现代农机装备及自动控制技术在设施蔬菜生产中的应用_杨晓波.pdf

2026 年第 1 期 农机使用与维修 73 现代农机装备及自动控制技术在设施 蔬菜生产中的应用 杨晓波 辽宁农业职业技术学院 辽宁 营口 115009 摘 要 根据我国日光温室类型及种植模式 主要研究设施蔬菜生产过程中耕整地 育苗 移栽和收获等关键生 产环节使用的机械设备及自动化 智能化技术在这些机械设备上的应用情况 通过各个生产环节机械化程度的 对比 指出设施蔬菜机械化生产中的薄弱环节和设施 农机与农艺融合的必要性 旨在研发 推广使用通用性 高 成本低 安全可靠的蔬菜生产机械 加快推动设施蔬菜生产全程机械化进程和信息技术的应用 同时分析了 我国设施蔬菜生产过程中存在的问题并提出解决思路 为设施蔬菜生产实现机械化 自动化提供参考 关键词 设施蔬菜 自动化 农机装备 移栽机 收获机 中图分类号 S233 74 文献标识码 A doi 10 14031 j cnki njwx 2026 01 016 Application of automatic control technology and modern agricultural machinery equipment in facility vegetable production Yang Xiaobo Liaoning Agricultural College Yingkou 115009 China Abstract Based on the types and planting modes of solar greenhouses in China This paper mainly studies the applica tion of mechanical equipment and automation and intelligent technologies used in key production processes such as Till age Seedling Transplanting and Harvesting in facility vegetable production By comparing the mechanization situation of various production processes the weak links in the mechanized production of facility vegetables and the necessity of integrating facilities agricultural machinery and agronomy are pointed out Aiming to develop and promote the use of versatile low cost safe and reliable vegetable production machinery accelerate the mechanization process of facility vegetable production and the application of information technology At the same time the problems in the production process of facility vegetables in China were analyzed and solutions were proposed providing reference for the mechaniza tion and automation of facility vegetable production Keywords facility vegetable automation agricultural machinery