茎叶类蔬菜生产技术装备应用与发展趋势分析.pdf

我国是世界上蔬菜种类最多、种植面积最大的 国家，2016年全国蔬菜播种面积2  232.83万hm 2 ， 总产量79  779.7万t（农业部，2018）。蔬菜生产是 劳动密集型产业，劳动力成本占蔬菜生产总成本的 65%，成为制约蔬菜产业发展的主要因素。因此， 大力发展蔬菜生产机械化技术，研发通用、成套的 蔬菜生产作业装备具有重要意义。 针对茎叶类蔬菜规模化生产要求、按生产作业 环节分类，茎叶类蔬菜生产机械主要有整地机械、 播种机械、田间管理机械和收获机械等。目前，我 国蔬菜生产综合机械化水平约为20%（陈永生 等， 2014） ，蔬菜播种和水肥施用存在严重的浪费，蔬 菜定植还停留在半自动水平，蔬菜收获大多依靠人 工。本文以长三角地区典型密植栽培速生叶菜 鸡毛菜，以及具有地方特色的茎叶类蔬菜芦 蒿、西芹为例，分析蔬菜生产各环节机械化的研究 现状、实施效果及存在问题。 1 茎叶类蔬菜机械化生产案例分析 近年来，在蔬菜机械化生产过程中，耕整地和 播种技术水平大幅度提高，但仍存在粘重土壤条件 下碎土性差、导种管易堵塞的现象，装备的可靠性 差。而且现有的耕整地和播种机具多适用于平坦田 块，斜陡坡和丘陵地区很难推广应用。此外，茎叶 类蔬菜收获是劳动强度最大的作业环节，目前主要 依靠人工采收，机械化收获需求迫切。针对上述问 题，本文以果蔬茶收获创新团队自主研制的茎叶类 蔬菜生产作业装备为案例，阐述技术与装备研发的 重点和难点，提出适宜茎叶类蔬菜机械化生产的种 植农艺和机具配套要求，为推动茎叶类蔬菜产业发 展和实现生产的全程机械化提供有力保障。 1.1 整地播种机应用案例 1.1.1 叶菜整地播种复式作业机 鸡毛菜种子小、 播种量大，最适宜的机械化种植方式是条播。目前， 国内缺少集整地、做畦、播种、压实多项功能于一 体的茎叶类蔬菜联合作业装备，单一整地和播种装 肖宏儒，男，研究员，主要从事果蔬茶生产技术与装备研究，E-mail： xhr2712sina.com  收稿日期：2018-03-04；接受日期：2018-04-20 基金项目：中国农业科学院创新工程项目，国家重点研发计划项目 （2017YFD0701304），江苏省农业科技自主创新项目CX（15） 1015 我国茎叶类蔬菜机械化生产水平低，存在机具功能单一、适应性差、生产效率低、作业质量差以及 各环节机具不配套、与叶菜类蔬菜种植农艺不匹配等问题。本文结合我国国情，选取鸡毛菜、芦蒿、 西芹等茎叶类蔬菜，研究其生长特性和种植农艺，总结分析国内茎叶类蔬菜生产技术与装备的研究 现状，并以自主研制的整地播种、收获作业装备举例分析，提出茎叶类蔬菜生产机械化当前急需突 破的关键技术和未来发展趋势，对今后研究开发茎叶类蔬菜生产技术装备指明方向。 茎叶类蔬菜生产技术装备应用与 发展趋势分析 肖宏儒 金 月 宋志禹 夏先飞 赵 映 梅 松 杨 光 （农业部南京农业机械化研究所，江苏南京 210014）  17   新优品种 栽培管理 本期视点 产业市场 病虫防控  17   产业广角 中 国 蔬 菜     CHINA VEGETABLES 2018（6）：17 - 21 备存在粘重土壤条件下耕作碎土性差、播种均匀性 差和排种管易堵塞等问题。 