葉菜類蔬菜生產機械化發展對策研究

黃丹楓

（上海交通大學農業與生物學院，200240）

蔬菜生產是中國農業產業的重要組成部分，2011年的蔬菜播種面積達到1 867萬hm2，蔬菜產量逾6億t。我國消費者喜愛葉菜類蔬菜，素有“三天不見青，兩眼冒金星”的說法，葉菜類占蔬菜生產總量的30%～40%（由于生產條件、市場需求等差異，各地區葉菜類蔬菜生產面積和產量差異較大）。以上海為例，2010年郊區的葉菜類蔬菜種植面積在1萬hm2以上，播種面積4.6萬hm2/年，總產量約120萬t，其中60%是小白菜類（青菜和雞毛菜）。

葉菜類蔬菜的周年均衡供應，是反映城市居民生活質量的標桿，因葉菜類蔬菜為不能長途運輸的鮮活商品，在城市近郊的蔬菜基地通過集約化的高效生產保障葉菜類蔬菜的周年均衡供應，是現代農業科技發展的落腳點。葉菜類蔬菜生產勞動力數量不足和老齡化，已經成為制約葉菜類蔬菜生產發展的主要因素。因此提高蔬菜生產的組織化程度和生產效益，保障葉菜類蔬菜供應的質量安全和生產的可持續發展，迫切要求葉菜類蔬菜的省力化、清潔化高效栽培技術。對接農業機械化的國家戰略，在上海市農業委員會和綠葉菜產業技術體系的指導和資助下，育苗和機械化工作組對上海地區葉菜類蔬菜生產機械化現狀、發展需求、國際先進經驗等開展綜合調研，在調研考察了美國、加拿大、意大利、法國等國家葉菜類蔬菜生產機械化作業的先進經驗的基礎上，通過現場會、座談會等形式，現場考察引進和自主研發的蔬菜作業機械的性能要求，調查上海葉菜類蔬菜生產機械化作業的發展需求，分析實現機械化作業的關鍵技術環節，提出葉菜類蔬菜生產機械化的發展對策。

1 葉菜類蔬菜生產機械化現狀

1.1 概況

①葉菜類蔬菜生產的主要品種 中國是葉菜類蔬菜生產種類和品種最為豐富的國家，包括青菜、大白菜等白菜類，菠菜、生菜、蕹菜、芹菜、莧菜等綠葉蔬菜類，卷心菜、芥藍等甘藍類，還有韭菜、蒜苗、大蔥、香蔥等蔥蒜類，多達230個種類。

不同種類的葉菜類蔬菜要求不同的種植方式。種植方式可以劃分為大田露地種植、保護地種植和植物工廠三大類，多數葉菜類蔬菜以前兩種種植方式為主。卷心菜、芥藍、青菜、大白菜等以露地種植方式為主，有一部分與糧食、油料等經濟作物間種套作，生產規模大，適于機械化作業。綠葉蔬菜以日光溫室、塑料大棚等保護地生產為主，對作業裝備有特殊要求。以生菜為代表的葉菜近年來工廠化生產發展較快，有人工補光立架式和日光型植物工廠兩種栽培方式。

②機械化生產的需求分析 蔬菜的生產和供應顯著區別于其他農作物，勞動力緊缺、生產成本高、機械化水平低、組織化程度低是蔬菜生產中面臨的最大困難和問題，已經嚴重制約蔬菜生產的發展，因此加快推進蔬菜生產機械化成為當務之急。土壤耕作、育苗定植、施肥灌溉、植物保護、采收分級等，是葉菜類蔬菜生產機械化的主要環節；露地和保護地生產的葉菜類蔬菜對作業機械有不同要求，基于無土栽培技術的葉菜類蔬菜生產工廠，有可能在人口密集、經濟發達地區得到發展。

卷心菜、芥藍、青菜、大白菜等露地種植蔬菜，需要實現土壤耕作、育苗定植、植物保護、施肥灌溉等主要作業環節的機械化。隨著工廠化育苗技術的發展，精量播種、催芽和育苗溫室、運輸等設施裝備的研發和應用發展較快；露地作業的土壤耕作機械、植保機械等國際國內的機械裝備產品成熟，能夠與其他經濟作物生產共享，基本滿足生產需要；穴盤苗栽植和葉菜類蔬菜收獲是葉菜類蔬菜生產機械裝備的主要攻關內容，我國多數葉菜類蔬菜生產地區，工廠化育苗的技術和設備趨于成熟，但是蔬菜秧苗定植仍然以人工為主，勞動強度大，生產效率低；歐美國家卷心菜等大型葉菜類蔬菜的收獲機械技術和產品成熟，符合我國生產的實際需求；青菜、大白菜等以中國為主要產區的葉菜類蔬菜的采收機械和設備，需求十分緊迫。

