連棟溫室機械化生產(chǎn)案例分析

鄭剛 李躍洋 劉佳 李旭

|摘要|中國南和設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集群采用世界一流農(nóng)業(yè)設(shè)施、先進栽培模式和智能設(shè)備，應(yīng)用工業(yè)化質(zhì)量管理思想，進行生產(chǎn)全過程的質(zhì)量管理和標(biāo)準(zhǔn)化管理，聚集現(xiàn)代生產(chǎn)要素，建設(shè)“生產(chǎn)+加工+科技”的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園，文章主要介紹南和產(chǎn)業(yè)集群項目中的溫室機械化生產(chǎn)技術(shù)及配套設(shè)備。

中國南和設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集群規(guī)劃總占地面積140 hm2，100 hm2連棟溫室用于設(shè)施農(nóng)業(yè)高產(chǎn)高效生產(chǎn)和工廠化育苗，一期建設(shè)高效生產(chǎn)溫室11.3 hm2，以鮮食型水果番茄、黃瓜、彩椒等果菜的高效生產(chǎn)為主，年產(chǎn)果菜總產(chǎn)量可達560萬kg。產(chǎn)業(yè)集群通過設(shè)施高效栽培和合理的茬口安排，提高了蔬菜產(chǎn)品的品質(zhì)、商品性和市場價值，實現(xiàn)周年不間斷持續(xù)高產(chǎn)，增加產(chǎn)品的市場競爭力。通過設(shè)施農(nóng)業(yè)的供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級，使設(shè)施生產(chǎn)由傳統(tǒng)的低投入、低產(chǎn)出、低質(zhì)量、高勞動強度轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝省⒏弋a(chǎn)出、高質(zhì)量、低勞動強度的集約化生產(chǎn)形式。通過引進國外一系列先進的設(shè)施生產(chǎn)設(shè)備和管理系統(tǒng)，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了后期的運營成本。項目的建設(shè)有利于該地區(qū)經(jīng)濟建設(shè)和環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，更好地拉動當(dāng)?shù)匦枨蠛徒?jīng)濟發(fā)展。

連棟溫室機械化生產(chǎn)配套設(shè)備介紹

南和設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集群項目引進借鑒了荷蘭的優(yōu)良種源、先進的農(nóng)業(yè)設(shè)施設(shè)備、成熟的管理技術(shù)及運營模式，從荷蘭引進的裝備運用于育苗、生產(chǎn)、運輸、產(chǎn)后包裝等各個環(huán)節(jié)。采用機械化、自動化機械裝備使連棟溫室內(nèi)實現(xiàn)了快速、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效生產(chǎn)。

育苗

項目育苗環(huán)節(jié)的自動播種線（圖1）是由完全可編程的自動育苗機（圖2）等裝備組成的，通過可編程計算機可以進行多種設(shè)置并存儲在內(nèi)存中。該套設(shè)備配備自清洗式吸嘴，當(dāng)每個播種周期完成后可自動進行清理，避免堵塞，減少播種過程的損失。并通過配置不同規(guī)格的針頭對不同大小形狀的種子進行播種，托盤最大尺寸為600 mm×400 mm，播種速度最大可達220盤/h[1]。

分塊機

分塊機（圖3）減輕了種植黃瓜、彩椒和番茄等蔬菜的勞動密集型工作。分塊機適用于從播種線上裝載播種好的巖棉塊，還可以在混凝土地面上收集和分離巖棉塊，一般多用于潮汐灌溉系統(tǒng)上。由于該設(shè)備獨特的構(gòu)造，兩個巖棉塊之間的寬度距離可以在0～15 cm之間變化，整個平臺的最大展開寬度為3 m，巖棉塊之間在縱向方向上的間隔距離可以自由調(diào)節(jié)到任何所需的距離。系統(tǒng)可以將巖棉塊沿一條直線相鄰放置[2]。

生產(chǎn)

軌道升降車

軌道升降車（圖4～5）一般是在進行吊掛、打葉工作的時候使用，配備了堅固、布置合理的儀表板，其技術(shù)參數(shù)見表1。該設(shè)備的開關(guān)和控制旋鈕的數(shù)量很少，方便員工的操作，載荷重量為250 kg。

運輸

地磁車

地磁車（圖6～7）是一種感應(yīng)引導(dǎo)式牽引車，采后運輸車在牽引車后面連接，可在連棟溫室內(nèi)部運輸。地磁車中的傳感器通過感應(yīng)線遵循規(guī)劃好的路線行駛，而且可以通過控制面板上的觸摸屏進行操控。地磁車帶有實心輪胎，可以自動和手動操作，由于安全原因，速度受到限制。安全保險杠與激光掃描儀結(jié)合使用，還可以確保在牽引車前部有障礙物時，就會立即停止。

