形成系统的畦作标准，进而为做畦装备的设计与推广提供理论基础。

我国菜畦的主要类型有平畦、沟畦、高畦（垄），其中高畦（垄）的畦面高于地面，用于种菜，畦沟内方便蓄水和排水，特别适合南方降水量较大地区蔬菜种植；同时高畦还有利于保温和增厚耕作层，适合耕层浅地区的蔬菜种植，适用性更强，在实际生产中更受欢迎。

高畦（垄）的结构尺寸因区域气候条件、土壤条件及蔬菜种类等而异，结合调研和文献检索，给出我国南方蔬菜典型作物畦作的农艺要求（表1）[11-17]。由表1可知，大部分蔬菜作物可按做畦截面形状将高畦（垄）归类为宽畦和窄畦2类。其中，宽畦可设为2种规格：畦宽为100～120、150～170 cm，畦高为15～20 cm，可调；窄畦也可设为2种规格：畦宽为 50～60、80～90 cm，畦高为20～30 cm，可调。

2国外蔬菜做畦装备研究现状

近年来，国外蔬菜做畦技术与装备研究较迅速，许多国家已将蔬菜畦作的农艺要求进行系统研究，并制定相应的农艺规范，限定畦上作业机械轮距要求，进而开发出相应配套的做畦装备，真正实现农艺与农机的有效结合。目前，国外蔬菜生产机械化程度高，研制开发的做畦装备性能稳定，产品多而全，已形成系列化，适用性广，应用也较普遍，正朝着高效复式、节能减阻、自动化及智能化方向发展，以作业环境不同其产品大致可分为以下2类。

2.1露地栽培做畦装备

露地用蔬菜做畦装备以欧美等国为代表的大农场用做畦机为典型代表，意大利、法国等欧美国家地广人稀，人均耕地面积大，主要考虑作业的高效性。此类产品体积较庞大，大多采用牵引式行走方式，多畦（2、3、4、6畦为主）联合作业方式。

牵引式做畦装备在国外一般采用3点悬挂装置挂接于大马力拖拉机（≥44.1 kW）后方，根据对土壤的作业次数又分为单刀辊和双刀辊2种结构，两者相比单刀辊结构配套动力相对需求小，更适合沙性土壤环境作业；双刀辊结构采用二次表1典型作物畦作农艺要求

类型蔬菜每畦种植方式畦宽（cm）沟宽（cm）畦高（cm）畦型特点叶菜类白菜撒播100～12015～2012～20浅沟宽畦甘蓝移栽2行或4行120或17020～3015～20浅沟宽畦茄果类番茄移栽2行120～1503015～20浅沟宽畦辣椒移栽2行80～9025～3015～20浅沟窄畦根茎类胡萝卜条播1～2行50～6025～3015～20浅沟窄畦马铃薯移栽2行80～902525～33深沟窄畦

耕作土层的原理，精细耕作表层土壤，所整理的畦质量更佳，同时也适合黏性土壤作业。

单刀辊牵引式做畦装备主要由机架、扶土器、传动机构、起垄板、压整盖板、尾轮等组成，部分还包含镇压辊及液压控制部件等（图1）。其工作原理为：采用地表土壤堆积培埂后做畦，一般先通过深旋耕刀辊（或刀齿）深耕土壤，将土壤进行破碎并松散凸起于地表，形成足够的堆土量用起垄板培埂，然后用压整盖板或整形、镇压部件压整埂，实现所要求的畦结构。双刀辊牵引式做畦装备在单刀辊的结构基础上再增加表层精细碎土辊装置，进行深耕环节后表土二次精细破碎，再起畦作业，其目的在于保证表层土壤达到蔬菜苗床整理的细碎度要求。相关机型有意大利Hortech公司、FORIGO公司及MASSANO公司生产的多种类系列化做畦机，CELLI公司生产的ARES系列做畦机，ORTIFLOR公司TSA系列做畦机以及法国Simon公司Cultirateau系列做畦机等[18-19]。