针对上述问题，果蔬茶收获创新团队研制出集 旋耕、开沟、做畦、播种、平整、镇压功能于一体 的复式作业机具，如图1所示。该机具采用多种形 式的刀片复合耕作的方式，碎土性和耕深一致性显 著提高；设计模块化装拆播种装置，作业时可根据 种植需要调节播种行数和行距；创新提出开沟或压 槽播种的方法，将种子均匀播到沟中，既能精确控 制播种深度，又可以提高播种的均匀性。 此外，该机具设计的作业参数（表1）与收获 机配套，有效解决了耕种收环节机具不配套的问 题，真正意义上实现鸡毛菜从整地、播种到收获 的全程机械化。田间试验结果表明，该机具作业效 率达0.12  hm 2 h -1 ，而人工作业每公顷每天预计需 4560人完成，机械化整地播种效率是人工的40 倍以上，且采用机械化作业的畦面平整度和细碎度 好，畦面坚实度可以满足机械化收获要求。 表1 叶菜整地播种复式作业机的主要技术参数 参数 数值 配套动力/kW 1525 做畦宽度/mm 1 200 做畦高度/mm 100150 播种行数 10 播种行距/mm 100（可调） 播种深度/mm 5 1.1.2 西芹种植起垄、压实、覆膜、打孔、播种、 盖沙一体机 西芹种子小、出苗弱，因此播种量和 栽培密度大。传统的种植方式是人工穴播后覆水洗 沙盖种，此种植方法不仅费工费时、效率低，而且 播种的均匀性差、播种量大，种子浪费严重。采用 机械作业需实现打膜孔、播种和盖沙等一系列工序 动作（肖宏儒 等，2015a）。 为解决西芹播种难题，果蔬茶收获创新团队研 制出西芹种植起垄、压实、覆膜、打孔、播种、盖 沙一体机（图2） ，采用气压打孔和旋转划孔复合 打孔的原理，解决膜上打孔难题；采用气压排种技 术辅助前期播种盒自动排种技术，解决西芹种粒过 轻无法精准落位和及时排种的问题；采用主动排沙 与限位盖沙同步技术，解决盖沙量过大、落位不准 和湿沙流动性差的问题。使用该机具每667  m 2 可 节约成本385元。 1.2 收获机应用案例 在茎叶类蔬菜的生产过程中，收获作为劳动 强度最大的作业环节，约占整个生产作业量的40%  （卞丽娜  等，2015） 。随着农村劳动力日益短缺和 雇佣成本逐年增加，对茎叶类蔬菜收获装备的需求 也愈加迫切（王俊  等，2014；张瑞华  等，2015） 。 茎叶类蔬菜根据收集方式不同，主要分为有序收获 和无序收获（糜南宏  等，2014） ，国内的无序收获 技术与装备研究起步较早，技术也相对成熟。但由 于茎叶脆嫩易损伤，且缺少规范的种植农艺，绝大 多数的无序收获机都存在损伤高和损失大的问题， 实际能够应用和推广的机具很少。 1.2.1 4GCD-600型叶菜收获机 果蔬茶收获创新 团队研制的4GCD-600型叶菜收获机（肖宏儒 等， 图1 叶菜整地播种复式作业机田间作业情况 图2 西芹种植起垄、压实、覆膜、打孔、播种、盖沙  一体机田间作业情况  18   新优品种 栽培管理 本期视点 产业市场 病虫防控  18   产业广角 中 国 蔬 菜     CHINA VEGETABLES 2015b）适用于茎叶高度在1025  cm范围内的叶 菜无序收获，可一次性完成叶菜的切割、输送和收 集作业，效率高；作业过程中无需对行收获，操作 简单轻便；整机动力采用电驱动，噪音小、无污染， 在零散田块和设施农业中应用广泛（图3、表2）。 