山西省設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展模式及機(jī)械化采摘技術(shù)研究

馮彩霞

（山西省農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展中心，山西 太原 030031）

設(shè)施農(nóng)業(yè)是山西省重點(diǎn)發(fā)展的五大特色優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)之一，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組成部分，是轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式、持續(xù)增加農(nóng)民收入的有效途徑。發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)可以有效提高土地產(chǎn)出率、資源利用率和勞動生產(chǎn)率，解決山西省無霜期短、半年不能種和很多優(yōu)良品種種不活等問題，減少災(zāi)害性天氣的影響。特別是在2020年新冠肺炎疫情影響下，設(shè)施農(nóng)業(yè)有效保證了居民對重要農(nóng)產(chǎn)品的生活需求，對保持社會繁榮穩(wěn)定具有巨大的意義。據(jù)山西省統(tǒng)計年鑒，2018年全省設(shè)施蔬菜種植面積為36.65 khm2，占全省蔬菜種植總面積約20.7%，設(shè)施蔬菜總產(chǎn)量為232.91×104t。近年，隨著居民生活水平的提高，設(shè)施農(nóng)業(yè)面積不斷增加，設(shè)施農(nóng)業(yè)規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化、機(jī)械化水平在不斷提高，截至2018 年底，山西省設(shè)施栽培機(jī)械化率達(dá)到34.9%，但與玉米、小麥等主要農(nóng)作物機(jī)械化率相比還有很大差距，與發(fā)達(dá)國家相比，山西省設(shè)施農(nóng)業(yè)裝備自動化、信息化等水平還很低。因此，提高全省設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平，特別是用工量較大的采摘環(huán)節(jié)，具有非常重要的意義。

1 山西省現(xiàn)有設(shè)施農(nóng)業(yè)主要形式

目前，隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)水平的不斷提升、國內(nèi)外交流合作加強(qiáng)，國內(nèi)溫室大棚發(fā)展迅速，形成了各式各樣的風(fēng)格，但是山西省目前主要存在的還是日光溫室、塑料大棚及連棟溫室3種。

1.1 日光溫室

日光溫室是以太陽能為主要能源并可進(jìn)行作物越冬生產(chǎn)的溫室。在不適宜植物生長的季節(jié)，加火強(qiáng)化保溫或少加溫的情況下，就可以生產(chǎn)喜溫性蔬菜，節(jié)約燃料、減少環(huán)境污染。山西位于北緯34°34′～40°44′，屬于大陸性季風(fēng)氣候，晝夜溫差大，冬季寒冷干燥，特別適合使用該種溫室用于冬季蔬菜生產(chǎn)，因此，日光溫室是目前山西省最多的一種設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室類型。日光溫室坐北朝南，由北側(cè)和東西兩面保溫蓄熱墻體、北向保溫斜屋面、南向拱型采光屋面、晝開夜閉的保溫被或草席（苫）構(gòu)成。在山西的丘陵山區(qū)、梯田地塊，只要是向陽，可就地取材，依地形而建造，面積大小不限，建造成本低，可進(jìn)行瓜果蔬菜、菌類以及花卉等植物栽培生產(chǎn)，也可進(jìn)行動物養(yǎng)殖生產(chǎn)。

1.2 塑料大棚

塑料大棚俗稱冷棚，利用竹木、鋼材等材料并覆蓋塑料薄膜，搭成拱形棚，充分利用太陽能，有一定的保溫作用，并通過卷膜能在一定范圍調(diào)節(jié)棚內(nèi)的溫度和濕度，是一種簡易實(shí)用的保護(hù)地栽培設(shè)施，建造容易、使用方便、投資較少。在山西省主要是起到春提前、秋延后的保溫栽培作用，提高單位面積產(chǎn)量，能在早春和晚秋淡季供應(yīng)鮮嫩蔬菜。一般春季可提前30～35 d，秋季能延后20～25 d，但不能進(jìn)行越冬栽培。