上述露地栽培做畦装备一般仅适合浅沟型畦场合，此外，国外还有利用开沟做畦原理研制的做畦装备，尤其适合深沟型畦作业场合（图2）。开沟型做畦机一般先采用两侧的圆盘式开沟装置将土壤深旋，而后土壤被圆盘的旋转带动，通过离心力甩至畦的正中央，自然形成畦结构，部分机具为保证畦表面的平整度，在畦表面增加镇压板或镇压辊对表土镇压修平。相关机型有意大利COSMECO公司研制的B1、B10、B12型开沟做畦机，CUCCHI公司AS2型开沟做畦机以及英国George Moate公司3行做畦机等[20]。

2.2设施栽培做畦装备

设施结构类型主要有日光温室、塑料大棚及连栋温室等，由于连栋温室内部构建标准，棚室门宽敞，方便机器进出，同时棚边角处无操作死角，因而连栋温室内做畦装备有很多直接借鑒露地做畦装备，图3为图1-a中的机具在国外大型塑料大棚内作业图。而针对日光温室和塑料大棚等作业空间有限的作业环境，日本、韩国等农业发达国家也研制出成熟的产品，这些国家作业田块小，人口相对集中，其研发的做畦装备结构较紧凑轻盈，便于进出设施棚室，且易操作，目前正在向进一步降低能耗、提高作业精度和质量方向发展。

如图4所示，此类产品一般采用汽油机为动力，将动力传递至刀辊上，刀辊通常在中间部位布置旋耕刀片，两端设有起垄刀片，通过刀辊的转动带动旋耕刀切削土壤，同时起垄刀将切出的土块甩至畦中间区域集中，再利用起垄整形板镇压畦沟的侧边，完成畦的整理。此类装备大多采用自走式行走方式，并多采用单畦或双畦作业方式。相关机型有日本井关公司MSE18C、KK83F6型做畦机，韩国璟田3ZL-5.9-1200型做畦机及英国Little Wonder公司902型做畦机等[21-22]。

另外，针对作业功能的不同，为提高作业效率，减少土壤压实，国外部分做畦装备并非仅有单一做畦功能，很多采用的是复式作业结构，主要代表产品有做畦覆膜一体机、做畦施肥一体机、做畦播种一体机、做畦铺管一体机等。

3国内蔬菜做畦装备研究现状

我国现有的露地栽培做畦装备大多借用粮食作物上用的起垄机具，采用大马力拖拉机配套旋耕起垄机，拖拉机动力一般为36.75 kW以上，虽然作业效率高，但作业质量远不能满足蔬菜精耕细作的做畦要求；而设施内大多采用微耕起垄机（6.615 kW以下）或手扶拖拉机（8.82～11.025 kW）配套旋耕起垄机，动力偏小，作业效率低且质量差，作业质量还有待提高[23]。

近几年国内蔬菜机械装备逐渐得到重视，国内对蔬菜做畦技术与装备的研究逐渐增多，但仍处于起步阶段，成熟的产品相对较少。2013年北京中农富通园艺有限公司和上海市农业科学院在国内最先开展蔬菜专用做畦机具的引进，分别引进了意大利FORIGO公司和Hortech公司的蔬菜做畦机，开展了相关研究并发现机具出现“水土不服”的情况，整地效果与国外相比相差甚远[24]。之后，上海市农业机械化研究所对Hortech公司引进的机具结构进行了改进，基本满足叶菜类蔬菜种植的做畦农艺要求[25]。

2014年农业部南京农业机械化研究所联合青州华龙机械有限公司开发了125/140型精整地机，采用牵引式双刀辊结构，工作时前后刀辊同时相向转动，上下分层分段切削土壤，而后采用垄形板和主动镇压畦压整，作业效率高，露地栽培与设施栽培均适用[26-28]。2015年与江苏省盐城市盐海拖拉机制造有限公司共同开发了设施用单/双畦施肥做畦一体机，适用于浅沟窄畦作物的做畦。

同样采用双刀辊切削原理、牵引式结构形式，2015年黑龙江德沃科技开发有限公司研制了1DZ-180型多功能整地机，配套动力达60 kW，作业幅宽1.8 m，畦高5～20 cm，适合用于露地蔬菜栽培。同年，江苏省太仓市项氏农机有限公司开发的1ZKPY-130/150型做畦机具采用单刀辊结构，单次切削土壤后利用被动镇压辊镇压做畦，结果可实现畦结构，但作业后畦表层的土垡过大，效果不够理想。

