蔬菜生產(chǎn)設(shè)施大棚性能分析與設(shè)施宜機(jī)化建議

岳崇勤，夏 煥，龔智峰

(1.上海市農(nóng)業(yè)機(jī)械鑒定推廣站，上海 201601； 2.上海市嘉定區(qū)農(nóng)機(jī)技術(shù)推廣站，上海 201800)

0 引言

設(shè)施栽培是指為了克服自然環(huán)境的條件困難，利用專門控制環(huán)境條件的設(shè)備、材料，人為創(chuàng)造適宜農(nóng)作物生長發(fā)育的局部小氣候條件，進(jìn)行栽培生產(chǎn)的一種環(huán)控農(nóng)業(yè)形式。抽樣調(diào)查分析顯示，設(shè)施蔬菜生產(chǎn)綜合平均產(chǎn)值20萬元/hm2，凈產(chǎn)值15.7萬元/hm2，比露地蔬菜生產(chǎn)高3～5倍，投入產(chǎn)出比達(dá)到1∶4.45[1]。設(shè)施蔬菜是蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，塑料大棚是蔬菜設(shè)施的重要類型[2]。目前我國設(shè)施園藝面積位居全球第一，設(shè)施園藝在鄉(xiāng)村振興、美麗鄉(xiāng)村建設(shè)中發(fā)揮至關(guān)重要的作用[3]。

隨著國家大力推進(jìn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，我國農(nóng)業(yè)正逐漸從增產(chǎn)導(dǎo)向向提質(zhì)導(dǎo)向轉(zhuǎn)變，“十四五”期間會(huì)加快向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)型升級(jí)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已從主要依靠人力畜力轉(zhuǎn)向主要依靠機(jī)械動(dòng)力，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)入了機(jī)械化為主導(dǎo)的新階段。設(shè)施農(nóng)業(yè)作為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，設(shè)施化比例是衡量菜籃子工程蔬菜生產(chǎn)基地建設(shè)水平的重要指標(biāo)之一，在實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略中，具有非常重要的意義[4]。設(shè)施內(nèi)蔬菜生產(chǎn)是上海菜籃子工程穩(wěn)產(chǎn)保供的保障，隨著蔬菜生產(chǎn)機(jī)械化的發(fā)展，現(xiàn)有設(shè)施內(nèi)蔬菜生產(chǎn)機(jī)械化受作業(yè)環(huán)境限制，大型農(nóng)業(yè)機(jī)械普遍存在“路難走、門難進(jìn)、邊難耕、頭難掉、效難高”的問題[5]?；诖?，本文通過對(duì)上海地區(qū)綠葉蔬菜生產(chǎn)核心基地的蔬菜生產(chǎn)設(shè)施情況進(jìn)行調(diào)研，并重點(diǎn)對(duì)蔬菜生產(chǎn)“機(jī)器換人”示范基地等重點(diǎn)蔬菜生產(chǎn)單位進(jìn)行典型調(diào)研，聚焦蔬菜生產(chǎn)機(jī)械化難題，圍繞棚室改造情況和新建設(shè)施大棚宜機(jī)化情況，為上海地區(qū)在設(shè)施蔬菜大棚宜機(jī)化改造和建設(shè)方面提供可行性建議，為蔬菜生產(chǎn)機(jī)械化推進(jìn)提供助力。

1 基本情況

1.1 核心基地設(shè)施情況

2021年1—2月，對(duì)上海在冊(cè)綠葉蔬菜生產(chǎn)核心基地進(jìn)行了調(diào)研，全市綠葉蔬菜生產(chǎn)核心基地共312個(gè)，分布在全市9個(gè)涉農(nóng)郊區(qū)，涉及蔬菜生產(chǎn)合作社275家。發(fā)出問卷312份，回收有效問卷291份，問卷有效回收率達(dá)93.3%。291個(gè)綠葉菜生產(chǎn)核心基地，總面積5 479 hm2，核心基地平均面積18.8 hm2。全市綠葉蔬菜核心基地設(shè)施總面積達(dá)到3 292.3 hm2，占比60.1%。其中，6型棚面積1 047.7 hm2，占比19.1%；8型棚面積1 986.5 hm2，占比36.3%；連棟棚面積258.1 hm2，占比4.7%。綠葉蔬菜核心生產(chǎn)基地設(shè)施菜田情況如圖1所示。

圖1 全市綠葉蔬菜生產(chǎn)核心基地菜田構(gòu)成Fig.1 Composition of vegetable fields in the core base of green leafy vegetable production in Shanghai City

