以_農(nóng)藝-農(nóng)機(jī)-設(shè)施_深度融合推動(dòng)設(shè)施園藝高效發(fā)展.pdf

溫室園藝 2020 01 44 溫室裝備 Greenhouse Equipment 以 農(nóng) 藝 農(nóng) 機(jī) 設(shè) 施 深 度 融 合 推動(dòng)設(shè)施園藝高效發(fā)展 DOI 10 16815 ki 11 5436 s 2020 01 008 設(shè)施園藝是在環(huán)境相對(duì)可 控條件下 利用塑料大棚 溫 室等保護(hù)設(shè)施 綜合多種工程 技術(shù)手段栽培蔬菜 花卉和果 樹的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式 自 20 世紀(jì) 80 年代以來 中國(guó)開始快 速發(fā)展設(shè)施園藝 設(shè)施面積迅 猛增加 為消除冬春淡季的蔬 菜供應(yīng)不足 豐富供給品種做 出了重要貢獻(xiàn) 設(shè)施園藝屬于資金 技術(shù) 和勞動(dòng)力密集型產(chǎn)業(yè) 但受城 鎮(zhèn)化進(jìn)程和人口出生率等因素 的影響 農(nóng)村人口持續(xù)減少 老齡化現(xiàn)象嚴(yán)重 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以 老年人為主 此外 中國(guó)設(shè)施 園藝機(jī)械化的整體水平僅為 設(shè)施蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)是一個(gè) 完整 有機(jī)的整體 圖 1 組成這個(gè)系統(tǒng)的各要素 各部 分之間 是相互依存又相互影 32 5 很多作業(yè)環(huán)節(jié)嚴(yán)重依 賴人工 但同時(shí) 蔬菜生產(chǎn)的 勞動(dòng)力成本卻在以每年 17 的 速度上漲 2015 年 蔬菜生產(chǎn) 的勞動(dòng)力成本已經(jīng)占到其生產(chǎn) 總成本的一半以上 設(shè)施園藝 產(chǎn)業(yè)雇工難 用工貴等問題愈 發(fā)嚴(yán)重 嚴(yán)重制約著設(shè)施園藝 的健康可持續(xù)生產(chǎn) 近些年 設(shè)施園藝的生產(chǎn) 裝備發(fā)展較快 但目前很多機(jī) 械功能較單一 適應(yīng)性較差 種植者需要購(gòu)買多種機(jī)器 經(jīng) 濟(jì)壓力較大 而且機(jī)器閑置時(shí) 間較長(zhǎng) 不利于設(shè)施園藝機(jī)械 化水平的提高 另外 很多設(shè) 施園藝機(jī)具都是經(jīng)簡(jiǎn)單改進(jìn) 引言 基于 農(nóng)藝 農(nóng)機(jī) 設(shè)施 深度融合的設(shè)施 園藝生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 后從露地移植到設(shè)施內(nèi) 對(duì)園 藝設(shè)施的適應(yīng)性較差 并且在 作業(yè)性能 可靠性 耐久性等 方面與國(guó)外先進(jìn)機(jī)具還存在 較大差距 尤為突出的問題是 現(xiàn)有農(nóng)藝措施和設(shè)施結(jié)構(gòu)基 本不能或很少能夠滿足農(nóng)機(jī) 裝備的運(yùn)行要求 以日光溫室 為例 室內(nèi)作物的種植方向以 南北為主 起壟 移栽 植保 等機(jī)具必須要頻繁掉頭轉(zhuǎn)壟 導(dǎo)致作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)效率低 下 同時(shí)壟間間距窄小 農(nóng)機(jī) 很難進(jìn)入壟間進(jìn)行作業(yè) 因 此 作業(yè)機(jī)械在設(shè)施內(nèi) 門難 進(jìn) 邊難耕 頭難掉 效難高 的現(xiàn)象普遍存在 響 相互促進(jìn)又相互制約的關(guān) 系 不能割裂開來 從系統(tǒng)中 可以看出 機(jī)械化與設(shè)施結(jié)構(gòu) 栽培模式之間 存在密切關(guān)系 