该机具可与叶菜整地播种复式作业机配套使 用，从畦的一侧采用蛇形路线收获作业，1.2   m宽 的畦刚好分2次收完。田间试验结果表明，该机具 收获鸡毛菜的叶菜完整率92%，漏割率2%， 漏拾率3%，平均生产率可达0.08   hm 2 h -1 ，较 人工收获每667 m 2 节约成本200元以上。 1.2.2 4GCY-1200型手扶式叶菜有序收获机 根据 我国消费者的购买习惯，损伤小且整齐有序的茎叶 类蔬菜销售价格更高，经济效益好。我国茎叶类蔬 菜种类多、差异大，采用机械化收获普遍存在损伤 高、效率低、归齐难的问题。在茎叶类蔬菜有序收 获技术与装备研究方面，果蔬茶收获创新团队经过 多年努力，先后尝试了10余种有序收获方案，成 功研制出4GCY-1200型手扶式叶菜有序收获机（肖 宏儒  等，2017） ，采用低损切割与有序输送收集协 同收获技术，利用柔性输送导向机构实现茎叶类蔬 菜的侧向有序堆放，使叶菜收集整齐不乱，适用于 茎叶高度1520 cm的叶菜有序收获（图4、表3）。 该机具对畦面的平整度和土壤坚实度要求较 高，畦面不平、石土块大会导致割茬不齐、切土等 问题；畦面疏松易出现轮胎下陷打滑现象，切割高 度也受影响。田间试验结果表明，传统的人工整地 播种难以满足机械化收获的高要求，采用叶菜整地 播种复式作业机种植的叶菜，机械化收获效果好； 该机具已通过权威部门的检测，收获叶菜完整率  94%，漏割率2%，漏拾率2%，平均生产率 可达0.09  hm 2 h -1 ，传统人工收获1  hm 2 叶菜需要 90105人用时4  h完成，采用机械化收获可大大 提高作业效率，是人工收获效率的30倍以上。 表3 4GCY-1200型手扶式叶菜有序收获机的主要技术参数 参数 数值 整机尺寸（长宽高） /mm 2 0001 600970 配套动力/AH 40（电动） 切割方式 往复双动式 刀片高度调整范围/mm 080 刀片升降方式 机械螺杆式 切割幅宽/mm 1 200 有序收集行数 6 1.2.3 芦蒿有序收获机 芦蒿是长三角地区的典 型、特色经济作物，也是茎叶类蔬菜的主要代表作 物。芦蒿的根状茎稍粗，呈直立或斜向上，直径410  mm，有匍匐地下茎。多生于低海拔地区的河湖岸 边与沼泽地带，因此多依靠人工方式进行收获。成 熟的芦蒿株高6070  cm，茎秆直径12  cm，主 要食用鲜嫩茎秆，农艺要求切割高度35 cm。 果蔬茶收获创新团队研制的芦蒿有序收获机 （肖宏儒  等，2014）如图5所示，采用芦蒿导向 架与扶蒿板机构，收获完成后通过旋转芦蒿导向架 表2 4GCD-600型叶菜收获机的主要技术参数 参数 数值 整机尺寸（长宽高） /mm 2 400990980 配套动力/AH 40（电动） 切割方式 往复双动式 刀片高度调整范围/mm 080 刀片升降方式 机械螺杆式 切割幅宽/mm 600 输送方式 带式回转输送 图3 4GCD-600型叶菜收获机田间作业情况 图4 4GCY-1200型手扶式叶菜有序收获机田间作业情况  19   新优品种 栽培管理 本期视点 产业市场 病虫防控  19   产业广角 中 国 蔬 菜     CHINA VEGETABLES 可以将收集箱体取下，更换空箱体继续作业，实现 了芦蒿的有序机械化收获。 