蔬菜生產機械化技術的現(xiàn)狀與發(fā)展研究

[摘要]我國蔬菜的產需量大，但蔬菜機械化生產起步晚，蔬菜生產以人工為主，國內蔬菜耕、種、收綜合機械化水平約為20%，蔬菜收獲機械的研發(fā)近年才開始。本文通過分析了解國內外蔬菜生產機械技術現(xiàn)狀，指出了國內蔬菜生產需要重點解決的技術與裝備，提出了蔬菜機械化技術的發(fā)展研究，建議加強農機與農藝相融合技術，大力培育適宜機械化種植的品種，制定科學合理的栽培模式，建立農機與農藝同步機制，實現(xiàn)高產與高效協(xié)同發(fā)展機制，加快推進蔬菜生產機械化進程。

[關鍵詞]蔬菜生產;機械化技術;現(xiàn)狀;問題;發(fā)展研究

中圖分類號：S-1 文獻標識碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.201810

我國是蔬菜鮮食大國。蔬菜的播種面積和產量分別占世界總量的40%和50%以上[1]，且呈連續(xù)增長態(tài)勢，2012-2016年全國蔬菜種植面積和蔬菜產量統(tǒng)計見表1。據(jù)表1可知，2016年全國蔬菜種植面積達2 232.83萬hm2，總產量79 779.71萬t，蔬菜出口總金額為122.95億美元，比上年增長了14.8%。蔬菜產業(yè)是農業(yè)農村經濟的重要支柱產業(yè)，與農民“錢袋子”和城鎮(zhèn)居民“菜籃子”息息相關[2]，占農民人均收入的15%，直接從事蔬菜生產的人員約9 000萬[3]。但我國蔬菜機械化生產起步晚，蔬菜種收以人工為主，即使在農機生產強省江蘇省，其主要糧食農作物綜合機械化水平達82%，而設施蔬菜綜合機械化水平也只有26.8%[4-5]。國內蔬菜種植機械化率不到20%[6]，蔬菜收獲機械近幾年才開始研發(fā)，蔬菜耕、種、收綜合機械化水平約為20%。

蔬菜可分為葉類蔬菜、根莖類蔬菜和茄果類蔬菜。葉類蔬菜包括甘藍、白菜、菠菜、雞毛菜等;根莖類蔬菜包括土豆、山芋、胡蘿卜、洋蔥、山藥等;茄果類蔬菜包括番茄、黃瓜、辣椒、毛豆等。人工費已成為蔬菜生產成本的主要部分，從事葉類蔬菜類生產的勞動力成本占總成本的60%左右，茄果類蔬菜占50%左右[3，7]。隨著農村人口的不斷轉移，人口老齡化加速，勞動力成本不斷增高，勞動力緊缺的問題也日益嚴重，從事蔬菜耕、種、管、收等作業(yè)的勞動力越來越少。雖然人工費在不斷攀升，但蔬菜產業(yè)依舊是農民收入的來源之一，居民對蔬菜需求增長、城郊失地、勞動力流失，使得確保蔬菜產量增加、質量安全、價格穩(wěn)定的難度加大，用工貴、用工難成不爭的事實[7]。因此，我國迫切需要加快推進蔬菜生產機械化進程[3，7]，解決蔬菜價格波動大、質量安全隱患、勞動力緊缺、科技支撐不足、適用蔬菜種植和收獲機械少等突出問題[8]，研究蔬菜生產機械化及配套技術意義重大。

1 國內外蔬菜機械化技術現(xiàn)狀

肖體瓊等[8]從蔬菜產業(yè)發(fā)展的角度，將國外典型模式分為美加模式、日韓等海島模式和歐盟模式。這些國家歷經百年發(fā)展，農機裝備達8 000多種，幾乎覆蓋了農業(yè)生產的所有領域，而我國只有4 000多種[9]，其中蔬菜全程機械化有很大的發(fā)展空間。蔬菜機械化是農機化新的增長點和轉型升級的重要內容，但蔬菜系列機械產品和機械化依然是我國推進全面機械化的板短。

1.1 國外發(fā)達國家蔬菜機械化技術現(xiàn)狀

發(fā)達國家蔬菜機械化程度高，基本實現(xiàn)了蔬菜種植農藝標準化、水肥藥和農機管控精細化與智能化、作業(yè)全程機械化。如美國、日本、德國、法國、意大利等，其設施蔬菜栽培與環(huán)境控制技術十分先進，日本的植物工廠、荷蘭的設施農業(yè)、以色列的節(jié)水灌溉等在世界上占有重要地位[10-13]。