三者之間的關(guān)系應(yīng)該是 農(nóng)機(jī) 和設(shè)施服務(wù)農(nóng)藝 農(nóng)藝適應(yīng)農(nóng) 機(jī)和設(shè)施 基于此 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè) 溫室園藝 2020 01 45 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 溫室園藝 a 東西向旋耕 b 東西向起壟鋪膜 c 東西向移栽 d 番茄長(zhǎng)勢(shì) 圖 2 2019 年寧夏銀川的試驗(yàn)情況 用系統(tǒng)的觀點(diǎn)來分析 日 光溫室蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng) 會(huì)發(fā)現(xiàn) 系統(tǒng)中存在著兩對(duì)矛盾 農(nóng)機(jī) 與設(shè)施之間 南北跨度小與機(jī) 具尺寸大 農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝之間 南北向種植與機(jī)具尺寸大 正是這兩對(duì)矛盾 制約了日光 溫室蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)機(jī)械化水平 的提高 表面上看 是設(shè)施結(jié)構(gòu)與 探索案例一 提升日光溫室蔬菜生產(chǎn)機(jī)械化水平的方案 農(nóng)機(jī)裝備之間的矛盾在起作用 即南北跨度小與機(jī)具尺寸大 但經(jīng)深入分析后可知 本質(zhì)上 還是農(nóng)藝與農(nóng)機(jī)之間的矛盾 也就是 南北向種植 與 機(jī) 具尺寸大 之間的矛盾 如果 這對(duì)矛盾解決了 設(shè)施結(jié)構(gòu)與 農(nóng)機(jī)裝備之間的矛盾也就迎刃 而解 如果這對(duì)矛盾不解決 門 難進(jìn) 邊難耕 頭難調(diào) 效難 高 的 四難 問題會(huì)依然突出 機(jī)械化水平仍然不可能有較大 的提高 南北向種植 與 機(jī)具 結(jié)構(gòu)尺寸大 這對(duì)矛盾 在農(nóng)機(jī) 裝備這一方不能突破 尺寸不能 再縮小的情況下 需要從矛盾體 的另一方尋找突破口 即將南北 向種植改變?yōu)闁|西向種植 因此 團(tuán)隊(duì)提出了提升日 施園藝工程團(tuán)隊(duì)提出了基于 農(nóng)藝 農(nóng)機(jī) 設(shè)施 深度融 合的設(shè)施園藝生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 思路 從系統(tǒng)的角度消除農(nóng) 機(jī)裝備在應(yīng)用過程中遇到的 障礙 提高設(shè)施園藝機(jī)械化 水平 緩解目前勞動(dòng)力緊張 對(duì)設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)的限制 該 設(shè)計(jì)思路主要包含 3 方面內(nèi) 容 首先 構(gòu)建適宜機(jī)械化 的標(biāo)準(zhǔn)化栽培模式 然后 篩選適宜的農(nóng)機(jī)裝備 最后 設(shè)計(jì)宜機(jī)化的園藝設(shè)施 多位一體半封閉生態(tài)系統(tǒng) 植物 圍護(hù)設(shè)施 環(huán)境調(diào)控 機(jī)械化裝備 信息化裝備 栽培模式 自動(dòng)化裝備 圖 1 設(shè)施園藝生產(chǎn)系統(tǒng) 溫室園藝 2020 01 46 溫室裝備 Greenhouse Equipment 為了提高南方塑料大棚的 機(jī)械化水平 本團(tuán)隊(duì)與國(guó)家大 宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系溫州綜合 實(shí)驗(yàn)站等單位合作 研發(fā)了一 種宜機(jī)化的塑料大棚 根據(jù) 農(nóng) 業(yè)機(jī)械化水平評(píng)價(jià) NY T 1086 6 2016 該塑料大棚的 機(jī)械化水平最高可達(dá) 