番茄工廠化栽培作業(yè)管理現(xiàn)狀與效率提升路徑

王明媚 張躍峰，2* 李勝男 黃松波

（1 北京華農(nóng)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)有限公司，北京 100023；2 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計研究院，北京 100125）

大型玻璃溫室番茄工廠化栽培具有高投入、高產(chǎn)出、規(guī)?；F(xiàn)代化、標準化、集約化、流程化和持續(xù)可控的特征。本文在調(diào)研的基礎(chǔ)上，分析了我國大型玻璃溫室番茄工廠化栽培作業(yè)在流程、效率、數(shù)字化管理等方面的現(xiàn)狀；基于影響作業(yè)環(huán)節(jié)的作業(yè)時間、作業(yè)頻次、空間位置及順序等因素，提出了5 個環(huán)節(jié)的優(yōu)化工藝；根據(jù)櫻桃番茄工廠化栽培的種植密度，提出了單位面積用工數(shù)量推薦配置；針對我國大型溫室番茄工廠化栽培的效率和效益需求，提出了深入研究栽培作業(yè)管理和建立以種植者為中心的創(chuàng)新協(xié)作體系等發(fā)展建議。

自2015 年以來，在政策引導(dǎo)、消費升級的驅(qū)動下，我國掀起了新一輪大型玻璃溫室投資熱潮。據(jù)中國農(nóng)業(yè)機械化協(xié)會設(shè)施農(nóng)業(yè)分會不完全統(tǒng)計，近5 年新建的單體面積2 hm2以上的文洛型玻璃溫室總面積已達613 hm2，遍及全國16 個?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市），平均單棟面積達到7 hm2以上。大型玻璃溫室環(huán)境調(diào)控能力強、工廠化生產(chǎn)條件充分，是諸多設(shè)施中的高端類型，但其建設(shè)投資大、相對能耗高，種植企業(yè)不易實現(xiàn)盈利，盈利模式大多仍處于探索階段。為此，以經(jīng)濟效益為目標，從大型玻璃溫室生產(chǎn)技術(shù)與管理融合的角度，總結(jié)生產(chǎn)實踐中取得的經(jīng)驗，形成高效的生產(chǎn)及管理模式，具有很強的現(xiàn)實意義。

大型玻璃溫室以種植蔬菜為主，且以番茄為優(yōu)勢作物。番茄工廠化栽培的主要特征是規(guī)?；F(xiàn)代化、標準化、高投入、高產(chǎn)出和持續(xù)可控（李新旭 等，2018）。從工廠化要素視角看，大型溫室番茄工廠化栽培還應(yīng)具備集約化、流程化的特征。在未來一段時期，無論產(chǎn)品定位如何，我國設(shè)施蔬菜均面臨著價格、質(zhì)量、品牌等方面的激烈競爭。在生產(chǎn)成本中占有重要比重的人工成本對核心競爭力的影響日益明顯，由控制人工成本而提升的綜合效能也越來越顯著。而只有實現(xiàn)工廠化栽培管理，才能更充分地發(fā)揮大型玻璃溫室的作用，減少人工成本，獲得應(yīng)有的投資回報。為此，筆者于2016——2019 年通過走訪和電話征詢等方式，對國內(nèi)投入生產(chǎn)運營兩年以上、單產(chǎn)和銷售達到國內(nèi)較高水平的大型連棟溫室進行了調(diào)研，分析番茄工廠化栽培管理現(xiàn)狀，針對存在問題提出發(fā)展路徑及建議，以期為我國大型溫室的生產(chǎn)運營管理提供參考。

1 番茄工廠化栽培作業(yè)管理現(xiàn)狀

1.1 調(diào)研溫室基本情況

從番茄生產(chǎn)面積、區(qū)域分布、產(chǎn)量情況及主要栽培工藝流程等方面，對北京、山東、甘肅等地已投產(chǎn)運營的8 個大型連棟玻璃溫室番茄生產(chǎn)企業(yè)進行調(diào)研。結(jié)果顯示，溫室中最小單體種植面積為2.1 hm2，最大單體種植面積為25.0 hm2（表1）。種植的品種主要來自荷蘭、日本、美國等國外蔬菜種子公司，國內(nèi)品種種植較少。不同大型連棟溫室同類型番茄單產(chǎn)差別較大，串收櫻桃番茄產(chǎn)量在15～30 kg·m-2，中果型番茄在40～60 kg·m-2，大果型番茄在40～83 kg·m-2。