transplanter harvester 基金项目 辽宁农业职业技术学院的院级科研项目 LnzkB202415 作者简介 杨晓波 1967 女 辽宁营口人 硕士 副教授 研究方向为作物生产全程机械化技术及关键设施 的研发与推广应用 0 引言 蔬菜产业属劳动密集型产业 设施装备和机械 化生产是设施蔬菜产业高质量发展的重要支撑 2022 年 1 月农业农村部颁布的 十四五 全国农业 机械化发展规划 明确指出 要加快推进农业机械 化全程全面和高质量发展 因此实现蔬菜生产机械 化是非常必要的 目前 我国设施蔬菜生产大部分仍处于人工作 业模式 为实现设施蔬菜产业高水平快速发展 设 施蔬菜机械化 自动化生产水平较低的问题亟需解 决 通过对设施蔬菜播种 栽植及收获关键环节机 械化 信息化技术的应用研究 研发适用于蔬菜生 产的播种机械 栽植机械及收获机械 减少人工强 度 推进蔬菜产业的机械化水平 1 设施蔬菜结构及宜机化改造 近年来 我国以设施园艺为主体的设施种植业 迅猛发展 为我国经济社会发展和人们生活水平提 高做出了重要贡献 截至 2022 年我国设施园艺总 面积 280 多万 hm 2 占世界设施总面积的 80 位居 世界首位 1 随着人们对设施蔬菜的需求日益增 加 设施蔬菜种植面积与日俱增 2024 全国设施蔬 菜种植面积达 410 多万 hm 2 1 1 结构类型及特点 设施种植作物种类丰富 栽培模式多种多样 在设施园艺方面 涵盖了各类温室大棚 智能植 物工厂等 2022 年设施类型播种面积占比为日光 温室 81 万 hm 2 占 29 大中棚 152 万 hm 2 占 53 大型连栋温室 1 8 万 hm 2 占 0 6 小 拱棚 51 万 hm 2 占 17 4 在这些设施中 蔬菜 种植 含食用菌 面积约占 81 1 从生产效率 74 农机使用与维修 2026 年第 1 期 上看 设施生产充分利用土地和光温资源 显著 提高单产 但是 目前的设施种植大部分以简易 设施为主 类型多样 缺乏规范和标准 抵御自 然灾害能力差 1 在结构上 中小型设施温室比例较大 采用 简易竹木 钢筋等设施为主 跨度较小 脊高和肩高 较矮 没有农机出入口 设施结构难以适应机械化 作业 2 种植模式不适应机械化 日光温室南北垄距 短 也不利于机械化作业 3 大型连栋温室配套装备比较齐全 而小型设 施配套环境调控设备较少 特别是小拱棚 遮阳棚 等 几乎无配套环境调控设备 基于日光温室东西狭长的特点 传统日光温室 番茄等茄果类蔬菜生产采用南北垄栽培方式 由 于南北垄栽培垄距短 宜机性差 导致日光温室蔬 菜生产机械化程度低 目前平均机械化率 42 左 右 远低于大田作物 85 左右 造成日光温室蔬 菜生产用工多 劳动强度大 劳动效率低 因此对设 施温室实施宜机化改造非常必要 2 1 2 日光温室的宜机化改造 全国现代设施农业建设规划 2023 2030 年 提出 到 2030 年 全国现代设施农业规模进一 步扩大 区域布局更加合理 科技装备条件显著改 善 稳产保供能力进一步提升 这些行动规划聚焦 于设施农业领域 旨在通过技术升级 装备改进和 模式创新 全面提升设施农业的现代化水平 设施 茄果类蔬菜机械化生产技术是农机化总站推荐的 入选 2023 年农业主推技术之一 主要解决设施茄果 类蔬菜生产机械化水平低问题 基于设施结构 农机与农艺融合要求 对日光 温室结构进行宜机化设计 构建了日光温室番茄等 茄果类蔬菜东西垄种植机械化生产模式 日光温 室结构设计要考虑以下几个方面 一是温室跨度达 到适宜的垄距 如果设置 1 8 m 垄距的东西垄向垄 台 4 5 6 个 则温室跨度宜为 8 2 10 11 8 m 二是 温室骨架距离前底角 0 5 m 处的高度达到 1 5 m 以 上 三是设置农机进出温室的通道 具体情况如图 1 图 2 所示 日光温室的结构参数 如跨度 脊高 后墙 高 后屋面水平投影 温室屋面角等根据不同地 理维度合理设计 达到机械化作业的要求 