1.2.4 4CCZ-1200型自走式菜茶收获机 4CCZ- 1200型自走式菜茶收获机是果蔬茶收获创新团队研 制的一种适用于菜园、茶园的通用收获机  （图6） ， 主要由门形履带底盘、往复式切割装置、拨禾装置、 带式输送装置、收集装置和操控系统等组成，可一 次性完成叶菜或茶叶的切割、输送和收集作业。 该机具采用跨行履带式行走系统、输送带内 嵌方式，有效优化整机结构、缩短尺寸。收获幅宽 1  200  mm，履带中心距1  500  mm，切割高度调整范 围0800  mm。作业过程中，履带跨于菜畦间或茶 行间行走，具有不损伤菜畦或茶棚的优点，露地收 获效率高，设施中同样适用，而且可拓展用于收获 多茬茎叶类蔬菜（如蕹菜）、枸杞菜、薰衣草等。 2 适宜机械化生产的茎叶类蔬菜栽培 模式分析 通过深入调研茎叶类蔬菜的栽培农艺，以及对 研制的整地播种和收获样机进行田间试验，发现种 植制度不规范，如叶菜做畦的宽度与机械切割幅宽 不一致；收获前的耕种粗放，如畦面平整度和土壤 细碎度差等，对收获装备作业性能有极大的影响。 因此，本文结合茎叶类蔬菜的生长特性和栽培农艺 技术，从生产机械化的角度对茎叶类蔬菜栽培模式 进行分析。 以鸡毛菜为例。鸡毛菜是十字花科普通白菜  （小白菜）的幼苗，属于典型密植栽培速生叶菜， 生长周期短，夏季高温时一般为2025天，冬季 30天左右，多采用大棚内做畦条播或撒播的种植 方式，周年供应。鸡毛菜具有种子小、播种量大的 特点，且茎叶十分鲜嫩易损，因此一般先采用小型 手扶式旋耕机整地，再由人工将沟畦做好、畦面拉 平，最后人工撒播或用手扶式播种机条播的种植方 式，收获也多以人工为主。目前，各地种植鸡毛 菜的幅宽尚未统一，整地做畦的精细化水平参差不 齐，播种均匀性和株行距差异也较大，严重制约了 生产机械化水平的提高。 由于茎叶类蔬菜种类繁多、品种差异大，故 机械化装备研究起步晚，综合机械化水平较低，因 此缺少相关标准参照。果蔬茶收获创新团队参照目 前其他作物生产机械化相关标准，结合多年的研 发经验，提出鸡毛菜整地播种机应达到如下要求： 做宽矮畦、条播密植，播种行距10  cm，播种深 度0.5  cm，每667  m 2 用种量1.52.0  kg；畦高合格  率80%，畦面不平整度2  cm，畦体直线度5  cm，作业后畦形完整、畦沟回土少。鸡毛菜收获机 应满足如下性能指标：收获叶菜完整率85%，漏 割率3%，拣拾率95%。 3 茎叶类蔬菜生产机械化的发展趋势 3.1 茎叶类蔬菜生产实现全程机械化 近年来，茎叶类蔬菜机械化逐渐由早期的耕翻 机械向播种、移栽、水肥药管理、采收等方面延伸， 覆盖作业全程。目前，茎叶类蔬菜生产耕整地机械 已相对成熟，育苗移栽取得重大突破，灌溉和植保 技术突飞猛进，但是收获环节仍以人工采收为主， 茎叶类蔬菜生产机械化发展严重失衡。因此，必须 系统地研究蔬菜生产各环节作业机具，建立茎叶类 蔬菜生产技术体系，实现茎叶类蔬菜生产全程机  械化。 3.2 技术多元化与装备的多功能性 近年来，茎叶类蔬菜生产机械的设计研发开 图6 4CCZ-1200型自走式菜茶收获机田间作业情况 图5 芦蒿有序收获机田间作业情况  20   新优品种 栽培管理 本期视点 产业市场 病虫防控  20   产业广角 中 国 蔬 菜     CHINA VEGETABLES 始集成机、电、液、气、控技术，发展成为综合度 较高的复杂机械装备，对操作者的专业水平要求有 所提高。