表1 調(diào)研溫室基本情況

1.2 栽培作業(yè)典型流程和特點

不同企業(yè)對番茄工廠化栽培工藝環(huán)節(jié)的分工基本相同，工廠化栽培作業(yè)流程總體上分為定植前準備、定植、定植后管理、采收4 個階段。定植前準備包括溫室硬件準備及消毒、基質(zhì)處理、安裝掛繩、插滴箭、開排水孔；定植后的工藝流程主要包括打杈（抹側(cè)芽）、綁蔓、卡環(huán)、繞秧（盤頭）、疏花疏果、安裝果柄夾、摘老葉、落蔓、熊蜂管理、采收，直至拉秧清園（圖1）。工廠化番茄定植時普遍選擇六葉一心的番茄苗。

企業(yè)根據(jù)各自的種植技術(shù)和管理水平，會對番茄生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)做出相應(yīng)的增減、合并或順序調(diào)整。如用安裝卡環(huán)替代繞秧；對于單果質(zhì)量在20 g以上或果柄過長的品種使用果柄夾，以防止果柄折斷而影響?zhàn)B分運輸和果實轉(zhuǎn)色成熟；安裝掛鉤可以在定植前后靈活進行。

調(diào)研的溫室普遍采用熊蜂授粉等綠色生產(chǎn)方式。定植后，除熊蜂管理和檢查由技術(shù)人員負責外，其他每項農(nóng)事操作均為1 個工種，經(jīng)過一定時間的磨合與整合后，由固定勞工來完成。每個工種一般以周為周期進行農(nóng)事操作，也可根據(jù)實際工作效率、工人數(shù)量以及植株不同季節(jié)的生長量等調(diào)整工作量或周期。

1.3 多樣化作業(yè)流程現(xiàn)狀

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在大型玻璃溫室番茄工廠化栽培中，用工量最大的3 個環(huán)節(jié)是繞秧、疏花疏果、采收，尤其疏花疏果和繞秧環(huán)節(jié)的操作技術(shù)要求最高，且對植株生長和單產(chǎn)影響最大。在調(diào)研的8 個溫室中，每個溫室定植后的作業(yè)順序均有所不同。有的溫室為節(jié)省用工成本會將打杈（抹側(cè)芽）與繞秧環(huán)節(jié)合并，有的溫室則把繞秧和落蔓進行明確劃分，先繞秧再落蔓，或?qū)身椶r(nóng)事操作合并為一個環(huán)節(jié)。不同溫室同類作業(yè)的周期也有很大差別，介于4～10 天不等。以上順序差異和周期差異共同造成了流程差異，形成了不同的番茄工廠化栽培作業(yè)流程。通過走訪調(diào)研，發(fā)現(xiàn)目前主要有5 種常見栽培作業(yè)流程（圖2）。其中，各個環(huán)節(jié)的難易程度、作業(yè)位置、作業(yè)時間、作業(yè)頻次和順序關(guān)系見表2。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，栽培作業(yè)流程中部分工藝可進行順序調(diào)整或合并（圖3），從而使流程更加優(yōu)化。如打杈與繞秧作業(yè)位置相同，而且在側(cè)枝較小時容易完成，兩項作業(yè)可由一人同時進行；疏花與疏果作業(yè)位置相同，同樣可以由一人同時進行；摘老葉先于采收，可以防止葉片遮擋果實，影響采收效率；先繞秧后落蔓，則可減少因番茄生長迅速而造成的藤蔓彎折，降低繞秧的難度。

表2 番茄工廠化栽培作業(yè)工藝環(huán)節(jié)主要特征

此外，鑒于不同溫室各環(huán)節(jié)的操作規(guī)范、標準工時、用工量、工人培訓(xùn)程度和熟練程度等都不盡相同，導(dǎo)致番茄工廠化栽培作業(yè)效率、單產(chǎn)和品質(zhì)等方面存在明顯差異。

1.4 勞動力管理現(xiàn)狀

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前番茄工廠化栽培用工量較大，大部分勞工為園區(qū)所在地附近村民，而園區(qū)內(nèi)固定工以女性為主，少部分需要大量體力的工種則主要是男性。計劃招聘人數(shù)一般為實際用工人數(shù)的2～3倍，甚至更多。招聘后要對勞工進行實操培訓(xùn)和篩選，根據(jù)每個工人的實際情況進行分工。通常情況下，80%左右的勞工會從事固定的農(nóng)事操作，20%左右的勞工則屬于靈活作業(yè)。為了激勵勞工，固定工種一般采用計件的方式計算薪資，而靈活工種一般采用計時的方式。同時在作業(yè)過程中還需要不定時對作業(yè)情況進行監(jiān)督和檢查。