采后運輸車

采后運輸車（圖8）是人工采摘后，將采收后的蔬菜放入到一個塑料筐內(nèi)，然后將筐依次放在這種采后運輸車上，這種車移動的時候阻力低，可以兼顧在軌道上和地面上行駛，底盤的設(shè)計簡單、堅固、輕巧，保證在軌道上運行的時候不會對農(nóng)作物造成損害。轉(zhuǎn)向容易，可以進行模塊化管理。該運輸車配有不同類型長度、寬度和高度，比較適合于全自動系統(tǒng)使用。一般來說是有兩種類型，分別為普通型和帶高架型，帶高架運輸車（圖9～10）上方支起的平臺上一般用來放空箱子或者工具。

植保車

手推類型的植保車（圖11）可以選擇電動發(fā)動機或者是汽油發(fā)動機這兩種。根據(jù)不同作業(yè)的要求，噴嘴位置的高度可以進行調(diào)節(jié)。它可以容納200 L的水，電動機類型的植保車配有一個隔膜泵，每分鐘可以輸出13 L的水;汽油機類型的植保車配的隔膜泵每分鐘輸出25 L的水，壓力都可以達到20 bar。每個單獨的噴頭都可以進行開關(guān)操作，不影響?yīng)毩⑹褂谩?/p>

另外，還有自動化較高的溫室打藥機器人（圖12），自動化程度更高，自行在軌道上進行作業(yè)，可以通過觸摸屏定制打藥的程序，指定路徑長度，每公頃所需水量，打藥的方式等。這種機器人容量約為300 L，可以自動計算所需速度和壓力，也可以根據(jù)需要進行人工修改，軌道上行走的速度在0～110 m/min，可以選擇自動也可以選擇手動，同時滿足混凝土路面和軌道上行駛。

駕駛式掃地機

地面清掃用的是這種掃地吸塵二合一的駕駛式掃地機（圖13），其主要技術(shù)參數(shù)見表2。這種掃地機清洗效率高，省時省力，其工作效率相當(dāng)于12～15名清潔工人同時工作。目前地面清掃人工成本較高，溫室中配備掃地機可以降低人力成本。

包裝

包裝線

番茄處理系統(tǒng)是一種用于自動稱量、包裝和運輸番茄的系統(tǒng)。根據(jù)種植者種植的番茄類型，自動化程度可能會有所不同，可以分為兩種，全自動和半自動化：①全自動番茄處理系統(tǒng)采用的是可以自動行走的采后運輸車，當(dāng)蔬菜采摘好之后放入到運輸車中，蔬菜裝滿之后，工人只需要簡單的控制，運輸車就會自動根據(jù)程序行駛到卸貨單元。自動駕駛的地磁車牽引著相互搭接的采后運輸車，主要牽引動力靠的是地磁車，隨著地磁線自動行駛到卸貨單元，完成卸貨工作;②半自動化番茄處理系統(tǒng)是通過手動牽引車結(jié)合采后運輸車。在這種情況下，需要人駕駛牽引車拖著采后運輸車到達卸貨單元相應(yīng)的位置，完成溫室中的運輸工作。

包裝線一般包括卸貨-分揀-稱重-包裝和貼標(biāo)-轉(zhuǎn)臺-碼垛-運輸或儲存。①卸貨：牽引車或者是地磁車駛?cè)胪茥U單元，然后將收獲的蔬菜筐通過剪刀式的推桿推到流水線上（圖14）;②稱重臺：抓取器將采收筐中的蔬菜放在傳送帶上，傳送帶將蔬菜分配到稱重站，員工在此稱重并對蔬菜進行一定的分揀，將不同品類的蔬菜放入到包裝盒中，包裝盒的大小或者是每份的重量要根據(jù)客戶的需要或者是市場的需求來定（圖15）;③包裝和貼標(biāo)：稱重好的蔬菜由員工放在傳送帶上，當(dāng)包裝盒通過包裝機的時候會進行薄膜包裝，然后經(jīng)過貼標(biāo)機進行貼標(biāo)，這時候蔬菜包裝盒的標(biāo)簽上會顯示蔬菜生產(chǎn)的時間、產(chǎn)地等信息，方便進行銷售、溯源等工作;④轉(zhuǎn)臺：轉(zhuǎn)臺可用于碼垛之前的緩沖工作，完成包裝的蔬菜會通過傳送帶傳送到轉(zhuǎn)臺，進行分級和檢查包裝或未包裝產(chǎn)品等工作（圖16）;⑤碼垛：檢查后，人們可以將包裝好的蔬菜放在收集帶式輸送機上，到達預(yù)堆垛機，然后是碼垛機。這些碼垛設(shè)備會將箱子或者是板條箱進行堆疊放置，再合理地排列放置到托盤上捆扎;⑥運輸或儲存：捆扎好的蔬菜會根據(jù)客戶需要進行運輸或者是在冷庫中進行儲存。