3 注 意正式作业前 应根据温室形状 大小和跨度等 规划合理作业路线 减少空驶行程 提高作业 效率 图 1 日光温室番茄东西垄种植模式 图 2 塑料大棚农机进出通口 2 宜机化生产技术及配套机具的应用 蔬菜生产应用的是典型精耕细作生产方式 主 要包括土地耕整 播种 育苗 移栽 田间管理和收 获等生产环节 目前全国设施种植中耕整地 种 植 收获 灌溉施肥的机械化率分别为 91 04 25 33 14 85 68 27 种植和收获是蔬菜机械 化生产的薄弱环节 4 2 1 耕整地与起垄作业及配套机具 2 1 1 耕整地作业 我国对于设施蔬菜专用机械研究起步较晚 用 于设施蔬菜作业的耕整地机械多数是以大田机械 替代 或者将大田作业机具经过简单的改装来进行 耕整地作业 温室大棚进行旋耕作业时 旋耕深度 15 cm 耕深稳定性 85 碎土率 80 旋耕作业要求 不留死角 每个作业幅宽要求衔接良好 不出现重 耕和漏耕现象 作业后土壤细碎松软 地表平整 达到后续播种或栽植作业要求 旋耕作业机具可采用大棚王拖拉机配套合适 幅宽的旋耕机进行旋耕作业或采用履带微耕机旋 耕作业 如图 3 为雷沃欧豹 704 拖拉机配带旋耕机 在大棚内进行旋耕作业 也可采用沈阳农业大学 2026 年第 1 期 农机使用与维修 75 研制的 SNGS 140 深旋机 单次作业深度可达 35 cm以上 土壤细碎均匀 满足蔬菜生产精耕细作 要求 图 3 旋耕机在大棚内进行旋耕作业 2 1 2 起垄铺膜作业 起垄时采取东西垄栽培方式 垄面宽度 55 65 cm 垄底宽度 70 80 cm 两条滴灌管距离 25 30 cm 起垄高度 6 20 cm 垄距 100 cm 垄面经镇 压辊镇压 平整紧实 满足后续作业要求 起垄作 业后垄形应完整 垄沟回土 浮土少 垄体土壤细碎 紧实 铺膜作业要平整 膜边要用土壤压实 起垄 铺膜作业目前常用起垄 铺滴灌带 覆膜多功能 一体机 主要有禾田 HTLM 60 型起垄覆膜机 沈阳 农业大学研制的 SNLM 80 型起垄覆膜机等 一次 进地完成旋耕 起垄 铺滴灌带 覆膜作业 也可加 装施肥部件同时完成施肥作业 图 4 为沈阳农业大 学与辽宁双麟农业机械有限公司共同研制的履带 式电动覆膜铺滴灌带一体机 图 4 履带式电动覆膜铺滴灌带一体机 目前 蔬菜生产过程中 耕整地 开沟起垄 覆膜 等已基本实现了机械化作业 极大减少了人工强度 但所用机械的自动化 智能化程度低 随着我国设施 蔬菜产业的不断发展 实现机械化 智能化作业生产 成为设施蔬菜产业现代化进程中的必要环节 2 2 育苗移栽作业及配套机具 育苗和移栽作业是蔬菜生产的关键环节 设 施蔬菜在种植方式上 根据蔬菜品种的不同可进行 直接播种或育苗后移栽作业 可选择等行距垄作 种植 也可选择大垄双行或多行种植 2 2 1 育苗播种作业 1 蔬菜育苗机械 小批量的蔬菜育苗可由人 工完成 大批量的蔬菜育苗由育苗基地或育苗工厂 采用流水线育苗设备一次性完成育苗盘输送 基质 装盘 压穴 播种 盖土 转运等多道工序 育苗穴 盘一般采用 72 孔 128 孔 288 孔盘等 要求钵体完 整 苗株 15 20 cm 便于机器取苗移栽 5 2 蔬菜精量播种机械 蔬菜精量播种技术可 用于露地蔬菜生产 也可应用于温室大棚内 目 前 用于蔬菜精量播种机具种类较多 通常选用气 力式播种机 满足精量播种要求 蔬菜种子较小 播种之前要进行丸粒化处理 青岛大顺精锋农业 机械有限公司生产的 6 行气吸式蔬菜精量播种机 可以播种菠菜 油菜 芥兰 白菜 丸粒大葱子等 该机采用汽油发动机作为动力 作业效率可达 2 5 3 hm 2 h 未来为了避免燃油发动机的废气影 响蔬菜的品质 应发展电动蔬菜播种机 2 2 2 移栽作业 蔬菜秧苗移栽要求土壤表面要平整 土块细 碎 无藤蔓等杂物 根据茄果类作物品种的要求确 定合适的株距 行距 如番茄每亩定植 2 400 2 500 株 移栽时秧苗高度在 15 cm 左右 