宁夏日光温室蔬菜机械化生产实践及效果

杨冬艳 赵云霞 王 丹 桑 婷 宋卫堂

（1 宁夏农林科学院园艺研究所，宁夏银川 750002；2 中国农业大学水利与土木工程学院，北京 100083）

宁夏地区从2018 年开始进行设施蔬菜宜机化栽培模式研究，确定了日光温室蔬菜东西垄向宜机化的栽培参数，筛选出深翻、旋耕、起垄、移栽、灭茬、行间作业等环节的适用机械，使机械化率从29.0%提高至67.8%，人工成本投入减少8.1%。

宁夏地处西北区域中部，南下北上运距较短，交通便捷，光照资源丰富，冬无严寒，夏无酷暑，加之引黄、扬黄、小流域水库及部分地下水资源保障，被农业农村部规划确定为黄土高原夏秋蔬菜和设施农业优势生产区。截至2020 年，宁夏建设永久性蔬菜产业基地50 个，集约化基地562 个，种植面积21.2 万hm2（317.8 万亩），总产量达到702.8 万t；形成了以银川、吴忠、中卫为主的现代设施蔬菜、供港蔬菜生产优势区，以固原为主的冷凉蔬菜生产优势区。其中设施蔬菜种植面积6.07 万hm2（91万亩），平均每667 m2产值1.5万～3.0万元，成为当地农民增收、农业增效、乡村振兴和农业高质量发展的重要支柱产业（李进福 等，2020）。宁夏大力推进创建农业农村部蔬菜标准园，发展适度规模经营，目前全区千亩以上基地139 个，33.3 hm2（5 000 亩）以上基地17 个，万亩以上基地6 个。蔬菜经营主体从以往的一家一户转变为种植大户、合作社和农业公司等新型经营主体，为设施蔬菜机械化生产技术应用提供了基础。

宁夏设施园艺在保持面积稳定发展、大跨度日光温室和拱棚逐年增加的情况下，广泛应用电动卷帘机、保温被、水肥一体化、旋地机械，其中电动卷帘机应用达90%以上，灌溉追肥机械化水平约为70%。但相关设备的作业质量以及对栽培农艺的适应性较差，对适用机械和宜机化的栽培模式需求迫切。为此，宁夏农林科学院园艺研究所蔬菜团队与大宗蔬菜产业技术体系机械化岗位科学家宋卫堂教授合作，从2018 年开始进行设施蔬菜宜机化栽培模式研究。通过窄畦宽行参数配置、单双行种植模式、种植密度等研究确定了日光温室蔬菜东西垄向宜机化的栽培参数；筛选出主要生产环节（深翻、旋耕、起垄、移栽、灭茬、行间运输）适用机械，形成了日光温室一年两茬蔬菜机械化生产模式，在宁夏吴忠国家农业科技园区、银川市兴庆区掌政镇五渡桥村设施蔬菜生产基地进行示范应用，每667 m2减少人工投入2 500 元以上，机械化率从29.0%提高至67.8%，减轻了劳动强度，提高了工作效率，促进了示范园区机械化生产水平提升。

1 宁夏日光温室一年两茬蔬菜机械化生产关键技术

1.1 日光温室机械化生产的结构要求和起垄参数 国内的日光温室通常坐北朝南，蔬菜生产尤其是果菜一般采用南北垄向双行定植，蔬菜受光较为均匀。但在这种传统种植模式下，农机具无法开展作业，很多作业环节严重依赖人工，因此需要将南北垄向改为东西垄向，以适应耕作机械作业需求。采用东西垄向对温室结构有一定要求，尤其是温室的净跨度。在宁夏地区，日光温室东西垄向适宜的垄底宽为70～80 cm，垄面宽50～60 cm，垄高10～15 cm，垄中心间距1.8～2.0 m。建议温室净跨度不少于8.7 m，起垄数量≥4 条。

1.2 东西垄向宜机化种植茬口及株距配置 宁夏日光温室蔬菜机械化生产栽培茬口主要为一年两茬，多为番茄和瓜类作物（西甜瓜、黄瓜）轮作。早春茬番茄——秋冬茬黄瓜模式：番茄12 月上中旬定植，翌年2 月中下旬开始采收，6 月拉秧；黄瓜7 月下旬定植，12 月上旬拉秧。早春茬西甜瓜——秋冬茬番茄模式：西甜瓜2 月中旬定植，5 月中下旬采收；番茄8 月中下旬定植，翌年1 月底拉秧。