针对设施用做畦装备，山东华兴机械股份有限公司研制的3TG-6型多功能起垄机，做畦宽度40～120 cm；畦高15～40 cm，可做畦或起圆垄，同时设有夯实机构在做畦过程中自行对畦表面进行镇压操作，适合深沟窄畦蔬菜作物做畦需求。

4存在的主要问题

4.1标准化种植程度低

我国蔬菜种植基本都以个体农户为主，规模较小，同时蔬菜种类繁杂，各作物对做畦及起垄的农艺要求各不相同，缺乏规范化和标准化的引导，一方面使得开发的同一做畦装备作业性能不能适应不同区域、不同土壤条件的同类作物整地要求，通用性不强；另一方面会导致各做畦装备设计的轮距宽窄不一，使得后期的移栽（或播种）装备及收获装备无法衔接配套使用。

4.2做畦专用化装备认识不够

目前国内农户对蔬菜地整理装备的认识上仍然停留在简单的犁旋耕和微起垄等装备上，对做畦环节基本都是以传统的手工拉线标记和培畦埂作业完成；或仍采用起垄机代替做畦机作业，不重视做畦专用装备的开发，导致畦沟的作业质量达不到蔬菜床整理的要求。

4.3装备作业质量差

现有研发的做畦装备作业质量不佳，存在耕深不够、畦面平整度和细碎度差，畦沟不直不清等问题；同时对作业区域的选择性要求较高，在沙土条件下作业性能优于粘性土，目前对黏湿土的适应性差，甚至出现卡死罢工等现象。

4.4装备智能化程度低

国内现有的少量的做畦装备运用了液压控制技术，使得镇压辊部件能主动旋转镇压松散的畦埂表面，平整度得到有效提高，但在耕深智能调节、畦宽智能调节、畦面紧实度、畦沟直线度等作业质量在线检测控制等方面还存在缺陷，有待进一步提高完善。

4.5装备系列化配套差

现有做畦装备基本都用于小田块单畦作业，作业效率低，对于像露地等大田块做畦装备目前国内仍是空白，缺乏系列化产品；此外，现有的做畦装备大多关注于做畦本身的功能开发，对与做畦功能配套的覆膜、铺管、施肥等复式联合作业机具的开发很少见到相关报道，因此急须开展满足蔬菜种植要求的多元化做畦复式装备研究。

5发展建议

5.1加强农机农艺紧密融合

加强蔬菜畦作的农机农艺融合，对蔬菜种类进行归类划分系统研究，对其种植要求及菜地整理要求进行分类，政府引导制定规范，提出合理的做畦农艺要求，提高标准化作业程度，便于做畦专用装备的研发和推广。

5.2进一步提高装备的作业质量及适应性

提高装备的设计水平，加强刀齿、刀片等关键部件的数值模拟和试验研究；提高关键零部件的制造质量，在可靠性和适应性方面开展系统研究；引进国外先进技术，加强作业性能智能化控制和作业质量智能化检测研究，进一步提高做畦装备的研发水平和作业质量，同时引导农户使用新装备。

5.3加强复式系列化作业装备研发

随着蔬菜露地生产规模的增大，不但要关注做畦装备的作业质量，更应提高作业效率，一方面加强作业装备的系列化研究，研制满足生产需求的多畦作业装备；另一方面应吸收国外的成功经验开展复式作业装备的研发，如做畦覆膜（铺管）一体机、做畦播种一体机、做畦施肥一体机等联合作业装备的开发。

参考文献：

[1]张真和. 我国发展现代蔬菜产业面临的突出问题与对策[J]. 中国蔬菜，2014（8）：1-6.

[2]陈永生，胡桧，肖体琼，等. 我国蔬菜生产机械化现状及发展对策[J]. 中国蔬菜，2014（10）：1-5.

[3]陈永生，崔思远，肖体琼，等. 蔬菜机械化生产亟需强化农机农艺融合[J]. 蔬菜，2015（2）：1-3.

