我国茎叶类蔬菜生产关键环节的机械化作业模式

金 月 肖宏儒曹光乔 宋志禹 杨 光 韩 余

（农业农村部南京农业机械化研究所，江苏南京 210014）

我国茎叶类蔬菜生产综合机械化水平仅20%左右，人工成本占生产总成本的65%左右，劳动强度大、成本高。本文基于对茎叶类蔬菜栽培农艺的深入调研，结合多年研发茎叶类蔬菜生产装备技术的经验，提出露地和设施两种茎叶类蔬菜标准化机械栽培模式，从农机农艺融合、生产装备配置角度总结出一套较为完整的茎叶类蔬菜生产关键环节机械化作业模式。

蔬菜产业是农业农村经济的重要支柱产业，关乎农民的“钱袋子”和城镇居民的“菜篮子”，2016 年全国蔬菜种植面积2 232.83 万hm2，总产量79 779.7 万t，总产值约1.6 万亿元（http：//www.moa.gov.cn/ztzl/scscxx/tjxx/），其中茎叶类蔬菜占比为30%～40%（卢绪梁 等，2018）。茎叶类蔬菜生产是一项系统工程，过去对茎叶类蔬菜生产机械化不够重视，一直缺少从耕整地、种植、田间管理到采收全程的系统性研究，生产装备技术研究起步晚、发展慢、技术水平不成熟。

受茎叶类蔬菜品种繁多、种植规模小、种植农艺粗放且复杂等因素影响，我国茎叶类蔬菜生产装备技术应用推广难度大。目前，我国茎叶类蔬菜生产机械化综合水平仅20%左右（肖宏儒 等，2018），特别是收获仍以人工为主，劳动强度大、耗时多、成本高，极大地制约了茎叶类蔬菜产业的发展（卞丽娜 等，2015）。笔者通过长期对我国茎叶类蔬菜栽培农艺的深入调研，以及多年茎叶类蔬菜生产技术与装备的研发经验，提出露地和设施两种茎叶类蔬菜标准化机械栽培模式，从农机农艺融合、生产装备配置角度总结出一套较为完整的茎叶类蔬菜生产关键环节机械化作业模式，规范栽培农艺和生产机械化作业，对指导茎叶类蔬菜生产实现全程机械化具有重要意义。

1 我国茎叶类蔬菜生产机械化现状

蔬菜在我国各省、市、地区广泛种植，主要分布在山东、江苏、浙江、河南、四川、广东、广西等地的平原和丘陵山区地带，区域集中度较高。2015 年，山东、河南、江苏、广东、湖南蔬菜种植面积位居全国前五，播种面积之和占全国蔬菜总播种面积的36%（http：//www.moa.gov.cn/ztzl/scscxx/tjxx/201610/t20161027_5323 082.htm）。近年来，全国蔬菜生产始终保持着稳定发展的上升态势，蔬菜产量逐年增加，但蔬菜销售价格一方面受气象条件的影响，另一方面受栽培模式和人工成本高等条件的制约也持续走高（孔繁涛 等，2016）。

此外，由于我国茎叶类蔬菜品种丰富、种植农艺复杂，蔬菜生产机械化研究起步晚、发展慢、技术水平不成熟。茎叶类蔬菜生产中的单一环节，如耕整地、移栽、田间管理等环节机械化程度较高，生产技术水平日渐成熟，但存在各环节间作业参数不配套、作业性能不达标等问题，严重制约了蔬菜生产装备技术的应用和发展。我国茎叶类蔬菜收获装备技术研究的难点是如何实现有序收获，使机械化收获后的普通白菜（小油菜）、茼蒿、韭菜等茎叶类蔬菜整齐入箱，便于包装整理，与国外的采收方式截然不同（金月 等，2018；杨光 等，2018）。目前，我国茎叶类蔬菜耕作机械化水平约25%、种植机械化水平约20%、收获机械化水平不足10%，综合机械化水平仅20%左右，人工成本占生产总成本的65%左右，劳动强度大、成本高，对茎叶类蔬菜生产装备技术需求迫切。

2 茎叶类蔬菜生产机械化作业模式 研究

2.1 传统人工生产模式

目前，全国大部分茎叶类蔬菜生产基地和园区除耕地基本上都实现了机械化操作外，其他生产环节仍以人工作业为主。常见的生产模式是：首先采用微耕机或旋耕机将田块耕一遍，然后由人工拉线起垄（做畦），再用手扶式播种机进行条播或人工撒播，或人工将事先育好的秧苗在垄（畦）上进行移栽，生长过程中还需要根据实际种植情况进行补苗或间苗，最后由人工对茎叶类蔬菜进行采收。

