以_农艺-农机-设施_深度融合推动设施园艺高效发展.pdf

温室园艺 2020 01 44 温室装备 Greenhouse Equipment 以 农 艺 农 机 设 施 深 度 融 合 推动设施园艺高效发展 DOI 10 16815 ki 11 5436 s 2020 01 008 设施园艺是在环境相对可 控条件下 利用塑料大棚 温 室等保护设施 综合多种工程 技术手段栽培蔬菜 花卉和果 树的现代农业生产方式 自 20 世纪 80 年代以来 中国开始快 速发展设施园艺 设施面积迅 猛增加 为消除冬春淡季的蔬 菜供应不足 丰富供给品种做 出了重要贡献 设施园艺属于资金 技术 和劳动力密集型产业 但受城 镇化进程和人口出生率等因素 的影响 农村人口持续减少 老龄化现象严重 农业生产以 老年人为主 此外 中国设施 园艺机械化的整体水平仅为 设施蔬菜生产系统是一个 完整 有机的整体 图 1 组成这个系统的各要素 各部 分之间 是相互依存又相互影 32 5 很多作业环节严重依 赖人工 但同时 蔬菜生产的 劳动力成本却在以每年 17 的 速度上涨 2015 年 蔬菜生产 的劳动力成本已经占到其生产 总成本的一半以上 设施园艺 产业雇工难 用工贵等问题愈 发严重 严重制约着设施园艺 的健康可持续生产 近些年 设施园艺的生产 装备发展较快 但目前很多机 械功能较单一 适应性较差 种植者需要购买多种机器 经 济压力较大 而且机器闲置时 间较长 不利于设施园艺机械 化水平的提高 另外 很多设 施园艺机具都是经简单改进 引言 基于 农艺 农机 设施 深度融合的设施 园艺生产系统设计 后从露地移植到设施内 对园 艺设施的适应性较差 并且在 作业性能 可靠性 耐久性等 方面与国外先进机具还存在 较大差距 尤为突出的问题是 现有农艺措施和设施结构基 本不能或很少能够满足农机 装备的运行要求 以日光温室 为例 室内作物的种植方向以 南北为主 起垄 移栽 植保 等机具必须要频繁掉头转垄 导致作业质量和作业效率低 下 同时垄间间距窄小 农机 很难进入垄间进行作业 因 此 作业机械在设施内 门难 进 边难耕 头难掉 效难高 的现象普遍存在 响 相互促进又相互制约的关 系 不能割裂开来 从系统中 可以看出 机械化与设施结构 栽培模式之间 存在密切关系 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 基于此 中国农业大学设 温室园艺 2020 01 45 农业工程技术 温室园艺 a 东西向旋耕 b 东西向起垄铺膜 c 东西向移栽 d 番茄长势 图 2 2019 年宁夏银川的试验情况 用系统的观点来分析 日 光温室蔬菜生产系统 会发现 系统中存在着两对矛盾 农机 与设施之间 南北跨度小与机 具尺寸大 农机与农艺之间 南北向种植与机具尺寸大 正是这两对矛盾 制约了日光 温室蔬菜生产系统机械化水平 的提高 表面上看 是设施结构与 探索案例一 提升日光温室蔬菜生产机械化水平的方案 农机装备之间的矛盾在起作用 即南北跨度小与机具尺寸大 但经深入分析后可知 本质上 还是农艺与农机之间的矛盾 也就是 南北向种植 与 机 具尺寸大 之间的矛盾 如果 这对矛盾解决了 设施结构与 农机装备之间的矛盾也就迎刃 而解 如果这对矛盾不解决 门 难进 边难耕 头难调 效难 高 的 四难 问题会依然突出 机械化水平仍然不可能有较大 的提高 南北向种植 与 机具 结构尺寸大 这对矛盾 在农机 装备这一方不能突破 尺寸不能 再缩小的情况下 需要从矛盾体 的另一方寻找突破口 即将南北 向种植改变为东西向种植 因此 团队提出了提升日 施园艺工程团队提出了基于 农艺 农机 设施 深度融 合的设施园艺生产系统设计 思路 从系统的角度消除农 机装备在应用过程中遇到的 障碍 提高设施园艺机械化 水平 缓解目前劳动力紧张 对设施园艺产业的限制 该 设计思路主要包含 3 方面内 容 首先 构建适宜机械化 的标准化栽培模式 然后 筛选适宜的农机装备 最后 设计宜机化的园艺设施 多位一体半封闭生态系统 植物 围护设施 环境调控 机械化装备 信息化装备 栽培模式 自动化装备 图 1 设施园艺生产系统 温室园艺 2020 01 46 温室装备 Greenhouse Equipment 为了提高南方塑料大棚的 机械化水平 本团队与国家大 宗蔬菜产业技术体系温州综合 实验站等单位合作 研发了一 种宜机化的塑料大棚 根据 农 业机械化水平评价 NY T 1086 6 2016 该塑料大棚的 机械化水平最高可达 88 可 有效降低劳动强度 具体设计 如下 如前所述 如果一味的 要求改进农机装备以适应和满 足农艺需求 结果是成本高 收效慢 经与国家大宗蔬菜产 业技术体系高丽红教授 徐坚 研究员等专家共同研究后 我 们首先对番茄栽培工艺进行调 整 使其能满足现有农机装备 500 700 900 1600 200 图 3 宜机化垄型 mm 图 4 番茄栽培模式 mm 的作业需求 针对土壤栽培番 