合理的群体结构是作物高产的基础，在日光温室东西垄向栽培中，蔬菜作物采用双行定植，行距相对固定，群体结构的变化主要体现在株距的变化上。为充分利用温室空间和光合有效辐射，经过筛选比较，番茄适宜种植密度为1 800～2 000 株·（667 m2）-1，西甜瓜为2 500～2 800 株·（667 m2）-1，黄瓜为3 000～3 500 株·（667 m2）-1。根据种植密度、温室跨度和起垄数量计算种植株距，如10 m跨度的温室，东西向起5 条垄，番茄种植小行距为30 cm，大行距为150 cm，株距为33～37 cm。

1.3 东西垄向栽培吊蔓结构 日光温室蔬菜采用东西垄向栽培模式，吊蔓结构也需做相应改进，传统的温室骨架、钢丝再配合吊蔓带的吊蔓方式在短距离的南北垄向是可行的，但东西垄向距离长，钢丝走线易受重力影响而下垂。因此，笔者提出1 种夯实土墙的可调节吊蔓结构：在日光温室东西山墙内侧固定横杆，西侧山墙的横杆上套设钢绳套环，钢绳套环穿过两侧墙壁并通过地埋件固定于地面上；固定横杆连接三角架，三角架的顶角通过钢绳与1 个固定横杆连接，三角架的2 个底角上分别连接钢绳（图1-a），钢绳的另一端与温室东侧山墙固定横杆连接（图1-b），三脚架数量同温室起垄数量。在每个三角架两端牵引的两行钢绳中间，每隔10 m 固定1 个长60 cm 的横杆，同时向上固定到骨架上。此吊蔓结构稳定且钢绳间距可随意调节，造价低，安装方便，目前已稳定运行2 年，便于田间机械操作和日常管理（图1-c）。

试验温室净跨度10 m，山墙上的固定横杆长8 m，横杆北端距离地面2.5 m，最南端距离地面1.8m，在垄间距1.8 m、东西向起5 条垄的条件下，温室中部吊蔓高度由北向南依次为2.5、2.3、2.1、1.9、1.8 m。在此吊蔓结构下，番茄可留6～8穗果。

1.4 日光温室蔬菜机械化生产主要环节机械作业的实践 果菜类蔬菜的主要作业环节有耕整地、起垄、定植、整枝、吊蔓、水肥管理、授粉、采收和灭茬等。通过在日光温室中开辟农机具进出通道、完善吊蔓装置等辅助设施，同时进行东西垄向机械化农艺的配套，可以在劳动强度大、用工量多且适用机型较多的环节实现中小型机械设备高效高质作业。

1.4.1 深翻、旋耕机械作业 设施土壤1～2 年深翻1 次可有效打破犁底层，改善板结情况。深翻和旋耕结合施入有机肥可以改善土壤结构和理化性状，增强土壤微生物活性，加速有机质分解，提高土壤熟化度和养分的有效性。深翻作业宜在下茬蔬菜定植前14 d（天）、土壤含水量15%～25%的情况下进行，深松深度≥30 cm，要求耕深一致，间距均匀。深翻后进行旋耕，耕深≥8 cm，耕后地表平整度≤5 cm，碎土率≥50%。笔者在宁夏吴忠国家农业科技园区和银川市兴庆区掌政镇五渡桥村日光温室蔬菜种植基地，应用无锡悦田农业机械科技有限公司生产的YTSF-145 型深翻机（图2）和YTMC-140 型精密蔬菜灭茬机（图3）进行深翻和旋耕作业，在604 大棚王拖拉机的牵引下，YTSF-145 型深翻机作业效率为每小时667 m2，翻深30～35 cm，YTMC-140 型精密蔬菜灭茬机旋耕作业效率为每小时1 334 m2，耕深15～20 cm，土壤细碎平整。

1.4.2 起垄移栽机械作业 旋耕平整土地后应用无锡悦田农业机械科技有限公司生产的YT10-A100多功能田园管理机（图4）进行起垄、覆膜、铺设滴灌带一体化作业。垄底宽70 cm，垄面宽50 cm，垄高15 cm，垄中心间距1.8 m；在银川市兴庆区掌政镇五渡桥村8.5 m 跨度的日光温室中起4条垄，在宁夏吴忠国家农业科技园区10 m 跨度的日光温室中起5 条垄，YT10-A100 多功能田园管理机每小时作业效率为444.7 m2，且垄形平整，土壤紧实。然后用宝鸡市鼎铎机械有限公司生产的2ZB-2A 蔬菜移植机（图5）进行移栽作业，每小时作业效率667 m2，该机械小行距25～50 cm可调，株距10～60 cm 可调，可随时调整种植深度，采用98 穴穴盘苗进行定植，番茄幼苗成活率可以达到95%以上。