1.1.1 美國蔬菜機械化技術現(xiàn)狀

以美國為例，其產業(yè)特征為大生產、大流通。以農場為主體，生產高度專業(yè)化，基本實行了產前、產中、產后全方位社會化服務，大規(guī)模農場生產。蔬菜生產機械化水平高，從育種到田間管理均實現(xiàn)了機械化，在整地和播種環(huán)節(jié)，機械化率達到100%，機械化育苗80%以上。西紅柿、芹菜、花菜等蔬菜移栽已實現(xiàn)了機械化，田間管理環(huán)節(jié)以溝灌和噴滴灌為主，已基本實現(xiàn)了機械化。收獲環(huán)節(jié)除部分果菜和葉菜類蔬菜的收獲尚需要依靠人工，塊根類蔬菜已基本實現(xiàn)了機械化收獲[8，11-12，14]。

1.1.2 日本蔬菜機械化技術現(xiàn)狀

以日本為例，其產業(yè)特征是小生產、大流通。由政府宏觀管理，通過發(fā)展和培養(yǎng)農協(xié)等合作組織提高蔬菜流通的組織化程度[8，11]，從中央到地方實行一體化的管理體制，依法指定品種、產地、消費地的計劃管理模式，廣泛采用先進的蔬菜栽培技術、良種繁育技術和機械化裝備技術，形成了規(guī)模化、專業(yè)化的蔬菜生產基地，生產趨向設施化、小型配套機械化。除部分果菜類蔬菜的采收環(huán)節(jié)尚未實現(xiàn)機械化外，其余蔬菜生產從播種、育苗、施肥、收獲、包裝、上市都基本上實現(xiàn)了機械化，并向高性能、低油耗、自動化和智能化方向發(fā)展[8，11-12]。

1.2 國內蔬菜機械化技術現(xiàn)狀

組織化、機械化、標準化程度低，是國內發(fā)展蔬菜機械化面臨的主要問題。國內蔬菜機械化現(xiàn)狀主要為蔬菜種植規(guī)模小、農藝復雜、標準化程度低、農機與農藝結合不緊。蔬菜作物 - 土壤 - 環(huán)境 - 機器等互作機理不清楚，智能化、精細化水平不高，耕、種、管、收等環(huán)節(jié)關鍵裝備技術缺乏，不成熟、不配套。

國內蔬菜機械化主要包括耕、種、管、收及收后處理等環(huán)節(jié)裝備的應用[10]。不同環(huán)節(jié)蔬菜生產的適用機具對機械要求不同，其應用程度也會有所差異。機械化程度最高的環(huán)節(jié)是耕地、灌溉和運輸，通用性強，適用機械多，機械化水平達80%以上。育苗、植保環(huán)節(jié)的機械化程度次之，只有在一些蔬菜示范園區(qū)，機械化育苗、水肥一體化、植保機械水平相對較高。隨著旱地育苗移栽技術的研究和推廣，國內移栽機械也得到了進一步發(fā)展，目前常見的移栽機械主要有鉗夾式、鏈夾式、撓性圓盤式、吊籃式和導苗管式等類型。較為常用的是導管式移栽機，相對其他類型具有不傷苗、秧苗的直立度好、株距均勻和栽植深度穩(wěn)定的特點，且裸根苗不會產生窩根現(xiàn)象。但真正在使用過程中還是會出現(xiàn)傷苗、漏栽、窩根、傷根問題，土壤黏性大影響栽植效果并且直立度不好，故大面積示范推廣蔬菜移栽還有待時日。采收環(huán)節(jié)幾乎無商品化機械，其原因不僅是蔬菜品種和形態(tài)不一，還因其葉片和果實等新鮮果蔬極易受損，這些環(huán)節(jié)對農機自動化控制、智能測控技術等要求較高、研制難度較大、適應性差，所以在采收環(huán)節(jié)以人工操作為主[15]。

2 國內蔬菜生產機械重點研發(fā)的技術與裝備

2.1 重點研發(fā)菜地耕整作畦技術與裝備

通過數(shù)值計算、仿真技術和試驗分析驗證等方法，探索耕整作業(yè)裝備與土壤互作機理，開展針對蔬菜的多項技術融合的耕精細作、苗床作畦精整聯(lián)合作業(yè)機具研究，研發(fā)集耕翻、埋茬、覆土、平整及作畦等多功能于一體的作業(yè)機械。解決現(xiàn)有作畦裝備存在的耕深不夠、畦面平整度和細碎度差，畦溝不直不清等問題，提高對黏濕土的適應性，提高裝備作業(yè)質量。