移栽作业 时合格率 90 株距合格率 90 定植深度以封 掩时苗坨上表面低于地面 1 cm 以内为宜 蔬菜生产上用的蔬菜移栽机以半自动移栽机 为主体 部分全自动移栽机开始进行试验示范 6 目前 国内外主要研究方向依然集中于移栽机关键 部件的自动化 智能化以及工作效率提高方面 例 如 自适应供苗装置 气动下压式高速取苗装置的 研究 以实现高效低损取苗 提高移栽作业质量和 生产效率 宝鸡市鼎铎机械有限公司开发的 2ZB 2 型蔬 菜移栽机 该机采用油电混动技术驱动 具有绿色 环保 株行距可调 栽植质量好等优点 可用于露 地 大棚 膜上移植油菜 辣椒 西红柿 甘蓝 烟草 等经济作物 种植行数为 2 行 行距为 25 50 cm 株距为 10 60 cm 效率为 3 000 8 000 株 h 如图 5 所示 沈阳农业大学田素博教授等 7 研发了一种基 于转杯式蔬菜移栽机的自动喂苗装置 通过全自动 76 农机使用与维修 2026 年第 1 期 图 5 宝鸡鼎铎 2ZB 2 型蔬菜移栽机 控制系统调配竖直及水平传动部件可实现穴盘苗 竖直方向的自动夹持以及水平方向的稳定输送 投 放 与常州井关移栽机配套 代替人工进行取苗 投 苗作业 节约成本的同时提高了工作效率 有效提 高了移栽机的自动化水平 如图 6 所示 图 6 沈阳农业大学研发的与井关 移栽机配套的自动喂苗装置 2 3 采收 运输作业及配套机具 2 3 1 采收作业 设施蔬菜根据收获部位的不同分为绿叶菜类 收获机 根茎类收获机 茄果类蔬菜收获机 选择性 收获机等 以叶菜类收获机械为例 其机械化收获采用机 电液一体化技术 具有行走底盘 收获割台自动仿 形和输送系统无级调速的功能 南通省力机电科 技有限责任公司研制的 4UM 120LD 智能蔬菜收 获机 是在 4UM 120 系列电动蔬菜收获机基础上 推出的一款智能化叶菜采收设备 配置导航 自动 路径规划后可实现无人操作 机器直线行走 自动 掉头 根据垄沟宽度参数设置自动对行 叶菜采收 过程中仅需一人换筐即可 劳动强度低 作业效率 高 作 业 速 度 0 2 0 4 m s 生 产 率 0 02 0 06 hm 2 h 如图 7 所示 机具同时配置自动仿形 功能 可根据田块的高低自动调节割台高度 确保 叶菜留茬高度一致 目前该款产品已在江苏 上 海 福建等多省市实现商业化应用 图 7 省力科技 4UM 120LD 智能蔬菜收获机 我国的蔬菜作物种植区域广 品种繁杂 实现 机械化收获难度大 目前温室大棚蔬菜的收获主要 以人工为主 露地蔬菜如甘蓝 马铃薯等部分采用 收获机进行收获 因此 研制适应我国种植模式的 蔬菜联合收获机械及收获机器人等意义重大 8 2 3 2 辅助运输作业 在蔬菜采收的同时 利用辅助运输机具 可将 采收的蔬菜快速运出温室大棚 及时转运销售 减 少收获损失 日光温室果菜宜机化栽培可采用简 便的小型电动平板车 通过遥控自动行走 或者采 用具有辅助整枝打叶 采收和果实运输的多功能平 台车 实现自动行进 提高作业效率 2 4 设施生产管理 环境控制及配套机具的应用 近年来 我国设施生产管理自动控制 新型水 肥一体化等现代化设备和技术的研发与应用 推动 了设施种植机械化率显著提高 大数据 物联网等 信息技术在大型现代化日光温室中应用越来越多 设施装备科技水平稳步提升 9 除了小拱棚之外 其他大中型日光温室 塑料 大棚都安装了环境自动调控装备 如电动卷帘机 电动卷膜器 遮阳网 通风机 临时加温热风炉等环 境调控设备应用非常普遍 这些设备可根据日光温 室内的温度自动调节塑料薄膜 遮阳网等的开度 达到自动调节环境温度的功能 辽宁农业职业技 术学院用于葡萄栽培的连栋塑料大棚及日光温室 都安装了自动卷膜器 如图 8 所示 大型日光温室 或植物工厂应用了水肥一体化系统 人工补光系 统 CO 2 施肥系统 浅层地热交换系统 物联网管理 系统等 提升了设施园艺现代化水平 2026 年第 1 期 农机使用与维修 77 