1.4.3 植保、运输机械作业 基于东西垄向栽培操作需求，示范温室应用了一种履带式多功能作业平台（图6）。最大载重200 kg，可以脚控前进和倒退，扶手上设有急停按钮；带定速巡航；遥控距离100 m，操作方便、安全。可用于日常整枝、运输肥料、吊绳等操作。平台还可搭载药箱、喷头等设备进行植保作业。中国农业大学宋卫堂教授团队研发的人机分离风送式植保机（图7），可安装在轮式或履带式作业平台上，实现省力化喷雾，提高人身防护水平。人机分离风送式植保机遥控距离≥100 m，风送喷雾，风速0～10 m·s-1可调，风送上下竖直角度可调加减10°，风送方向与垂直于行进方向角度0～45°可调，左右喷雾可以分别控制，可以安装多种iso 标准喷头，作业效率为每小时1 334 m2。

1.4.4 灭茬作业 笔者在吴忠国家农业科技园区采用YTMC-140 型精密蔬菜灭茬机进行番茄秸秆灭茬作业（图8）。该机械主要用于蔬菜收获后残株及根茬的粉碎、起垄前土壤的旋耕、平整等作业，可以一次性实现灭茬、旋耕、平地，平均耕深可达14.6 cm，作业后土壤细碎，同时番茄残株切碎埋覆情况较好，地表没有较大的残株残留，挖开表土后可见残株较为细碎，与土壤混合较好，作业效率为每小时1 334 m2。灭茬前每667 m2撒施秸秆还田专用菌种（有效活菌数≥10.0 亿个·g-1）20 kg，灭茬后浇大水，高温闷棚15 d（天）左右，可以杀灭秸秆上残留的病原菌和虫卵，并加快秸秆腐解。

2 宁夏日光温室蔬菜机械化生产应用实例

宁夏吴忠国家农业科技园区地处宁夏吴忠利通区孙家滩开发区，是宁夏最早挂牌的国家园区，园区设施农业基地建有300 余栋日光温室，10 m 以上大跨度拱棚530 栋，90%进行蔬菜生产，园区设施环境调控、水肥一体化及植保机械基本普及，但耕作环节机械应用较少，人工成本占到种植成本的50%以上。2020 年笔者在宁夏吴忠国家农业科技园区孙家滩日光温室生产基地，通过“宜机化的日光温室+东西垄向栽培模式+适宜的农机装备”，开展日光温室蔬菜机械化生产应用示范。

以早春茬西瓜+秋冬茬番茄机械化生产为例，示范温室净跨度10 m，脊高5 m，长72 m，后墙为夯实土墙，采光面为钢架结构。大棚王拖拉机从采光面进出，利用YTSF-145 型深翻机进行土壤深翻，电动车载撒肥机撒肥，YTMC-140 型精密蔬菜灭茬机进行旋耕、平整土壤，YT10-A100 多功能田园管理机进行起垄、铺滴灌带、铺膜作业，2ZB-2A 蔬菜移植机进行移栽，作物生长期间利用水肥一体化装备、平台运输车和植保机械管理，每茬蔬菜种植结束后，利用YTMC-140 型精密蔬菜灭茬机的灭茬功能将植株切碎进行原位还田。

2.1 早春茬西瓜+秋冬茬番茄机械化生产产量及效益 早春茬西瓜品种为华玲（农友种苗有限公司选育）。2020 年3 月11 日定植，东西向起5 条垄，垄底宽70 cm，垄面宽50 cm，垄高25 cm，垄间距1.1 m，双行定植，小行距30 cm，株距24 cm，每667 m2折合定植2 750 株，5 月中旬采收。秋冬茬番茄品种为普罗旺斯（荷兰德奥特种业集团公司选育），8 月25 日双行定植，小行距30 cm，株距30 cm，每667 m2折合定植2 200 株，翌年2 月底拉秧。西瓜每667 m2产量达2 568 kg，上市时间为5 月中旬，平均售价5 元·kg-1，产值1.28 万元。番茄每667 m2产量4 475 kg，平均售价4 元·kg-1，产值1.79万元。全年产值合计3.07 万元。