由表3 可知，隨著設(shè)施番茄溫室單體面積的增大，用工量也越來越多。調(diào)研溫室每公頃用工人數(shù)均在5 人以上，最多可到10 人以上。以單體種植面積10 hm2的溫室為例，固定的用工量在70～80 人。而在番茄上市高峰期，部分溫室還會大量雇傭采收和包裝工人，用工量甚至能達到平時的1.5～2.0 倍。

表3 番茄工廠化栽培用工及管理情況

番茄工廠化栽培溫室工人的平均年齡偏大，調(diào)研溫室平均用工年齡均在40 歲及以上，部分溫室甚至在50 歲以上，且工人文化程度均偏低，大部分只有小學(xué)、初中學(xué)歷，導(dǎo)致在進行技術(shù)和規(guī)范培訓(xùn)、篩選、聘用、定崗和再培訓(xùn)等方面需要耗費大量的人力物力。由于勞工年齡偏大，且在栽培環(huán)節(jié)對工人是否能勝任未進行詳細篩選，導(dǎo)致總體工作效率低。僅以采收為例，荷蘭設(shè)施番茄（大果型）采收速度人均360 kg·h-1（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部蔬菜生產(chǎn)機械化智能化生產(chǎn)培訓(xùn)團，2018），我國在同等設(shè)備配置的大型溫室中僅為300 kg·h-1，比荷蘭低17%。除此之外，由于勞工整體的文化程度較低，番茄工廠化栽培過程中先進設(shè)備和軟件的應(yīng)用普及在一定程度上難度較大；部分溫室為了更好地管理工人、完成作業(yè)任務(wù)，還會增設(shè)班（組）長一職。

1.5 數(shù)字化管理現(xiàn)狀

目前番茄工廠化栽培作業(yè)管理已趨于數(shù)字化，主要體現(xiàn)在管理軟件的應(yīng)用。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，安裝和應(yīng)用最多的數(shù)字化管理軟件包括與溫室硬件設(shè)備相連接的環(huán)境控制軟件，與產(chǎn)品出入庫、物流、銷售相關(guān)的進銷存和供應(yīng)鏈管理軟件，基于農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)大腦，以及與財務(wù)管理、人事管理、勞工管理相關(guān)的軟件等。所有調(diào)研溫室均在使用不同種類的管理軟件，其中環(huán)境控制軟件是必不可少的。

由表4 可以看出，不同溫室管理軟件安裝數(shù)量差距較大，最多達到7 個，最少只有3 個，但均可以滿足溫室內(nèi)生產(chǎn)運營的管理需要。但溫室數(shù)字化管理也存在以下問題：一方面，數(shù)據(jù)不能共享分析。由于軟件各自管轄一塊，數(shù)字化管理的集中協(xié)同能力不足，使用人員會頻繁更換管理界面，效率仍有很大的提升空間。另一方面，軟件利用尚不充分。部分溫室的部分軟件屬于閑置狀態(tài)，其中閑置最多的為勞動力管理、農(nóng)業(yè)大腦等軟件。究其原因，一是勞動力管理屬于對人的管理，不可控因素較多，在栽培作業(yè)環(huán)節(jié)勞工配置缺乏精準選擇的情況下，難以按照軟件要求管理，尤其是難以持續(xù)有效地實施管理。而其他大部分管理軟件的管理對象主要為物、財，不可控因素較少，更容易實現(xiàn)數(shù)字化管理，能有效提高生產(chǎn)效率和管理效率，且較為直觀，易于被管理者接受。二是農(nóng)業(yè)大腦軟件是基于農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)分析工具，對于使用者的技術(shù)水平要求也較高。

研究組： 在對照組基礎(chǔ)上加用電刺激治療，儀器為法國 Vivaltis PHENIX USB4型盆底康復(fù)治療儀，技術(shù)參數(shù)設(shè)置: 頻率10～100 Hz，電流強度0～50 mA，波寬200～500 μs，電刺激持續(xù)時間2～20 s，電刺激間歇時間 2～50 s ?；颊吲趴漳蛞汉笕“螂捉厥唬Ｒ?guī)消毒會陰，置入電極于陰道，啟動治療儀。電刺激方案根據(jù)產(chǎn)婦盆底功能障礙程度進行調(diào)節(jié)，對于盆底收縮肌力較弱的產(chǎn)婦采用功能性電刺激，對于尿失禁患者對尿道括約肌進行功能性電刺激，電刺激強度以產(chǎn)婦不感覺疼痛為宜，在產(chǎn)婦耐受的情況下電刺激增加幅度在1%～5%范圍內(nèi)增加，每次15 min，2次/d，連續(xù)治療6周。