多數葉菜類蔬菜在溫室、塑料大棚內生產，并采用地膜覆蓋、基質栽培等生產方式，對機械化作業提出了很高的要求；由于生產的組織化程度低等因素，蔬菜生產的標準化受到制約，實現機械化生產存在難度。葉菜類蔬菜保護地生產占生產總面積的10%～35%，以上海為例，夏季葉菜類蔬菜保護地生產面積約為15%，冬季在35%左右。機械化作業的主要環節和作業要求與露地栽培顯著不同，重點是整地作畦、自動灌溉、植物保護、收獲運輸、加工物流處理等環節。溫室葉菜類蔬菜生產的耕作操作環節多，要求深耕、淺耕結合，平整、作畦、覆膜等環節組合；播種形式多樣，不同品種采用撒播、條播、穴播等播種方式，對播種機的多樣化和適應性要求高；葉菜類蔬菜微噴灌的技術設備基本成熟，肥水一體化的技術設備是研發重點。適于溫室葉菜類蔬菜采收的機械分為三大類型，根莖部切割收獲類，如結球生菜、青菜、杭白菜等；鮮嫩莖葉切割收獲類，如雞毛菜、莧菜、菠菜等；直立性葉菜切割收獲類，如茼蒿、蕹菜、芹菜等。

基于無土栽培技術的葉菜類蔬菜工廠處于研發示范階段。葉菜類蔬菜工廠在歐洲和日本等國家已經產業化，主要生產生菜、菠菜、辛香類葉菜，我國也有相關的系統研發和相關產品面市。葉菜類蔬菜工廠的核心技術包括立體栽培生長架、溫室內部物流、節能光照系統、生態型有機基質栽培、營養液循環自動控制、潮汐灌溉等設施設備。我國的葉菜類蔬菜工廠主要分布在現代農業園區的溫室示范基地，以節約土地資源、提高單位面積的勞動生產率、自動化清潔生產等為目標。

③采后物流加工的機械化 采收后的葉菜類蔬菜多數需要物流加工，力求保持鮮嫩、營養、方便和可口，凈菜加工機械化技術和設備包括預冷、清洗、包裝等主要環節。葉菜類蔬菜清洗機多采用水汽浴的原理，采用水汽浴和刮板翻攪的方法對蔬菜進行清洗，清洗能力強，洗凈度高，且不損傷被清洗的物料。清洗后的葉菜類蔬菜由包裝機械完成袋裝、盒裝或者捆扎后進入流通環節。

1.2 存在的問題分析

中國自20世紀50年代初開始播種機、中耕機、營養缽制缽機、起埂作畦聯合播種機等蔬菜生產機械的研制，土壤耕作、灌溉、植物保護、播種、運輸等操作機械逐步受到重視，但是受到整體農業產業結構和經濟水平的影響，農業基礎設施較薄弱，農業生產的規模化、組織化程度低等，成為蔬菜機械化發展的障礙。受到農業機械制造投入成本的限制，工業資本直接投資農業的比重不高，蔬菜的機械化作業的整體水平較低，綜合效益較低。

農產品市場物流體系構建滯后于其他要素市場的建設，葉菜類的采后處理和冷鏈物流技術尚未建立。蔬菜的商品化處理和加工技術未受到足夠重視，采后預處理、運輸工具、貯藏加工、檢驗技術及設備等方面存在明顯不足，產品保質期短；在運輸及貯藏過程中損傷和變質現象嚴重，一般損耗在30%左右。目前蔬菜的分選、清洗等初加工和運輸過程中的裝箱、搬運等作業基本上由人工完成；在貯藏保鮮方面，由于冷庫的一次性投資較大，只有少數蔬菜企業擁有冷庫，冷鏈物流有待發展。

制約葉菜類生產機械化的主要因素是農業生產方式，由于葉菜類生產的多樣性、生產規模小和組織化程度低，機械化、自動化作業的技術需求不夠強烈，引進機械裝備的目標不明確，計劃性不強，設施裝備不配套，使用者的應用能力不夠，技術培訓不到位，適應性試驗跟不上，操作人員素質受到限制，使部分引進設備閑置或因使用維護不當而難以推廣。研發經費投入不足也是限制葉菜類作業機械化發展的一個重要原因，多數農機研究所缺少農藝技術專家的配合，葉菜類機械的技術需求不明確，缺少持續的研發目標和資金扶持。

2 葉菜類機械化的國際借鑒

歐美各國自20世紀30年代以來，著重解決蔬菜栽植和收獲的機械化問題。1931年，前蘇聯研制了甘藍收獲機，1933年研制出塊根拔取式收獲機。1945年美國研制出黃瓜收獲機和播種丸粒種子的蔬菜精量播種機。20世紀50年代以后，一些歐洲國家相繼研制出各種類型的蔬菜收獲機械；日本、韓國等也致力于溫室蔬菜生產機械的研發和推廣應用，蔬菜生產機械化水平大大提高。

2.1 融合信息技術的大型蔬菜機械

規模化、專業化的露地葉菜類生產，對大型蔬菜作業機械提出了需求。以美國、加拿大、意大利等國家生產的機械裝備為代表，體現了信息化、一體化、全程化等特征。融合計算機、無線傳感網絡等信息技術，使大型蔬菜作業機械的智能化、自動化程度大幅度提高；組合完成耕地平整、播種移栽、收獲分級等作業環節，體現了滿足專業化葉菜類作業全過程的生產需求；處理規范化、物流運輸冷鏈化等采后處理技術，保證了葉菜類質量，降低了損耗。