2.2 机械化配套作业模式

茎叶类蔬菜生产机械化全过程需配置的设备有：1 台25～40 kW 大棚王拖拉机作为动力主机，配备整地播种复式作业机，根据栽培需要可以一次性完成旋耕、开沟、做畦、施肥、播种、平整、镇压作业，或配置整地移栽复式作业机，一次性完成旋耕、开沟、起垄、施肥、镇压、覆膜、移栽作业；1 台光电气色复合式害虫捕获机，通过灯光诱集、色板诱杀、负压风机二次捕杀害虫的手段，实现对茎叶类蔬菜病虫害的物理绿色防控；1 台行间除草机，对于生长期较长的露地种植蔬菜，通过割断杂草并粉碎还田，实现种植作物行间杂草去除；1 台收获机，根据茎叶类蔬菜种类、设施结构或露地种植规模、收获要求等因素确定适合的采收机械。需要特别注意的是，配置的茎叶类蔬菜耕种作业装备必须达到规定的土壤细碎度、畦面平整度、畦面坚实度和栽种深度“四度”作业规范要求，生产全程机械化设备的机械结构、作业参数等必须各环节间相配套，才能最大限度地发挥机具的作业性能，提升生产作业效率，实现生产全程机械化。

2.2.1 配套耕整地机械化技术 为了确保茎叶类蔬菜生产各环节装备技术参数配套、性能协调统一，在满足大多数茎叶类蔬菜种植和生长要求的前提下，提出机械化旋耕做畦方式与规格标准如下：畦顶面宽1.2 m，畦底宽1.3 m，畦高10～15 cm，沟宽20～30 cm；对于土壤粘性不同（含水率不同）的田块，旋耕刀轴的转速应不同，作业过程中机具保持匀速直线行驶作业，降低耕深不稳定性，整地后田角余量少，田间无明显漏耕、壅土现象。

做畦作业时需保证畦的平直和畦距的一致性，畦面土壤细碎度≥90%，畦表面平整度≤2 cm；且在满足种子出苗率的前提下，应保证畦面有尽可能高的坚实度，利于后续种管收环节装备作业；做畦后应确保畦形完整，畦沟回土、浮土少，畦面上层土壤细碎紧实，以利于控制播种深度和出苗率、幼苗长势一致，下层土壤粗大松散、透气性好。

2.2.2 配套种植机械化技术 根据栽培需要选择适宜的作业装备，在畦顶面宽度为1.2 m 的畦上进行播种或移栽，播种机或移栽机的栽种株行距、栽种深度、播种量及均匀性等均需满足生产要求。此外，根据蔬菜生产需要进行深施肥、追肥等条施、撒施作业，根据施肥深度和肥料类型选择适用的施肥机。目前，为了耕种环节装备间能够更好的匹配，减少机具反复下地的次数，提高机具的利用率和多功能性，通常将播种或移栽、施肥功能与旋耕做畦复式作业机进行集成。

装备技术参数：播种行数12 行（可调），行距10 cm（可调），播种深度0.5 cm；移栽行距25～50 cm，株距15～50 cm，移栽行数、播种量和施肥量的确定取决于茎叶类蔬菜生产的实际作业要求。作业中需在具有一定硬度的畦面上进行，栽种深度一致性、种肥均匀性要好。

2.2.3 配套田间管理机械化技术 蔬菜虫害物理综合防控技术。设施种植多采用色板和防虫网进行虫害防控，色板多为黄色诱虫板。露地种植宜选用色板和灯光诱集装置昼夜交替配合引诱害虫，克服色板无法夜间引诱和灯光诱集装置无法白天引诱的技术问题，灯光诱集装置可通过选择合适的光波波段来避免天敌误伤的问题；采用高压电网电杀，并利用负压风机进行二次捕杀，解决直接采用风机负压捕杀害虫时无选择性、噪音大而且容易损伤植物的问题；实现高效低耗、节能环保的自动化捕虫，为害虫物理防治提供理想的方案。

蔬菜行间除草技术。通常采用甩刀粉碎还田或一字耐磨刀水平旋转切割原理除草，实现种植作物残株粉碎还田、行间杂草去除等，粉碎除草质量应达到碎草率≤10%，漏割率≤5%；根据残株、杂草的厚度调节粉碎的次数，达到适合的效果；根据作业需要加装碎草收集装置，集草率≥85%。

2.2.4 配套采收机械化技术 在茎叶类蔬菜出苗整齐、长势较一致的规范化菜地中进行机械化收获作业，田块坡度在15°以下，茎叶高度10～40 cm。根据茎叶类蔬菜种类、设施结构或露地种植规模、收获要求等多种因素确定适合的采收机械，如收获苜蓿（草头）、豌豆苗等蔬菜，宜选用跨行行走的无序收获机；收获鸡毛菜、芦蒿等蔬菜，宜选用有序收获机；收获设施大棚种植的蔬菜宜选用轻简型电动收获机，收获规模化露地种植的蔬菜宜选用乘驾型或多功能型收获机。