表4 番茄工廠化栽培管理軟件使用情況

2 提升路徑

綜上，我國大型玻璃溫室番茄工廠化栽培管理模式尚處于探索階段，在探索過程中，大多溫室企業(yè)采用荷蘭的無土栽培成套技術(shù)，借鑒荷蘭的組織分工經(jīng)驗，同時結(jié)合我國國情，在勞動力、產(chǎn)品需求、生產(chǎn)資料價格等方面創(chuàng)建適合自身的管理模式，但目前還未達到預(yù)期目標。鑒于大型玻璃溫室在工廠化管理方面的場景條件及運營目標存在相似性，且在栽培作業(yè)環(huán)節(jié)管理、勞動力配置與管理、數(shù)字化協(xié)同管理等方面具有相對一致的需求，因此普適性與差異性結(jié)合的栽培作業(yè)管理模式值得探索。通過管理模式的應(yīng)用，能夠有效提高作業(yè)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，達到精準控制生產(chǎn)成本、生產(chǎn)周期和產(chǎn)品質(zhì)量的目的，從而為溫室工廠化生產(chǎn)的效益提升提供發(fā)展空間。

2.1 運用科學(xué)管理方法優(yōu)化作業(yè)流程

根據(jù)科學(xué)管理理論，科學(xué)地運用技術(shù)、流程和工具的不同組合，給崗位配備不同的員工和工具，并讓員工嚴格遵循操作指令，可大幅提高工人的工作效率（羅賓斯和庫爾特，2017）。對于我國剛剛步入工廠化生產(chǎn)理念實施階段的大型玻璃溫室，尤其是對于栽培作業(yè)的管理，通過利用科學(xué)管理理論進行流程再造和改進，將能大大提升生產(chǎn)效率。

目前設(shè)施番茄農(nóng)事操作流程可概括為：掛黃帶→掛掛勾→定植→系繩（綁繩）→打杈→繞秧（盤頭/繞秧）→疏花→疏果→摘老葉→落蔓→采收。

每個農(nóng)事操作為一個工種，所有工種可分為一次性工種、重復(fù)性工種和間接性重復(fù)工種。其中一次性工種一般一個生長季只進行一次農(nóng)事操作，包括掛黃帶、掛掛勾、定植、系繩；重復(fù)性工種在整個生長季一般以周為單位進行持續(xù)操作，包括繞秧（盤頭/繞秧）、打杈、疏花、疏果、摘老葉、落蔓、采收；間接性重復(fù)工種在整個生長季根據(jù)植株生長情況進行操作，包括放果柄夾、打杈和疏除殘次果，例如打杈一般1 個月打1～2 次。

疏花、疏果主要是疏除生長過密、發(fā)育不良的花和果，在大部分番茄生產(chǎn)溫室中可進行工種合并，由同一工人完成。打杈（抹側(cè)芽）可分為打頂部杈、中間杈和底部杈。其中打頂部杈可以和繞秧一起完成，且打頂部杈若完成較好，側(cè)芽以及中間杈、底部杈會得到很好控制。故在部分溫室中繞秧和打杈會同時進行，部分溫室會將打中間杈和底部杈作為計時工種。

綜上可知，基于減少時間流線、空間流線和行走距離的需求，以及技能同質(zhì)、勞動力特質(zhì)要求等因素，番茄工廠化栽培中的農(nóng)事操作可優(yōu)化為五大項，即繞秧打杈、疏花疏果、落蔓、摘老葉和采收（圖4）。

2.2 提升栽培作業(yè)隊伍的管理水平

通過調(diào)研5 家3 hm2以上具有代表性的櫻桃番茄工廠化栽培溫室，得出目前各個工種的工作效率區(qū)間。同一工種、不同工人的工作效率差異很大，如摘老葉工種最高工效是最低工效的2.33倍（表5）。