2.2 节本情况及机械化水平评价 早春茬西瓜 +秋冬茬番茄机械化生产模式的生产投入成本：西瓜每667 m2种苗成本1 320 元，肥料成本800 元；番茄每667 m2种苗成本900 元，肥料成本400 元；两茬作物农药投入成本3 000 元，地膜、吊绳等耗材1 000 元左右，共计7 420 元。机械作业人工投入成本：起垄、移栽和灭茬环节每667 m2需2 人工作2.5 h（小时），成本为240 元；在植株调整、采收、施药、运输、灌溉和环境调控环节，平均每667 m2人工成本6 200 元，每667 m2合计6 440元，人工成本占总成本（生产成本+人工成本）的46.5%。而采用人工作业，在起垄、移栽和拉秧环节每667 m2需12 人工作8 h（小时），成本为1 440 元，其他日常环节每667 m2成本7 500 元，每667 m2合计8 940 元，占总成本的54.6%。综上，机械作业较人工作业每667 m2节省人工成本2 500元，人工成本投入减少8.1%。

在日常管理如植株调整、施药、运输、施肥和环境调控等环节，示范温室利用行间作业平台、水肥一体化装备等，显著降低了劳动强度，提高了工作效率。根据农业机械化水平评价方法《NY/T 1 408.6——2016 农业机械化水平评价 第6 部分：设施农业》，对比常规人工管理作业，示范温室蔬菜生产机械化水平从29.0%提升至67.8%（表1）。

表1 机械化水平评价

3 关于日光温室蔬菜机械化生产的思考

机械化生产与设施结构、栽培模式三者之间的关系应该是“农机和设施服务农艺，农艺适应农机和设施”。首先，过去的日光温室在设计、建造时基本没有考虑农机的进出，供人出入的门比较狭小，同时还存在跨度小、脊高较低、内部空间较小等问题。其次，蔬菜种类多、生长环境复杂、种植模式多样，在日光温室内主要采用南北垄向种植模式，与机具尺寸存在着较大矛盾，是导致日光温室蔬菜机械化水平低的主要原因。第三，适宜日光温室作业的机械装备较少，各作业环节的机械参数衔接没有标准化，尤其在种植和采收环节的机械短板相比于其他农作物差距很大，限制了设施机械的应用。因此，需要将日光温室看作一个由“农艺-农机-设施”等要素组成的生产系统，加强三者的深度融合，统筹推进，才能有效提升设施蔬菜生产的机械化水平。

3.1 日光温室蔬菜栽培要宜机化和标准化 目前，日光温室蔬菜东西垄向的宜机化栽培模式还没有定型，正在不断研究中，其中在实现机械化生产、降低用工成本的同时，使蔬菜作物达到或接近当地人工作业的产量和质量方面，尤其需要系统、深入地探索和试验。宜机化栽培模式的关键是栽培垄形参数的系列化和株行距的标准化，既有利于各生产环节的机具集成配套，也有利于不同蔬菜基地和蔬菜种类间的机具互通共用，为后期的田间管理和采收创造条件。

3.2 日光温室农机作业应高质量和全程化 加强农机技术和农艺技术的互相融合，形成蔬菜生产的机械化技术体系，促进农机化水平提升。农艺方面需结合机械化作业制定统一的生产作业标准；农机部门在研发、引进新机具时需充分考虑蔬菜种植习惯和农艺要求，针对不同类型的蔬菜特性进行研究，研发出更符合农艺特性的机具。农机、农艺两部门应加强沟通交流，系统研究蔬菜生产农机农艺融合中的关键薄弱环节，探索完善经济有效、简单易操作的蔬菜机械化生产技术体系。日光温室蔬菜土壤栽培的主要作业环节包括耕整地、起垄、定植、整枝、吊蔓、水肥管理、授粉、保果疏果、采收等环节。根据不同的作业环节选择合适的农业机械，在主要作业环节用机械替代人工，作业环节之间农机相互衔接，农艺标准统一，从而提高机械化生产的通用性，降低劳动强度，提高生产效率和作业质量，实现种植过程的模式化、标准化和规模化。

3.3 日光温室农机服务应专业化和社会化 加快培育新型农机社会化服务主体，培养社会化服务专业人才。扶持发展蔬菜生产专业合作社和农机专业合作服务组织。引导蔬菜生产规模片区农机大户成立蔬菜农机专业合作社，购买适用农机具，开展蔬菜农机作业服务；引导已成立的农机合作社将蔬菜农机作业服务纳入经营范围，扩大服务对象，增强合作社实力；加快推进农机行业产学研推各部门相互结合，构建以企业为主体、市场为导向、部门为引导、院校为支撑的产学研推相结合的农机科技创新服务体系。