茄 首先将垄向设置为沿塑料 大棚长度方向 避免农机的频 繁掉头 其次 调研可用于大 棚作业的农机装备数据 初步 确定宜机化垄型尺寸 图 3 确保机具的高效运行 最后 采用适于该垄型的单行定植 双向吊蔓的方式进行栽培 图 4 设定株距 20 cm 种植密 度 1600 1700 株 667 m 2 番茄栽培可大致分为耕整 地 起垄 移栽和管理等 4 个 环节 耕整地环节 适当深翻 土壤有助于改善土壤结构及其 理化性状 实现增产 目前温 州当地旋耕深度较浅 一般在 10 20 cm 不利于作物生长 通过对比 选用 60 马力大棚王 拖拉机配备无锡悦田农业机械 科技有限公司生产的YTSF 145 型蔬菜深松机进行耕整 地 可实现耕深40 cm 以 上 起垄环节 同样选用无锡悦田 农业机械科技有限公司生产的 光温室蔬菜生产机械化水平的 方案 东西向的栽培技术 改 进的日光温室 适宜的农机装 备 通过农艺上改变日光温室的 种植垄向 设施上开辟出农机 进出通道等技术措施 使得机 械设备能够在日光温室中高效 率 高质量的完成作业 目前 已经在塑料大棚中使用的较为 成熟的农机具 完全可以在东 西向种植的日光温室中使用 因 为日光温室与大棚的跨度差不 多 甚至更大 如 铧式犁耕 地 旋耕机整地 起垄 覆膜 铺滴灌带作业 移栽机移栽等 而这些作业的机械化 在蔬菜 没有采用东西方向种植 没有 在设施上为农机具留出进出通 道的情况下 是无法实现的 这种方案的优势在于蔬菜 的单位面积产量没有降低 生 产过程机械化率可达 72 几 个重要的 关键的作业环节都 可实现机械化 温室内的土地 利用率提高 产量增加 经济 效益增加 农机作业质量 作 业效率提高 需要人工减少 劳动强度降低 因此 日光温 室机械化发展中遇到的主要问 题 基本都可以得到解决 2019 年团队在银川与国家 大宗蔬菜产业技术体系银川综 合实验站合作的试验结果显示 番茄采用东西垄向土壤栽培模 式 一栋 600 m 2 的日光温室 旋耕 起垄铺滴灌带 覆膜 移栽环节等机械作业 1 人 4 h 可全部完成 而人工作业 起 垄需 6 人次用时 1 天 移栽需 4 人次用时 4 h 仅在起垄 移栽 环节 采用机械作业即可节省 人工成本 1000 元 667 m 2 以上 探索案例二 宜机化塑料大棚的设计 温室园艺 2020 01 47 农业工程技术 温室园艺 YT10 A100 型多功能田园管理 机完成相关作业 移栽环节 根据栽培模式要求 选用宝鸡 市鼎铎机械有限公司生产的鼎 铎 2ZB 2A 型原地调头移植机 进行移栽作业 管理环节 玻璃温室中常 见的轨道式运输车难以直接应 用 为此 本团队研发了履带 式多功能作业平台 替代人工 在塑料大棚内进行物料运输 并辅助人工进行植株管理 降 低劳动强度 图 5 另 外 该平台还可搭载药箱 喷头等 设备 进行远程视频遥控打药 实现 人机分离 式植保 避 免农药接触人体而对劳动者健 康产生不利影响 图 6 通过农艺调整和筛选农机 后 基本可以确定大棚各部位 所需的最小空间参数 可据此 进行宜机化塑料大棚的设计 1 为充分利用土地资源 确定了塑料大棚为南北方向 2 初步设定沿塑料大棚长 度方向栽培 5 垄番茄 室内靠 近侧墙的垄沟边缘应与塑料大 棚的边缘位置留出一定的安全 距离 以保证履带式多功能平 台能在番茄两侧安全运行 综 上 最终确定塑料大棚跨度为 9 6 m 3 为满足人 机作 业的高度需求 确定塑料大棚 肩高为2 4 m 并以充分利用 钢材为目标 在满足钢管弯曲 工艺 屋面排水等构造要求的 基础上 确定大棚脊高 4 5 m 4 增加相关抗风构造 完成 宜机化塑料大棚的剖面设计 图 7 图 8 根据验算 将塑料 大棚骨架分为单层拱架和双层 拱架两种 单层拱架间隔 1 m 每隔两榀单层拱架设置一榀双 层拱架 单层拱架由两根8 m 长冷弯钢管 F32 2 5 热浸镀 锌钢管 拼接而成 双层拱架 是在单层拱架内侧安装一道拱 架 F19 1 2 热浸镀锌钢管 两层拱架之间使用双拱卡连接 5 为了农机装备的进出需求 将塑料大棚山墙设计为双轨道 三重推拉门 通过门的来回移 动形成所需门洞尺寸 另外 在室内张挂保温幕布 提高塑 料大棚保温性能 致谢 本文参考了相关专家的研究成果 在 此一并表示感谢 项目支持 现代农业产业技术 体系建设专项资金 C A R S 2 3 C 0 2 浙江省重点研发专 项 2019C02009 作者简介 宋卫堂 1968 男 河南西平人 教授 博士生导师 主要研究方向 设施机械化装备 工程 设施园艺环境工程 无土 栽培技术与装备 4455 R12000 R1000 12 85 500 2535 910 压杆 保温幕 4 500 2 400 0 000 0 500 280 280 770 770 7100 9600 200 200 图 7 单层拱架剖面示意图 mm 图 8 双层拱架剖面示意图 mm 图 5 履带式多 功能作业平台 图 6 远程遥 控式喷药系统