思考

荷蘭設(shè)施蔬菜生產(chǎn)的主流理念是高投入、高產(chǎn)出、高收益，這也成為國內(nèi)很多設(shè)施農(nóng)業(yè)從業(yè)者的追求目標(biāo)。但中國目前市場情況很難復(fù)制該模式，主要原因有兩個：一是進口設(shè)備成本過高;二是國內(nèi)蔬菜價格與產(chǎn)量受多種因素影響，設(shè)施蔬菜生產(chǎn)難以實現(xiàn)高收益。以南和設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集群為例，該項目通過引進荷蘭先進的生產(chǎn)設(shè)備和栽培模式已經(jīng)達到了現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)的較高水平，但在實際運營中仍存在一些問題[3]。

（1）育苗生產(chǎn)線整套設(shè)備專一性過高，只適用于使用巖棉塊育苗，不能適用于草炭、蛭石等傳統(tǒng)基質(zhì)育苗，這樣就制約了育苗生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力。同樣的分塊車也就不能發(fā)揮其最大價值。該套生產(chǎn)線完全有能力為產(chǎn)業(yè)集群以外的更多農(nóng)戶生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)種苗，但是由于只能使用巖棉塊育苗，較高的育苗成本很難滿足老百姓的需求。

（2）地磁牽引車在采后運輸過程中作為牽引工具，具備自動駕駛功能，本身自動化程度很高，但同時要求溫室設(shè)備同樣具備高度的自動感應(yīng)能力，例如需要具備自動感應(yīng)式卷簾門、需要足夠?qū)挼倪\行路線保證地磁牽引車有足夠的轉(zhuǎn)彎半徑等，這些需要大量的資金投入和場地投入，目前設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集群還不能實現(xiàn)盈虧平衡的情況下，這些設(shè)備的使用有些得不償失。

（3）南和產(chǎn)業(yè)集群的包裝線完全具備每周分揀包裝50 t蔬菜產(chǎn)品的能力，但是由于產(chǎn)業(yè)集群自身生產(chǎn)能力有限，周邊農(nóng)戶蔬菜產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，導(dǎo)致整條包裝線不能完全發(fā)揮其真正價值。

由此可以看出，單純地引進國外先進設(shè)備已經(jīng)無法滿足現(xiàn)階段中國設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，應(yīng)該更多地學(xué)習(xí)國外發(fā)達國家的發(fā)展模式，融合更多的企業(yè)和科研單位，促進工業(yè)、農(nóng)業(yè)的結(jié)合。當(dāng)然這離不開國家的大力支持和政策的鼓勵，結(jié)合中國實際國情和設(shè)施農(nóng)業(yè)特點，讓更多的科研成果和工業(yè)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域充分結(jié)合，從而反哺農(nóng)業(yè)，根據(jù)不同地區(qū)、不同設(shè)施類型、不同蔬菜類型研發(fā)出適宜的育苗機械、分苗機械、室內(nèi)運輸機械、包裝機械等，才能促進農(nóng)業(yè)機械化的健康、快速發(fā)展。

參考文獻

[1] 姚彤寶，蔡峰，姜飛.中國工廠化育苗系統(tǒng)集成與發(fā)展趨勢[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)（溫室園藝），2017，37（4）：

10-14.

[2] 辜松.我國設(shè)施園藝生產(chǎn)作業(yè)裝備發(fā)展淺析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備，2019，40（1）：4-11.

[3] 孫劍玲.我國設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展思路[J].種子科技，2019，37（13）：134.

作者簡介：鄭剛（1990-），男，河北人，研究方向為農(nóng)業(yè)機械。

[引用信息]鄭剛，李躍洋，劉佳，等.連棟溫室機械化生產(chǎn)案例分析——以河北省南和縣現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集群項目為例[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2020，40（19）：19-22.