2.2 研發(fā)異形蔬菜種子播種技術與裝備

對異形蔬菜種子進行丸粒化工藝處理。開發(fā)蔬菜氣力式精量播種和機械式精量直播裝備。優(yōu)化排種器結構及氣流場參數(shù)，搭建精準定位播種在線檢測試驗臺，對播種量進行試驗驗證。提高蔬菜播種機的智能化水平，設計智能監(jiān)控系統(tǒng)功能模塊等。

2.3 研發(fā)低損傷高效收獲、有序收獲、帶根收獲葉類蔬菜

根據(jù)不同葉類蔬菜的收獲要求，研制葉類蔬菜的低損傷高效收獲、有序收獲、帶根收獲技術與裝備，提高采收葉類蔬菜的品相。葉類蔬菜低損傷高效收獲技術，以降低碎葉率、提高完整率為目標，研究扶葉、仿形、柔性收獲技術，利用柔性輸送裝置實現(xiàn)葉菜側向有序堆放，使葉菜收獲整齊排列，實現(xiàn)有序收獲技術[16]。帶根收獲葉菜，需研究低切和土下切割技術，割后的清土除雜，提高葉類蔬菜收獲的品相。

2.4 加強農機農藝配套技術與裝備的研究

提升蔬菜機械化水平是一個系統(tǒng)工程，需多學科知識、多部門聯(lián)合協(xié)同創(chuàng)新，以經濟適用的裝備技術為支撐，建設完備先進的園區(qū)、方便作業(yè)的設施、規(guī)范的栽培模式、適宜的機具配置、統(tǒng)一的作業(yè)質量要求[3]。蔬菜生產機械化需要農機和農藝相互協(xié)調融合發(fā)展，農機設計制造必須結合農藝要求，根據(jù)蔬菜的種植品種、耕整作畦起壟、栽植、水肥管理、收獲等要求，進行系列優(yōu)化設計和改進;農藝要求的種植模式必須與農機相配套，二者協(xié)調發(fā)展才能滿足機械化作業(yè)的需求[2，14，17-21]。

3 結 論

發(fā)達國家蔬菜生產機械化程度高，主要是農業(yè)機械化設備及配套技術標準程度高，蔬菜種類少、田塊大、種植規(guī)范。通過選育適宜蔬菜機械化收獲的品種、優(yōu)化種植結構等模式，從農藝的角度，科學規(guī)定作業(yè)行間距，選育蔬菜品種成熟期一致或采用催熟技術，突破技術瓶頸，實現(xiàn)農機與農藝緊密融合[2]。建議借鑒國外先進的生產模式，消化、吸收、改進、優(yōu)化國外適用的機型，鼓勵農技與農機研究人員聯(lián)合，研發(fā)推廣適于機械化作業(yè)的品種，在同一區(qū)域盡可能采用規(guī)范、標準的農藝，統(tǒng)一行距、株距及栽培模式等，提高農機的區(qū)域適應性;培育推廣性狀穩(wěn)定、出芽整齊、農藝簡單、抗病害能力強的優(yōu)良品種，以適應機械化作業(yè)[15];從農藝的視角，開展產品技術研究，蔬菜采收可從茄果類、葉菜類等大類品種重點作物、關鍵裝備開始，逐步向其他種類延伸[12];構建農機與農藝緊密融合的機械化生產技術體系是降低蔬菜生產成本、提高蔬菜生產效益的有效途徑[8，12]。

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Research on the Status and Development of Vegetable Production

Mechanization Technology

Liao Yu1， Pan Song1， Huang Junbao1， Wang Kangjun1， He Jie1， Yang Weiguang1， Feng Xiping2

（1.Institute of Agricultural Engineering， Jiangxi Academy of Agricultural Sciences， Nanchang， Jiangxi 330200;

2.Jiangxi Yuefeng Agricultural Technology Co.，Ltd.， Fuzhou， Jiangxi 344200）

Abstract： The production and demand of vegetables in China is large， but the mechanization of vegetable production starts late， the production of vegetables is mainly artificial， the comprehensive mechanization level of vegetable cultivation and harvest in China is about 20%， and the research and development of vegetable harvesting machinery has just started in recent years. In this article， through analysis to study the status quo of vegetable production machinery technology at home and abroad， points out the key to solve domestic vegetable production technology and equipment， puts forward the development of vegetable mechanization technology research， Suggestions to strengthen the integration of agricultural machinery and agronomy technology， vigorously foster suitable mechanization planting varieties， formulate scientific and rational cultivation mode， set up the mechanism of agricultural machinery and agronomy， realize the coordinated development of high-yielding and efficient mechanism， accelerate the process of vegetable production mechanization.

Key Words： vegetable production， mechanization， technology， development， research