88 可 有效降低勞動(dòng)強(qiáng)度 具體設(shè)計(jì) 如下 如前所述 如果一味的 要求改進(jìn)農(nóng)機(jī)裝備以適應(yīng)和滿 足農(nóng)藝需求 結(jié)果是成本高 收效慢 經(jīng)與國(guó)家大宗蔬菜產(chǎn) 業(yè)技術(shù)體系高麗紅教授 徐堅(jiān) 研究員等專家共同研究后 我 們首先對(duì)番茄栽培工藝進(jìn)行調(diào) 整 使其能滿足現(xiàn)有農(nóng)機(jī)裝備 500 700 900 1600 200 圖 3 宜機(jī)化壟型 mm 圖 4 番茄栽培模式 mm 的作業(yè)需求 針對(duì)土壤栽培番 茄 首先將壟向設(shè)置為沿塑料 大棚長(zhǎng)度方向 避免農(nóng)機(jī)的頻 繁掉頭 其次 調(diào)研可用于大 棚作業(yè)的農(nóng)機(jī)裝備數(shù)據(jù) 初步 確定宜機(jī)化壟型尺寸 圖 3 確保機(jī)具的高效運(yùn)行 最后 采用適于該壟型的單行定植 雙向吊蔓的方式進(jìn)行栽培 圖 4 設(shè)定株距 20 cm 種植密 度 1600 1700 株 667 m 2 番茄栽培可大致分為耕整 地 起壟 移栽和管理等 4 個(gè) 環(huán)節(jié) 耕整地環(huán)節(jié) 適當(dāng)深翻 土壤有助于改善土壤結(jié)構(gòu)及其 理化性狀 實(shí)現(xiàn)增產(chǎn) 目前溫 州當(dāng)?shù)匦疃容^淺 一般在 10 20 cm 不利于作物生長(zhǎng) 通過對(duì)比 選用 60 馬力大棚王 拖拉機(jī)配備無錫悅田農(nóng)業(yè)機(jī)械 科技有限公司生產(chǎn)的YTSF 145 型蔬菜深松機(jī)進(jìn)行耕整 地 可實(shí)現(xiàn)耕深40 cm 以 上 起壟環(huán)節(jié) 同樣選用無錫悅田 農(nóng)業(yè)機(jī)械科技有限公司生產(chǎn)的 光溫室蔬菜生產(chǎn)機(jī)械化水平的 方案 東西向的栽培技術(shù) 改 進(jìn)的日光溫室 適宜的農(nóng)機(jī)裝 備 通過農(nóng)藝上改變?nèi)展鉁厥业?種植壟向 設(shè)施上開辟出農(nóng)機(jī) 進(jìn)出通道等技術(shù)措施 使得機(jī) 械設(shè)備能夠在日光溫室中高效 率 高質(zhì)量的完成作業(yè) 目前 已經(jīng)在塑料大棚中使用的較為 成熟的農(nóng)機(jī)具 完全可以在東 西向種植的日光溫室中使用 因 為日光溫室與大棚的跨度差不 多 甚至更大 如 鏵式犁耕 地 旋耕機(jī)整地 起壟 覆膜 鋪滴灌帶作業(yè) 移栽機(jī)移栽等 而這些作業(yè)的機(jī)械化 在蔬菜 沒有采用東西方向種植 沒有 在設(shè)施上為農(nóng)機(jī)具留出進(jìn)出通 道的情況下 是無法實(shí)現(xiàn)的 這種方案的優(yōu)勢(shì)在于蔬菜 的單位面積產(chǎn)量沒有降低 生 產(chǎn)過程機(jī)械化率可達(dá) 72 幾 個(gè)重要的 關(guān)鍵的作業(yè)環(huán)節(jié)都 可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化 溫室內(nèi)的土地 利用率提高 產(chǎn)量增加 經(jīng)濟(jì) 效益增加 農(nóng)機(jī)作業(yè)質(zhì)量 作 業(yè)效率提高 需要人工減少 勞動(dòng)強(qiáng)度降低 因此 日光溫 室機(jī)械化發(fā)展中遇到的主要問 題 基本都可以得到解決 2019 年團(tuán)隊(duì)在銀川與國(guó)家 大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系銀川綜 合實(shí)驗(yàn)站合作的試驗(yàn)結(jié)果顯示 番茄采用東西壟向土壤栽培模 式 一棟 600 m 2 的日光溫室 旋耕 起壟鋪滴灌帶 覆膜 移栽環(huán)節(jié)等機(jī)械作業(yè) 1 人 4 h 可全部完成 而人工作業(yè) 起 壟需 6 人次用時(shí) 