装备技术参数：机械切割幅宽1.2 m；收获质量应达到损失率≤5%，茎叶破损率≤10%，每小时收获效率≥667 m2。

2.3 生产机械化模式应用案例

为了提升我国茎叶类蔬菜生产机械化综合水平，本文提出茎叶类蔬菜生产机械化作业模式，该模式从农机农艺融合角度，制定适宜机械化生产的茎叶类蔬菜标准栽培农艺及配套的精细耕整地、精量播种、高速移栽、除草、病虫害物理防控和采收机械化技术。

基于本文研究的生产机械化模式，优化部分现有装备的机械结构和技术参数，合理配置生产作业机械方案，突破瓶颈技术、创制领域空白装备，形成成套的茎叶类蔬菜生产装备技术，并进行集成应用。其中，露地种植的茎叶类蔬菜生产机械化装备技术主要选用1ZBS-1200 型茎叶菜整地播种复式作业机、3CC-60 型菜园割草机、3S-30 型光电气色复合式害虫捕获机、4CCZ-1200 型自走式菜茶收获机，以上机械均由农业农村部南京农业机械化研究所研发，分别由盐城市盐海拖拉机制造有限公司、江苏无锡凯马发动机有限公司、江西康瑞特电子科技有限公司、江苏云马农机制造有限公司试制。设施种植的茎叶类蔬菜生产机械化装备技术主要选用1ZBS-1200 型茎叶菜整地播种复式作业机、4GCY-1200 手扶式茎叶菜有序收获机，均由农业农村部南京农业机械化研究所研制。应用结果表明，机械化综合作业效率是传统人工作业的15～20 倍，每667 m2节约成本260 元以上。该模式的应用推广将彻底解决茎叶类蔬菜生产机械化技术发展滞后与全程机械装备匮乏的现状，推动我国茎叶类蔬菜产业发展升级。

3 茎叶类蔬菜生产机械化应用中存在的问题

3.1 缺少具有地方特色的蔬菜规模化种植

近年来，随着农村劳动力不断向城镇化转移，部分地区实现了土地流转和稻麦等主要农作物的规模化生产。但蔬菜由于种类繁多、田块分散、栽培农艺复杂等因素，仍存在种植规模小且农艺粗放，地方区域特色不明显等问题，导致机械化生产推广使用难。因此，为实现蔬菜生产的全程机械化，解决蔬菜生产成本居高不下、菜价波动大等问题，首先要改变小农户小田块种植现状，形成具有地方特色的蔬菜规模化生产。

3.2 蔬菜生产机械化发展失衡

主要体现在蔬菜生产耕整地机械已相对成熟，蔬菜育苗移栽取得重大突破，灌溉和植保技术突飞猛进，但是蔬菜收获环节仍以人工采收为主，机械化进展缓慢。然而，蔬菜收获环节生产成本占到蔬菜生产总成本的35%～45%，且以劳动力成本为主，生产成本一路攀升已经成为蔬菜产业发展的重要阻碍。

3.3 农机与农艺脱节问题严重

缺少适宜机械化作业的蔬菜种植农艺标准，如各地种植蔬菜的行间距差别较大，部分地区还存在间种、套种的情况，增加了蔬菜生产机械化的研发和应用难度。此外，蔬菜生产全程机械化离不开各环节作业机具的协调配套，耕种管收中某一环节作业不规范、机具性能不达标都会使后续环节受到影响，例如旋耕起垄机的垄宽和沟距与移栽机的定植行距和轮距不一致，移栽机作业性能会大大降低、甚至无法进行作业。

3.4 国产蔬菜机械与发达国家间的差距明显

国外蔬菜生产技术与装备研发起步较早、技术领先、产品成熟，其中欧美国家以自走式大型智能机械为主，日本、韩国等以轻简化的小型手扶式智能机械居多。我国蔬菜生产机械无论是作业效果，还是安全性、可靠性都与进口机械有较大差距，归其原因主要是国内研发单位以经验设计或简单改装为主，生产加工的零部件精度低，缺少系统、深入的设计研究和优化改进过程。此外，国内的蔬菜机多数还是机械化、半自动化的生产机械装备，且功能单一，机械使用率低，多项技术仍需完善。