1.2 典型蔬菜生產(chǎn)示范基地情況

通過對(duì)18家蔬菜生產(chǎn)“機(jī)器換人”示范基地，以及上海星輝蔬菜有限公司、上海結(jié)球農(nóng)業(yè)有限公司華固蔬菜生產(chǎn)基地等進(jìn)行典型調(diào)研得知，綜合考慮機(jī)具通過性、改造成本，適宜機(jī)械化作業(yè)的大棚設(shè)施主要有2種。一種是在原標(biāo)準(zhǔn)8型棚基礎(chǔ)上進(jìn)行棚室、道路改造，方便中小型機(jī)械通行和作業(yè)，18家蔬菜生產(chǎn)“機(jī)器換人”示范基地基本都采用了棚外路變寬、棚門變大、兩棚連接變長等改造方式，2020年宜機(jī)化改造大棚面積共150.35 hm2。另一種是連棟大棚，棚體較高，棚門較寬，機(jī)器的通過性良好。單座連棟大棚面積大多為0.1～0.2 hm2，最大的超大型單個(gè)連棟大棚面積達(dá)15 hm2。上海結(jié)球農(nóng)業(yè)有限公司華固蔬菜生產(chǎn)基地計(jì)劃建設(shè)單個(gè)大棚面積15 hm2的大棚10個(gè)，目前已經(jīng)投入使用2個(gè)，該超大型連棟大棚長度達(dá)470 m，減少了田間轉(zhuǎn)彎掉頭頻率，特別適宜大型機(jī)具作業(yè)。

2 存在的問題

2.1 存量單體棚性能分析

據(jù)筆者調(diào)研，現(xiàn)存的棚室面積中，6型棚和8型棚比例在90%以上，但建造時(shí)間大多在10年以上。建造標(biāo)準(zhǔn)主要考慮采光、保溫、通風(fēng)等，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較低，建設(shè)之初沒有將“適宜機(jī)械通過”因素納入到基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)中[6]。標(biāo)準(zhǔn)6型棚寬度6 m，長度30 m，兩側(cè)作業(yè)有效高度低矮，甚至有些在1 m左右。標(biāo)準(zhǔn)8型棚相對(duì)6型棚，在長度、寬度、高度方面稍好，標(biāo)準(zhǔn)8型棚寬度8 m，長度40 m，兩側(cè)作業(yè)有效高度一般在1.5 m以上。大棚端部的棚門設(shè)計(jì)之初較少考慮機(jī)具通過，棚門寬度一般為1.5～1.8 m。上海處于多雨氣候，為防止大棚受到臺(tái)風(fēng)和洪澇的不利影響，棚外道路與棚門之間設(shè)有明溝排水溝，棚門處架設(shè)簡易的過道板，連接排水溝兩側(cè)溝渠，過道板鋪設(shè)寬度一般在1 m左右，甚至有些過道板只能行人通過。目前現(xiàn)有部分道路和棚室不利于拖拉機(jī)等中大型機(jī)械通過，制約了蔬菜機(jī)械的推廣和使用。

2.2 存量8型棚改造后性能分析

由于6型棚本身過于低矮短小，這一先天性不足，即使經(jīng)過改造也難以保證農(nóng)機(jī)具的通過性，因此從適用性、經(jīng)濟(jì)性等方面通盤考慮，蔬菜大棚改造僅僅針對(duì)8型棚，不建議對(duì)6型棚進(jìn)行改造。針對(duì)8型棚的改造主要包括以下方面。針對(duì)門難進(jìn)問題，在保證大棚主體結(jié)構(gòu)安全、穩(wěn)固的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大8型棚的開門寬度，甚至采用全開門等方式；把縱向?qū)?yīng)門對(duì)門排列布局的2個(gè)大棚聯(lián)通起來，增加大棚長度，與原來大棚相比，至少減少一半的作業(yè)死角，增加有效作業(yè)面積，減少一半的掉頭次數(shù)，提高了作業(yè)效率。改變傳統(tǒng)的逐個(gè)大棚依次作業(yè)模式，把拖拉機(jī)棚內(nèi)掉頭改為了部分棚外掉頭，解決了單棚作業(yè)時(shí)因棚內(nèi)掉頭遺留作業(yè)死角的難題。拓寬進(jìn)棚過道板，與改造后棚室門寬度相當(dāng)或略寬，方便中大型機(jī)具順暢進(jìn)出。