[4]张晓青，魏国平，唐于银，等. 江苏省沭阳县蔬菜产业发展与农业技术推广中的问题与对策[J]. 江苏农业科学，2012，40（7）：395-396.

[5]新農業機械実用化促進株式会社.農業機械化対策の今後の取組方向[M]. 東京：新農業機械実用化促進株式会社，2012：7-15.

[6]新農業機械実用化促進株式会社.緊プロ農機のすべて[M]. 東京：株式会社ケイマール，2015：10-15.

[7]Vermeulen G D，Mosquera J.Soil，crop and emission responses to seasonal-controlled traffic in organic vegetable farming on loam soil[J]. Soil and Tillage Research，2009，102（1）：126-134.

[8]Mcphee J E，Aird P L.Controlled traffic for vegetable production：part 1. machinery challenges and options in a diversified vegetable industry[J]. Biosystems Engineering，2013，116（2）：144-154.

[9]Vucajnk F，Vidrih M，Bernik R.Physical and mechanical properties of soil for ridge formation，ridge geometry and yield in new planting and

ridge formation methods of potato production[J]. Irish Journal of Agricultural and Food Research，2012，51（1）：13-31.

[10]Bernik R，Godesa T，Dolnicar P，et al.Potato yield and tuber quality in 75 cm and 90 cm wide ridges[J]. Acta Agriculturae Slovenica，2010，95（2）：175-181.

[11]陈光蓉. 蔬菜生产（南方本）[M]. 重庆：重庆大学出版社，2013.

[12]秦贵，刘晓明，郭建业，等. 大棚蔬菜生产栽植机械化技术试验示范[J]. 农业工程，2014（增刊2）：41-44，48.

[13]蒋咏梅. 江苏海门市设施瓜蔬标准化生产技术[J]. 中国园艺文摘，2014（11）：164-165.

[14]梁松练，李志伟，李就好，等. 南方蔬菜生产机械化的特点与对策[J]. 农机化研究，2004（5）：47-48，50.

[15]高庆生，胡桧，陈永生，等. 长三角地区花椰菜生产机械化模式探讨[J]. 中国蔬菜，2015（8）：8-10.

[16]李凯锋，杨炳南，杨薇，等. 国内外胡萝卜种植现状及播種机研究进展[J]. 农业工程，2015（1）：1-5.

[17]张丽华. 武汉市设施蔬菜生产机械化发展研究[J]. 湖北农机化，2014（4）：60-61.

[18]FORIGO[EB/OL].[2016-01-20]. http：//www.forigo.it/Interratrici—Interrasassi_pd_4.aspx.

[19]韩宏宇，沈亮，彭君峰，等. 耕整地机械的应用及发展研究[J]. 农机使用与维修，2016（1）：20-21.

[20]COSMECO[EB/OL].[2016-01-20]. http：//www.cosmeco.it/prodotti/scavafossi-biruota/pagina-1.

[21]张兆辉，郑秀国，姜玉萍，等. 青菜小型机械化生产关键技术[J]. 长江蔬菜，2015（23）：13-15.

[22]赵志强. 宝山区蔬菜机械化现状与发展对策[J]. 农业开发与装备，2015（10）：66-68.

[23]胡桧，陈永生. 设施农业栽培耕整地机械化作业技术研究与探讨[J]. 中国农机化，2010（1）：63-66.

[24]武春霞. 蔬菜生产机械化程度亟待突破[J]. 农经，2013（4）：42-45.

[25]杨晓峰，张兆辉，姜玉萍，等. 青菜全程机械化生产关键技术研究初报[J]. 上海农业学报，2014，30（1）：94-96.

[26]管春松. 一种智能精细整地装置：201420812108.8[P]. 2014-12-19.

[27]张浪，陈永生，胡桧，等. 1ZL-140蔬菜联合精整地机具的研制[J]. 中国农机化学报，2015，36（1）：7-9.

[28]管春松，王树林，胡桧，等. 蔬菜做畦机设计与试验[J]. 江苏大学学报（自然科学版），2016，37（3）：288-295.李德旺，许春雨，宋建成. 现代农业智能灌溉技术的研究现状与展望[J]. 江苏农业科学，2017，45（17）：27-31.