表5 櫻桃番茄工廠化栽培中工種的工作效率

對于重復(fù)性工種，工人的工作效率雖然受年齡、文化程度等限制，但通過定期技術(shù)培訓(xùn)，規(guī)范工種標準，對勞工進行有效篩選，同時借助勞動力管理軟件進行農(nóng)事任務(wù)的安排、實時追蹤進展、檢查結(jié)果等，可有助于提高勞工的工作效率。

2.3 優(yōu)化單位種植面積用工量

以櫻桃番茄工廠化栽培為例，在確定溫室內(nèi)番茄的種植密度、每個工種完成100 頭（番茄生長點）工作量的標準時間后，可計算出各個工種獨立工作1 hm2所需的工作時長和1 周（按5 個工作日，每天8 小時工作時長計算）完成1 hm2種植面積所需要的勞工人數(shù)，繼而得出每公頃種植面積所需用工數(shù)量（表6、7）。從表7 中可知，落蔓工種每公頃每周的用工量最少，繞秧的用工量最大，其次為摘老葉和疏花疏果。

表6 櫻桃番茄工廠化栽培各工種獨立工作所需時長

表7 櫻桃番茄工廠化栽培用工配置推薦

2.4 提升數(shù)字化管理平臺集成能力

大型溫室番茄工廠化栽培是科技密集型、人才密集型的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)標志，數(shù)字化管理軟件的應(yīng)用能夠大大提高生產(chǎn)效率，但應(yīng)用種類過多的數(shù)字化管理軟件反而會降低生產(chǎn)效率和應(yīng)用效果。筆者認為，可將溫室內(nèi)數(shù)字化管理軟件整合成三大系統(tǒng)：一是生產(chǎn)作業(yè)管理系統(tǒng)，對溫室內(nèi)與番茄栽培生產(chǎn)直接相關(guān)的環(huán)境和作業(yè)進行管理，包括環(huán)境管理、勞工管理、作業(yè)管理等；二是資源管理系統(tǒng)，對生產(chǎn)經(jīng)營中的財務(wù)信息、供應(yīng)鏈和生產(chǎn)資料、半成品和成品進行管理；三是經(jīng)營決策輔助系統(tǒng)，主要指與溫室整體運營相關(guān)的管理系統(tǒng)，包括溫室可視化管理的駕駛艙、基于農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)大腦、云平臺等。資源管理系統(tǒng)是基礎(chǔ)，生產(chǎn)作業(yè)管理系統(tǒng)和經(jīng)營決策輔助系統(tǒng)是實現(xiàn)管理的手段，三個系統(tǒng)相輔相成，數(shù)據(jù)兼容。

3 發(fā)展建議

3.1 重視并深入研究工廠化栽培作業(yè)管理

加強工廠化栽培作業(yè)管理，可更充分地利用光照、空間資源，更有效地控制人工生產(chǎn)成本，從而提高單位面積效益。近年來，我國連棟溫室番茄工廠化栽培規(guī)模迅速擴大，通過引進成套技術(shù)和生產(chǎn)模式，初步建立了大型溫室條件下的工廠化生產(chǎn)作業(yè)管理方法，生產(chǎn)作業(yè)效率顯著提高，工廠化管理理念已成共識。但是，建立科學(xué)高效且可復(fù)制推廣的成套流程和管理方法仍是迫切需求。為此，應(yīng)充分認識工廠化栽培作業(yè)流程研究在自然科學(xué)與管理科學(xué)之間的交叉性，重視并加強此類研究，各級政府應(yīng)給予引導(dǎo)和經(jīng)費支持，從而逐步解決我國大型溫室更多品類工廠化栽培問題。

3.2 建立以種植者為中心的創(chuàng)新協(xié)作體系

工廠化栽培水平與栽培技術(shù)、裝備技術(shù)和管理技術(shù)水平都有直接關(guān)系，且相互影響、相互制約。對于投資大、運行成本高的大型溫室而言，單獨一個門類的研究方向往往難以達到節(jié)本增效的目的。為此，應(yīng)以種植者為中心，深化機藝融合，擴大至機藝管融合，推動建立以管理方法為紐帶的創(chuàng)新協(xié)作體系。通過以種植者為中心的創(chuàng)新協(xié)作體系，針對相同或相似的應(yīng)用場景和品類，同步開展栽培技術(shù)、裝備技術(shù)、管理技術(shù)的研究創(chuàng)新，使其經(jīng)濟考量更為精準，具有成套應(yīng)用的現(xiàn)實價值，并積極開展以科學(xué)管理為紐帶的成套技術(shù)試驗示范，能快速檢驗和推廣應(yīng)用成果。