1.3 連棟溫室

連棟溫室是溫室的一種升級，用科學(xué)的手段、合理的設(shè)計、優(yōu)秀的材料將原有的獨(dú)立單間模式溫室連起來。與傳統(tǒng)溫室相比，空間利用面積遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)溫室，管理更統(tǒng)一、操作更科學(xué)，既節(jié)約時間又提高效率。利用現(xiàn)代信息技術(shù)可以人為制造農(nóng)作物的生長環(huán)境，為農(nóng)作物的生長提供適當(dāng)?shù)墓?、溫度、水、肥料等必須的營養(yǎng)成分。如在山西農(nóng)谷建設(shè)的占地15×104m2的“山西農(nóng)谷番茄小鎮(zhèn)”就是現(xiàn)代化程度較高的智能化連棟溫室。內(nèi)有番茄生產(chǎn)自動化數(shù)控育苗和水肥一體化滴灌系統(tǒng)、遮陽幕布系統(tǒng)、作物懸掛系統(tǒng)、采摘電動車、電子溫室數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控自動升降天窗系統(tǒng)、高壓壓力霧系統(tǒng)、精細(xì)分選包裝流水線等，生產(chǎn)全部自動化。

2 設(shè)施農(nóng)業(yè)采摘裝備的重要性

采摘是果蔬生產(chǎn)過程中最為耗時、耗力、實(shí)效性強(qiáng)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)之一。關(guān)于設(shè)施農(nóng)業(yè)作業(yè)機(jī)械化程度的評價[1]：

式中：A為設(shè)施農(nóng)業(yè)作業(yè)機(jī)械化程度（%）；A1為耕整地機(jī)械化程度（%）；A2為種植機(jī)械化程度（%）；A3為采運(yùn)機(jī)械化程度（%）；A4為灌溉施肥機(jī)械化程度（%）；A5為環(huán)境調(diào)控機(jī)械化程度（%）。

從不同作業(yè)環(huán)節(jié)的權(quán)重可以看出，設(shè)施農(nóng)業(yè)采摘機(jī)械化水平對整個設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平而言有非常重要的作用，而且采摘階段需要輔助搬運(yùn)等作業(yè)，勞動力需求量大、勞動強(qiáng)度高，所需投入的勞動力約占整個生產(chǎn)種植過程的40%～50%[2]。目前，農(nóng)村勞動力特別是青壯年勞力逐漸減少，留在農(nóng)村的勞動力以婦女和老年人為主，僅能進(jìn)行一些輕微的體力勞動。因此，采摘作業(yè)環(huán)節(jié)勞動力不足的矛盾尤為突出，迫切需要機(jī)器人、智能化裝備替代人進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，滿足設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求。設(shè)施農(nóng)業(yè)采摘裝備特別是采摘機(jī)器人的應(yīng)用將在減輕勞動強(qiáng)度，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，提高果蔬質(zhì)量，保障采摘作業(yè)不誤農(nóng)時等方面具有巨大的作用。