1 天 移栽需 4 人次用時(shí) 4 h 僅在起壟 移栽 環(huán)節(jié) 采用機(jī)械作業(yè)即可節(jié)省 人工成本 1000 元 667 m 2 以上 探索案例二 宜機(jī)化塑料大棚的設(shè)計(jì) 溫室園藝 2020 01 47 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 溫室園藝 YT10 A100 型多功能田園管理 機(jī)完成相關(guān)作業(yè) 移栽環(huán)節(jié) 根據(jù)栽培模式要求 選用寶雞 市鼎鐸機(jī)械有限公司生產(chǎn)的鼎 鐸 2ZB 2A 型原地調(diào)頭移植機(jī) 進(jìn)行移栽作業(yè) 管理環(huán)節(jié) 玻璃溫室中常 見的軌道式運(yùn)輸車難以直接應(yīng) 用 為此 本團(tuán)隊(duì)研發(fā)了履帶 式多功能作業(yè)平臺(tái) 替代人工 在塑料大棚內(nèi)進(jìn)行物料運(yùn)輸 并輔助人工進(jìn)行植株管理 降 低勞動(dòng)強(qiáng)度 圖 5 另 外 該平臺(tái)還可搭載藥箱 噴頭等 設(shè)備 進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻遙控打藥 實(shí)現(xiàn) 人機(jī)分離 式植保 避 免農(nóng)藥接觸人體而對(duì)勞動(dòng)者健 康產(chǎn)生不利影響 圖 6 通過農(nóng)藝調(diào)整和篩選農(nóng)機(jī) 后 基本可以確定大棚各部位 所需的最小空間參數(shù) 可據(jù)此 進(jìn)行宜機(jī)化塑料大棚的設(shè)計(jì) 1 為充分利用土地資源 確定了塑料大棚為南北方向 2 初步設(shè)定沿塑料大棚長(zhǎng) 度方向栽培 5 壟番茄 室內(nèi)靠 近側(cè)墻的壟溝邊緣應(yīng)與塑料大 棚的邊緣位置留出一定的安全 距離 以保證履帶式多功能平 臺(tái)能在番茄兩側(cè)安全運(yùn)行 綜 上 最終確定塑料大棚跨度為 9 6 m 3 為滿足人 機(jī)作 業(yè)的高度需求 確定塑料大棚 肩高為2 4 m 并以充分利用 鋼材為目標(biāo) 在滿足鋼管彎曲 工藝 屋面排水等構(gòu)造要求的 基礎(chǔ)上 確定大棚脊高 4 5 m 4 增加相關(guān)抗風(fēng)構(gòu)造 完成 宜機(jī)化塑料大棚的剖面設(shè)計(jì) 圖 7 圖 8 根據(jù)驗(yàn)算 將塑料 大棚骨架分為單層拱架和雙層 拱架兩種 單層拱架間隔 1 m 每隔兩榀單層拱架設(shè)置一榀雙 層拱架 單層拱架由兩根8 m 長(zhǎng)冷彎鋼管 F32 2 5 熱浸鍍 鋅鋼管 拼接而成 雙層拱架 是在單層拱架內(nèi)側(cè)安裝一道拱 架 F19 1 2 熱浸鍍鋅鋼管 兩層拱架之間使用雙拱卡連接 5 為了農(nóng)機(jī)裝備的進(jìn)出需求 將塑料大棚山墻設(shè)計(jì)為雙軌道 三重推拉門 通過門的來回移 動(dòng)形成所需門洞尺寸 另外 在室內(nèi)張掛保溫幕布 提高塑 料大棚保溫性能 致謝 本文參考了相關(guān)專家的研究成果 在 此一并表示感謝 項(xiàng)目支持 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù) 體系建設(shè)專項(xiàng)資金 C A R S 2 3 C 0 2 浙江省重點(diǎn)研發(fā)專 項(xiàng) 2019C02009 作者簡(jiǎn)介 宋衛(wèi)堂 1968 男 河南西平人 教授 博士生導(dǎo)師 主要研究方向 設(shè)施機(jī)械化裝備 工程 設(shè)施園藝環(huán)境工程 無土 栽培技術(shù)與裝備 4455 R12000 R1000 12 85 500 2535 910 壓桿 保溫幕 4 500 2 400 0 000 0 500 280 280 770 770 7100 9600 200 200 圖 7 單層拱架剖面示意圖 mm 圖 8 雙層拱架剖面示意圖 mm 圖 5 履帶式多 功能作業(yè)平臺(tái) 圖 6 遠(yuǎn)程遙 控式噴藥系統(tǒng)