此外，机具的功能大大增加，集多种作业 功能于一体的复式作业装备更多应用在茎叶类蔬菜 生产中，具有省时、高效、节本等特点，倍受菜农  青睐。 3.3 装备的通用性有待提高 我国茎叶类蔬菜种类繁多，种粒特性、生长特 性和种植农艺多样，如果研制的生产作业装备通用 性差，必然会增加蔬菜生产经营的成本，大多数农 户难以接收，制约着蔬菜生产机械的推广。因此在 考虑成本因素时，就要提高茎叶类蔬菜生产机械的 通用性，开发针对某大类叶类蔬菜种植和收获的机 型，或通过更换部分零部件，或通过调整工作参数 来实现（姚会玲和徐丽明，2007） 。此外，随着设 施农业的快速发展，设施种植茎叶类蔬菜的面积逐 年增加，开发的生产作业装备要尽可能紧凑、轻便， 兼顾设施结构与尺寸。 3.4 智能化水平进一步提升 随着茎叶类蔬菜机械化需求层次的进一步提 升，智能化控制技术在茎叶类蔬菜生产机械化发展 中的应用将更加广泛。目前，欧美、日韩等国研发 的蔬菜种植和收获机具大多集成了驾驶导航定位系 统、故障诊断与报警系统、精密播种、割台提升与 行走仿形等智能化控制系统，大大减少了种子的浪 费，提升了收获蔬菜的品相，降低了驾驶员的作业 难度和强度。 我国茎叶类蔬菜生产作业装备的智能化程度 低，多数还是机械化、半自动化装备，常见的控 制如在收获机的割台上应用自动提升控制系统。目 前，我国农机装备上的智能控制系统还处于试验研 究阶段，技术还需完善，离推广应用还有一定距离。 此外，用于收获过程的蔬菜数量、质量信息的采集、 智能化品质识别和在线筛选等，也将是未来发展方 向之一。 3.5 加强农业机械装备和种植农艺的紧密融合 在现代农业发展中，农业机械化的实现越来越 离不开农艺的支持，农机与农艺相辅相成，共同服 务于农业生产的综合效益。因此，在研发茎叶类蔬 菜生产作业装备前必须要深入调研茎叶类蔬菜的生 长特性和种植农艺，提出适宜机械化生产的栽培模 式和各环节机具的配套要求。研发与农艺相融合的 茎叶类蔬菜生产机械，规范种植农艺，加强农机、 农艺融合是茎叶类蔬菜实现全程机械化的关键。 4 结论与讨论 随着农村劳动力的不断减少和茎叶类蔬菜需求 量的日益增多，茎叶类蔬菜生产机械化是今后重要 的研究和发展方向。我国茎叶类蔬菜生产机械化研 究起步晚，综合机械化水平较低，蔬菜生产机械需 要具有较高的可靠性和经济性，因此通用性、多功 能性和智能化是研究的重点。茎叶类蔬菜生产技术 与装备的研发不仅要借鉴国内外相关机型的成功经 验，还要总结机械化生产的共性关键技术，装备设 计研发融入机、电、液、气、控多项技术，规范茎 叶类蔬菜的种植模式和区域种植规划，将农机与农 艺有效融合，研制的生产作业装备才能更加具有应 用和推广价值，对实现茎叶类蔬菜生产全程机械化 具有重要意义。 参考文献 卞丽娜，李继伟，丁馨明.2015.叶菜类蔬菜机械化收获技术及研 究.农业装备技术，41（2）：22-24. 陈永生，胡桧，肖体琼，崔思远，杨雅婷，管春松.2014.我国蔬 菜生产机械化现状及发展对策.中国蔬菜，（10）：1-5. 糜南宏，赵映，秦广明，金月.2014.蔬菜全程机械化研究现状与 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