經(jīng)過改造以后，在方便機(jī)械化作業(yè)的同時(shí)，對(duì)葉菜種植有利有弊。益處是夏季通風(fēng)好，減少夏季高溫對(duì)蔬菜生產(chǎn)的不利影響，但對(duì)冬季來說，優(yōu)點(diǎn)變成了缺點(diǎn)，尤其全開門的方式在冬季存在保溫性不好的弊端，端部全開后，使得門底部無法固定，與地面之間產(chǎn)生了約20 cm的間距，另外與傳統(tǒng)移門相比，這種開門方式兩側(cè)邊無法與棚體連接處近似一條曲線，不能嚴(yán)絲合縫的完全契合，會(huì)留有縫隙，這兩個(gè)弊端使棚室冬季保溫效果大打折扣。葉菜(尤其是靠近棚門生長區(qū)域)會(huì)因遭遇低溫冰凍天氣而出現(xiàn)凍傷，進(jìn)而出現(xiàn)減產(chǎn)。另外，若不改成全開全閉式棚門，僅僅把原來的推拉門改寬，由于推拉門自重增加，移動(dòng)的摩擦力增大，淤泥現(xiàn)象嚴(yán)重，造成人工推門費(fèi)時(shí)費(fèi)力，甚至卡死造成無法移動(dòng)的情況。

2.3 連棟大棚性能分析

普通連棟大棚對(duì)中小型機(jī)械友好，機(jī)器作業(yè)效率高、效果好。對(duì)于連棟大棚來說，棚室面積大小合適，既能發(fā)揮機(jī)械化、規(guī)?；鳂I(yè)的最佳效用，又能與成本收益、通風(fēng)光照相平衡，顯得尤為重要。并不是說棚越大，效果越好。如15 hm2的單座連棟大棚，棚體長度達(dá)470 m，非常適合大型機(jī)械停放、掉頭、作業(yè)、管理，但由于棚體太長，給通風(fēng)、排水帶來了挑戰(zhàn)。由于風(fēng)機(jī)功率有限，在如此大的空間內(nèi)，無法起到良好的通風(fēng)效果，雖然冬季保溫效果大大優(yōu)于普通單棚，但在夏季高溫天氣，不采取消耗能源降溫的情況下，太高的棚內(nèi)溫度對(duì)蔬菜生長非常不利，同時(shí)對(duì)蔬菜生產(chǎn)工人是極大考驗(yàn)。在排水上，超大型連棟大棚需要的排水溝比普通單體連棟溫室需要的排水溝更加寬，考慮到上海地區(qū)夏季容易遭遇臺(tái)風(fēng)內(nèi)澇，極端天氣下極端時(shí)間的強(qiáng)降雨，排水溝的壓力較大，排水設(shè)施的暢通性對(duì)大型單體連棟大棚顯得尤為重要，否則棚內(nèi)地塊容易互相影響，造成積水。積水后，水泡過的蔬菜大多不能正常生長，甚至造成絕收，而水泡的菜田會(huì)出現(xiàn)板結(jié)，土壤肥性流失，嚴(yán)重影響下一茬蔬菜的生長。

3 設(shè)施宜機(jī)化建議

推進(jìn)設(shè)施菜田宜機(jī)化，是促進(jìn)蔬菜生產(chǎn)機(jī)械化的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)決定了后續(xù)機(jī)械化作業(yè)技術(shù)模式，據(jù)調(diào)研得知，根據(jù)機(jī)器作業(yè)幅寬、土地利用率、農(nóng)藝配套便利、生產(chǎn)習(xí)慣等因素，建議采用畦面寬度1.1 m的5畦/棚作業(yè)模式，基于此，提出以下建議。

3.1 存量8型棚宜機(jī)化改造

因地制宜采取雙棚連接、短并長、小并大、門加寬等方式，盡可能滿足主推蔬菜機(jī)械順暢通過和作業(yè)，改造后棚門高2.0～2.2 m，寬3.0～6.0 m，為保證強(qiáng)度，可以在門橫梁與頂拱之間安裝連續(xù)斜桿，形成大桁架結(jié)構(gòu)，保證管棚斷面垂直方向的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，門橫梁向棚內(nèi)安裝兩根斜支撐連接到二道梁上，保證管棚斷面水平方向的強(qiáng)度。改造較為適用的移門方式，移門門框分上下兩部分，上半部覆蓋防蟲網(wǎng)，下半部覆蓋薄膜，另有一扇薄膜活動(dòng)窗，當(dāng)活動(dòng)窗移動(dòng)到門框上半部時(shí)為密閉保溫狀態(tài)，活動(dòng)窗移動(dòng)到門框下半部時(shí)為通風(fēng)狀態(tài)。取消地面導(dǎo)軌，門框關(guān)閉時(shí)采用局部門擋固定。