3 山西省設(shè)施農(nóng)業(yè)采摘環(huán)節(jié)存在的問題

3.1 分散經(jīng)營為主，采摘機(jī)具需求疲軟

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，山西省目前設(shè)施農(nóng)業(yè)還是以分戶經(jīng)營為主，農(nóng)戶自己建設(shè)農(nóng)業(yè)設(shè)施，自主經(jīng)營，有的是租用別人的設(shè)施農(nóng)業(yè)地塊后自主經(jīng)營，均屬于小規(guī)模生產(chǎn)。另一種是以專業(yè)合作社形式股份經(jīng)營，農(nóng)民以土地承包經(jīng)營權(quán)入股，組建農(nóng)業(yè)開發(fā)專業(yè)合作社，有效整合土地資源、促進(jìn)農(nóng)業(yè)適度規(guī)模經(jīng)營、加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。再有就是以企業(yè)形式規(guī)?；N植，實(shí)行科技化生產(chǎn)、企業(yè)化管理、品牌化營銷，極大地提高了農(nóng)業(yè)綜合效益。關(guān)于采摘機(jī)具，對個體經(jīng)營戶而言，由于投入成本較大，機(jī)具回收期長，此外其種植面積小，家庭成員基本可以滿足勞動力需求，因此需求意愿不大；而對于合作社或者企業(yè)而言，由于種植規(guī)模較大，采摘季節(jié)集中采摘量大、用工量大，有時會出現(xiàn)用工荒或者人工成本短期增加的現(xiàn)象，而且人工采摘效率較低，因此急需能可靠使用的采摘機(jī)具用于生產(chǎn)經(jīng)營。

3.2 耕種類機(jī)具為主，采摘機(jī)具應(yīng)用較少

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前山西省設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的農(nóng)業(yè)機(jī)械主要以耕作類、播種類機(jī)具為主，如小型翻轉(zhuǎn)犁、起壟機(jī)、旋耕機(jī)、微耕機(jī)、覆膜機(jī)、條播機(jī)、起壟播種機(jī)、精量播種機(jī)等，使用機(jī)具后作業(yè)效率比人工提高10 倍以上，作業(yè)成本與人工作業(yè)相比0.067 hm2上地可節(jié)省100～200 元，而且機(jī)械播種省工、省時、省種、出苗率高，可提高作物產(chǎn)量。此外，應(yīng)用較多的就是卷簾機(jī)、設(shè)施環(huán)境調(diào)控裝備、施肥設(shè)備等輔助設(shè)備。在采收環(huán)節(jié)，目前主要使用的就是輔助采摘作業(yè)的電動果蔬轉(zhuǎn)運(yùn)車，有的果蔬轉(zhuǎn)運(yùn)車上面設(shè)置有可升降的操作平臺，采摘一些較高植株的果實(shí)時，采摘者可自行調(diào)整至合適高度，方便采摘。除此以外，采摘機(jī)具或者機(jī)器人應(yīng)用基本還是空白。

3.3 日光溫室為主，室內(nèi)采摘空間受限

調(diào)研發(fā)現(xiàn)對于日光溫室，由于前屋面斷面形狀為弧度形狀，靠近前屋面方向，作業(yè)高度逐漸降低，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定作業(yè)最低高度不小于0.8 m，對采摘機(jī)具的作業(yè)高度限制較大。有一些簡易的日光溫室為了滿足強(qiáng)度要求，里邊設(shè)置較多的支撐支柱，會使作業(yè)空間嚴(yán)重受限，再則在日光溫室內(nèi)，為了方便人工作業(yè)，植物種植一般是南北向成行，這種種植方式需要機(jī)具頻繁掉頭，也制約了采摘機(jī)具的使用。而塑料大棚和連棟溫室跨度為6～14 m、高度為2.3～3.5 m，有的尺寸甚至更大，與日光溫室相比，空間充足、寬敞，較方正，具有較大的栽培空間，此外較現(xiàn)代化的塑料大棚或者連棟溫室多是東西向種植成行，有的為立體種植，苗床可移動，室內(nèi)操作空間大，采摘作業(yè)機(jī)具基本不受限制，為在設(shè)施內(nèi)使用各種采摘機(jī)具提供了較大的可能。