4 我国茎叶类蔬菜机械化作业模式发展方向

4.1 建立完善的农艺标准

建立茎叶类蔬菜栽培农艺标准，适应机械化作业要求，这样既可降低生产机械化技术的研发和应用难度，也有利于机械化进程的顺利推进。因此，要实现茎叶类蔬菜生产全程机械化，首先要实现菜园栽培农艺的标准化。目前我国部分地区针对个别茎叶类蔬菜品种制定了相关生产技术规程和农艺标准，如《芥兰生产技术规程》（DB 3205/T181—2015）、《芹菜大棚越冬栽培技术规程》（DB 32/T1944—2011）等，但这些规程和标准均只提到了品种选择和种子处理、苗期和田间管理、病虫害防治等农业栽培方法和手段，既没有考虑机械化作业如何应用，也未提及针对生产机械化建立标准栽培农艺，如部分标准里提到撒播、间苗作业，一些标准里采取宽窄行或间作套种种植等，这些标准都应该根据机械化作业的特点补充修订。只有做到农机与农艺相互融合，二者相辅相成、优势互补，才能推进蔬菜生产机械化以致整个蔬菜产业的发展。

4.2 建立机械化配套作业模式

目前我国茎叶类蔬菜采用露地种植和设施种植两种方式，包括普通白菜（小白菜）、菠菜、芦蒿、芹菜、苋菜、蕹菜（空心菜）等多种蔬菜，其机械化生产流程基本相同，包括耕整地、播种或移栽、田间管理、收获环节。而在茎叶类蔬菜生产机械化中，收获装备技术的研发一直是最难以突破的瓶颈问题，主要体现在现有收获装备普遍存在损伤高、效率低、归齐难等问题，且收获装备对栽培农艺要求较高。

因此，笔者从农机农艺融合、生产装备配置角度提出露地和设施两种机械化生产栽培模式，以收获为导向倒推提出前序管、种、耕环节机具作业参数和性能要求；提出茎叶类蔬菜耕整地和种植装备的“四度”作业规范，即以土壤碎度、做畦平度、畦面硬度和播种深度指标，指导蔬菜耕整地、种植和高效收获等关键装备统筹配置。以模式为引导选择相应栽培模式的机械化作业技术，包括机械化精细耕整地、精量播种、精量施肥、虫害物理防控和有序收获5 个环节技术，并在全国典型蔬菜生产基地进行集成应用示范。

4.3 形成“动力平台+”的通用化技术模式

根据茎叶类蔬菜品种、种植模式、菜园特征分类，提出“动力平台+”的菜园机械化发展模式。针对设施种植的茎叶类蔬菜，主要采用手扶式小型电动底盘，其具有小巧轻便、操作灵活和无污染的优点；针对露地平坡或缓坡种植的茎叶类蔬菜，根据土壤条件、蔬菜种类和作业动力选择轮式或履带自走式动力底盘，目的在于提高作业效率和设备的通过性；针对陡坡种植的茎叶类蔬菜，采用小型手扶式或背负式机械装备，设计具有快速拆装功能的模块化工作部件。建立以动力平台通用化及作业部件模块化为核心的技术模式，减少动力浪费、降低购置成本、提高机械的通用性和多功能性。

5 展望

我国茎叶类蔬菜生产机械化研究起步晚、发展慢、技术水平不成熟，且主要集中在耕作整地机 械、栽种机械、田间管理机械的研究开发，对于采收机械的研究很少。从茎叶类蔬菜生产机械化综合水平来看，各主要作业机械虽然技术水平和机械化程度日益提高，但研发的各环节装备技术间严重脱节，存在各环节间作业参数不配套、作业性能不达标等问题；机械自动化、智能化水平也有待提高，存在操作笨重、调节困难、劳动强度大等问题，尤其是农艺规范性和标准化程度较低的菜园，机械因缺少自适应调节作业效果差，严重制约了我国蔬菜生产装备技术的应用和发展。

针对上述问题，一是要建立标准化、规范化的茎叶类蔬菜栽培农艺，提出适宜机械化生产的机械栽培模式，确保生产各环节机械作业参数匹配，作业性能过关，加强农机与农艺的相互紧密融合是实现生产全程机械化的前提；二是今后要加强茎叶类蔬菜生产机械的系统性研究，消除机械化生产发展失衡的现象，如加强采收装备技术的研发，各环节装备技术协调统一，早日实现茎叶类蔬菜生产全程机械化；三是要将传感检测技术、自动控制技术、数字图像处理技术等先进技术与传统机械相结合，提高茎叶类蔬菜生产装备技术的自动化、智能化水平，提升机械作业质量，提高生产作业效率，减轻操作人员的劳动强度；四是要提升生产装备的适应性、通用性、可靠性，如在结构上设计满足一定阈值范围内的自动调节，如利用通用动力平台上的模块化快速拆装接口更换关键部件，实现一机多能、多用，适应我国茎叶类蔬菜品种多样化的情况。

随着国家对茎叶类蔬菜生产机械化的重视程度越来越高，近年来茎叶类蔬菜生产机械化技术研究取得了一定进展，并在蔬菜生产中发挥着重要作用。未来，通过标准化菜园及配套设施的建设，茎叶类蔬菜生产全程机械化技术与装备将在蔬菜产业中发挥积极的作用。