图 8 连栋塑料大棚安装的自动卷膜器 随着大数据 物联网 人工智能等信息技术与 农业生产的结合 提高蔬菜生产机械的自动化 智 能化水平 10 可实现对大棚温室内温度 湿度 光照 等蔬菜生长所必需条件的适时调控 最大程度地保 障蔬菜栽培及生长免受外部环境因素的不利影响 3 存在的问题及解决思路 3 1 设施蔬菜机械化生产过程中存在的问题分析 目前 我国设施蔬菜机械化水平较低 发展不 平衡 对于设施蔬菜机械化装备应用主要集中在 耕整地 灌溉施肥和植保等作业环节 在栽培 收获 及初加工等环节机械化装备应用较少 蔬菜苗嫁 接 移栽 采收基本以人工作业为主 自动化嫁接 高速移栽 收获等装备不足 收获环节的分级机 包 装机 田间转运环节的轨道运输车等设备应用未能 普及 主要表现在机具种类少 适应性差 自动化 智能精准化作业水平不高等方面 设施 农机 农艺融合不够 配套设备不完 善 设施与农机不配套 设施间距 高度和跨度不 合理 通风口设置不当 许多设施不适合机械化生 产需求 农机与农艺融合不足 不同蔬菜种类及生 产环节的专用机械装备严重不足 专业技术人才缺乏 科技创新与技术推广力度 不够 科技创新人才匮乏 企业创新实力较弱 大 专院校和科研单位等有组织的研究少 基层农机 推广部门技术力量薄弱 推广力度不够 此外企业 售后服务力度不够 机械装备应用不稳定 3 2 问题解决思路 农机工作者应持续加大对简便型 先进型农机 的研究力度 结合蔬菜生长规律和当地环境条件 不断完善农艺装备的功能设置 使其更适用于蔬菜 生产的具体需求 从而加快实现蔬菜生产机械化 同时提升机械设备信息化 智能化程度 开展高效节能宜机化大棚改造升级 引导各大 分区域制定设施大棚建造标准和改造标准 推进设 施建造宜机化 加强部门联动 开展设施蔬菜种植农机化技术培 训交流活动 近几年 全国各地每年进行设施种植机 械化现场演示活动 举办设施农机化技术培训班 开 展设施农业全程机械化集成配套试点示范 通过举 办技术培训 作业演示和观摩研讨等活动 切实加强 先进智能装备技术的示范引领和推广应用 4 结语 综上所述 信息化与现代农业机械化技术在蔬 菜栽培和生产中的推广使用 可以提高蔬菜生产效 率和作业质量 促进设施种植生产标准化 集约化 规模化进程 是推进设施农业转型升级 迈向高质 量发展重要举措 农机科技人员要根据设施蔬菜 机械化生产的薄弱环节 加大研发力度 加快补齐 设施种植农机装备短板 从而提高蔬菜生产机械化 的整体技术水平 同时 结合我国国情加强研发智 能化 信息化设施农业装备 推进新材料及农业机 器人等新技术的应用 以提升设施蔬菜生产机械 化 自动化 智能化水平 参考文献 1 李天来 齐明芳 孟思达 中国设施园艺发展 60 年成 就与展望 J 园艺学报 2022 49 10 2119 2130 2 王江 李浩 马志伟等 国内外设施蔬菜机械化发展现 状分析及对策 J 中国农机化学报 2023 44 1 124 130 3 王军得 设施瓜类蔬菜机械化生产技术 J 农机使用 与维修 2025 4 52 54 4 陈永生 2022 2023 年中国蔬菜机械化发展概况 J 中国蔬菜 2023 10 5 10 5 谭秀英 周贵平 刘沛宇等 浅析设施蔬菜全程机械化 生产技术应用 J 农业装备技术 2023 49 3 34 36 6 顾旭东 程玉龙 陈东海 设施蔬菜全程机械化生产技 术应用探析 J 江苏农机化 2022 4 12 15 7 田素博 赵晨希 胡熙 等 蔬菜的栽机自动喂苗装置 关键部件设计与试验 J 沈阳农业大学学报 2020 51 5 586 592 8 杨自栋 雷良育 农林机器人技术与应用 M 北京 中国林业出版社 2020 9 楚振嵩 李艳辉 物联网背景下智慧温室大棚蔬菜种 植技术 J 农业工程技术 2023 43 5 8 30 10 余忠义 全春夏 方舟等 数智农田构建关键技术装备 及展望 J 农业工程学报 2024 40 23 1 14 04