4 山西省設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械化采摘發(fā)展建議

4.1 農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合，向標(biāo)準(zhǔn)化靠攏

為了推動設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械化快速發(fā)展，一是需要將農(nóng)機(jī)農(nóng)藝深度融合，在不影響總體收益的情況下，為了便于機(jī)械化生產(chǎn)作業(yè)，可以在行距、株距等農(nóng)藝方面做適當(dāng)變動，將我們傳統(tǒng)種植觀念和種植模式做出改變；二是向標(biāo)準(zhǔn)化靠攏，包括設(shè)施的建造、種植的農(nóng)藝，做好頂層設(shè)計，至少在一個區(qū)域范圍內(nèi)形成適合該區(qū)域的一個標(biāo)準(zhǔn)體系，以點(diǎn)帶面，增加機(jī)具的適應(yīng)性，便于推廣使用。通過這些舉措，在設(shè)施農(nóng)業(yè)采摘環(huán)節(jié)有機(jī)可用，提高作業(yè)效率，降低作業(yè)成本，讓作物達(dá)到高產(chǎn)量增收、高質(zhì)量增值，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值的極大提升，進(jìn)而提高農(nóng)民朋友的收入。

4.2 政策引導(dǎo)，增加研發(fā)投入及機(jī)具補(bǔ)貼

設(shè)施采摘設(shè)備研究和應(yīng)用均處于起步階段，因此需要政府參與、政策引導(dǎo)，對于處于研究階段的裝備適當(dāng)增加研發(fā)投入，從而帶動企業(yè)提高自身研發(fā)投入，提高研發(fā)的積極性，取得更多創(chuàng)新成果，縮短采摘機(jī)具的研發(fā)周期。對于處于剛開始應(yīng)用的設(shè)施農(nóng)業(yè)采摘裝備，由于其投入成本較高，則通過補(bǔ)貼減輕農(nóng)戶的投入成本，提高機(jī)具應(yīng)用范圍，以便機(jī)具后續(xù)升級改造優(yōu)化，促進(jìn)設(shè)施農(nóng)業(yè)采摘環(huán)節(jié)機(jī)械化程度提高。

4.3 注重培訓(xùn)，提高從業(yè)者知識水平

設(shè)施農(nóng)業(yè)是一種多學(xué)科交叉的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，采摘機(jī)器人等現(xiàn)代化裝備的使用操作均需要懂技術(shù)、有文化、會經(jīng)營的具有較高素質(zhì)的新型農(nóng)民，因此，為了保證設(shè)施農(nóng)業(yè)健康順利發(fā)展，必須注重新型農(nóng)民的培訓(xùn)。讓廣大農(nóng)民掌握新技術(shù)，學(xué)會熟練使用機(jī)具，便于推廣應(yīng)用智能化、機(jī)械化技術(shù)裝備，提高專業(yè)化服務(wù)水平，擴(kuò)寬設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的新路子。

5 結(jié)論

設(shè)施蔬菜栽培對緩解山西省蔬菜淡季的供求矛盾起到了特殊重要的作用，設(shè)施蔬菜的單產(chǎn)是露地蔬菜的5～7 倍，是糧食作物的10～20 倍，同時還有較高的提升空間，發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)采摘環(huán)節(jié)機(jī)械化就是重要途徑之一。目前，結(jié)合全省實(shí)際，對于設(shè)施農(nóng)業(yè)采摘環(huán)節(jié)方面，葉菜類、根莖類等生長期、收獲期基本一致的作物，可以實(shí)現(xiàn)整個地塊同時采摘收獲，該類機(jī)具已有量產(chǎn)機(jī)具，通過引進(jìn)試驗(yàn)加快應(yīng)用速度；而茄果類、瓜類等作物，由于果實(shí)成熟期不一致，此類作物采摘期較長，消耗人工大，機(jī)器收獲難度大，應(yīng)重點(diǎn)投入研發(fā)此類采摘機(jī)器人的經(jīng)費(fèi)。此外，設(shè)施農(nóng)業(yè)空間相對狹小，因此，設(shè)施農(nóng)業(yè)裝備以小型化為鮮明特點(diǎn)作為其發(fā)展模式。隨著采摘設(shè)備研發(fā)推廣、政策的支撐、從業(yè)者知識水平提高等多種舉措，山西省設(shè)施農(nóng)業(yè)采摘機(jī)械化水平將快速提高，設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更加優(yōu)質(zhì)、高效，將有更加顯著的社會效益和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。