3.2 新建機(jī)械化生產(chǎn)單體棚

單型棚相對(duì)連棟棚便于生產(chǎn)管理、便于安排茬口等優(yōu)點(diǎn)，在高溫高濕持續(xù)時(shí)間較長的上海地區(qū)，大面積的連棟大棚具有一定的風(fēng)險(xiǎn)，連棟大棚同一時(shí)間的不同茬口蔬菜，在棚內(nèi)小氣候影響下極易出現(xiàn)蟲害、病害，而單個(gè)單型棚內(nèi)一般種植一個(gè)蔬菜品種，生長期一致，需要的環(huán)境基本一致，即使出現(xiàn)蟲害和病害，也容易控制。充分考慮機(jī)械化作業(yè)的條件，發(fā)揮機(jī)械化作業(yè)的高效化、規(guī)?；?biāo)準(zhǔn)化、信息化等優(yōu)勢，建議建設(shè)一批長度≥80 m，棚內(nèi)有效作業(yè)寬度8 m的單體棚，拱與地面夾角≥82°，肩高>1.8 m，新建單棚門高度≥2.2 m，寬度3～6 m，該參數(shù)大棚既滿足了上海地區(qū)自然環(huán)境下蔬菜生長的需要，又適合機(jī)械化生產(chǎn)，是蔬菜生產(chǎn)農(nóng)藝和機(jī)械化生產(chǎn)的有機(jī)結(jié)合。

3.3 新建連棟大棚

大棚生產(chǎn)過程中對(duì)蔬菜生產(chǎn)起作用的小氣候環(huán)境與土壤農(nóng)作物是一個(gè)有機(jī)統(tǒng)一體，要取得豐收，其中每一個(gè)因素都不可缺少。在生產(chǎn)過程中必須根據(jù)不同蔬菜在不同生育期對(duì)環(huán)境條件的要求，及時(shí)科學(xué)地控制調(diào)節(jié)蔬菜與小氣候、土壤等環(huán)境的關(guān)系，才能實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)[7]。而大棚內(nèi)的空氣流動(dòng)性不強(qiáng)，濕度較高，光照較差，這些都使病菌侵染速度加快，極易蔓延成災(zāi)，這也是大棚蔬菜病害傳播速度快的主要原因[8]。若大棚建設(shè)過大，將加大小氣候環(huán)境的管控難度，增加病害、蟲害的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致蔬菜產(chǎn)量下降、品質(zhì)變差[9]。新建連棟棚不宜過大，0.2～0.4 hm2為宜，長度≥80 m，單跨度有效使用寬度8 m(不包括水泥基礎(chǔ)立柱)，大棚門洞超過3 m×3 m，肩高≥3 m，該參數(shù)連棟大棚既滿足了機(jī)械化作業(yè)，又防止了大棚太大難以農(nóng)藝管理。

3.4 道路溝渠等配套設(shè)施建議

建設(shè)水泥混凝土結(jié)構(gòu)路寬4～5 m的干道和路寬2.5～4.0 m的支道，道路標(biāo)高與種植面標(biāo)高之差≤20 cm，道路與種植設(shè)施之間連接過道板寬度≥3 m，坡度≤8°，方便機(jī)具安全進(jìn)出。

3.5 設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化

智慧農(nóng)業(yè)的應(yīng)用為大棚蔬菜種植模式指明了未來發(fā)展方向，其主要由監(jiān)控、檢測、實(shí)時(shí)圖像視頻監(jiān)控3類功能組成[10]。通過智能化生產(chǎn)管理，實(shí)現(xiàn)大棚管理科學(xué)化、自動(dòng)化、少人化，根據(jù)棚內(nèi)蔬菜對(duì)需水、需肥、需溫等小氣候的需要，及時(shí)、自動(dòng)地噴淋灌溉、撒施肥料、調(diào)控溫度、控制外遮陽和內(nèi)保溫的展閉等，根據(jù)蟲害情況，及時(shí)反饋，并開展殺菌除蟲作業(yè)。

4 結(jié)束語

設(shè)施菜田宜機(jī)化是推進(jìn)蔬菜生產(chǎn)機(jī)械化的基礎(chǔ)，在推進(jìn)蔬菜生產(chǎn)機(jī)械化過程中要通盤考慮，把滿足機(jī)械作業(yè)的設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)納入新建設(shè)施大棚建設(shè)規(guī)范，設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)決定了后續(xù)機(jī)械化作業(yè)技術(shù)模式。存量設(shè)施大棚建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較低，當(dāng)時(shí)沒有將“適宜機(jī)械通過”因素納入建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)中去，從適用性、經(jīng)濟(jì)性等方面綜合評(píng)判，對(duì)體量較大的8型棚及道路溝渠等配套設(shè)施進(jìn)行宜機(jī)化改造，是推進(jìn)蔬菜生產(chǎn)機(jī)械化的關(guān)鍵。新建設(shè)施大棚要體現(xiàn)蔬菜產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的要求，滿足棚內(nèi)小氣候?qū)κ卟松L的需要，充分考慮機(jī)械化作業(yè)的要求，引進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)新技術(shù)，促進(jìn)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合。