農業信息體系的建設與發展，計算機、網絡技術與農業機械的結合，使農事操作更加標準化、精確化和高效化。利用衛星信息系統監視農作物生產情況，利用紅外線照相機探測土壤溫濕度，利用可變速率施肥器施肥，利用全球定位系統了解農作物的精確產量，農業生產正在發生革命性的變化。加拿大的作業機械，融入了農田信息采集和服務方面，充分應用了地理信息系統（GIS）、全球定位系統（GPS）、農田遙感監測系統（RS）等精準農業的核心技術，將這種集成系統安裝在現代化的農業機械上，根據電腦處方實施機械化作業。

歐美國家經營規模的擴大和就業人數的持續減少，對蔬菜機械化生產提出了很高的要求。美國的蔬菜生產以家庭農場為基本單位，體現了高度專業化的生產特征，很多農場只生產單一品種蔬菜的某一品種，生產過程分工精細；加拿大種植業家庭農場土地經營面積平均達300 hm2，其中，500 hm2以上的大型農場占農場總數的10%。因此，因地制宜地實現整地平整、播種定植、灌溉施肥以及收割等關鍵作業環節的機械化，要求葉菜類蔬菜作業機械具有大型化、自動化、高性能、一體化等組合功能，農機具質量穩定可靠，售后服務好。

2.2 基于設施園藝技術的溫室作業機械

發展設施園藝技術，研發和應用溫室專用的小型作業機械，應學習和借鑒日本、韓國的技術和產品。日本農戶的蔬菜栽培面積較小，多數農戶利用遮雨棚等低成本、環保型簡易設施。設施結構規格化，減少溫室零組件，降低設施與資材成本，提高設施利用效率，建立省力化與舒適化的栽培作業體系，降低勞動強度、解決勞動力不足等問題，是日本設施農業的發展方向。復合環境控制的微電腦溫室管理系統、遠程網絡監控管理系統、營養液無土栽培系統等先進的設施園藝新技術，使蔬菜生產在較高的設施栽培成本下仍然有利可圖。

日本、韓國研發和應用的小型化、系列化、園藝化的小型機械，適用于單體和連棟塑料管棚等設施菜田，適合規模較小的農戶應用；研發的整地、作畦、覆膜一體化的園田管理機械如小型播種機、移栽和施藥器械等為精準作業提供了設施裝備保障。隨著傳感器、機器視覺、計算機、網絡技術的應用，溫室內蔬菜作業的機械化、智能化和精準化的技術和產品日趨成熟，蔬菜作業專用機型如小型菜園和棚室用旋耕作壟一次成型機，高精度的帶粘著式、吸氣式、加壓式、電磁式精密播種機，以及旋耕、作壟、分層施肥、覆膜、播種一體機等相繼問世；與全自動秧苗移栽機相協調的標準化作業，能夠有效替代播種、整地、移栽等關鍵環節的人工作業。

2.3 溫室物流技術與植物工廠

基于營養液膜和深水培的綠葉蔬菜無土栽培生產技術，在荷蘭、英國、日本等國家已進入商業化生產階段，其核心技術是通過營養液合成、生產面積的高效利用、優化的溫室物流等先進技術，工業化地生產綠葉蔬菜。荷蘭的溫室物流系統有可能作為育苗和Baby Leafy Vegetable高效生產的重要技術，使零農藥生產、溫室生產鏈的信息化管理、精準作業成為可能。

CPPS是日本千葉大學古載灃樹教授發明的一種封閉式的植物生產系統，它由生產環境隔熱層、多層培養架、營養液管理、二氧化碳供應、小氣候控制等五大部分組成，在有效利用植物生長空間、減少并控制環境能耗、提高生產效率、產品無農藥污染等方面具有明顯優勢。這種人工模擬植物生育環境的封閉式生產系統，有可能成為葉菜類蔬菜高效生產的途徑之一。

2.4 采后加工物流機械

為了保證質量和降低損耗，美國、日本等國家非常重視葉菜類蔬菜采后處理的各個環節，從采收和田間包裝、預冷、清洗、殺菌到分級包裝等各個環節，形成冷鏈物流，使蔬菜始終處于采后生理所需要的低溫條件，建立了田間采后預冷→冷庫→冷藏車運輸→批發站冷庫→自選商場冷柜→消費者冰箱的冷鏈物流系統。應用條形碼技術，所有蔬菜的包裝均印有蔬菜名稱、等級、凈重、產地、地址、電話等，建立了蔬菜供應鏈可追溯系統，實現了處理規范化、物流冷鏈化、管理信息化，有效降低了加工運輸環節中的損耗率。

3 發展對策與建議

農業部《全國農業和農村經濟發展“十二五”規劃》和《全國農業機械化發展“十二五”規劃》提出了發展農業機械化的六大任務，即全面提高農機裝備和作業水平、努力推動科技創新及技術推廣、不斷壯大農業機械化人才隊伍、加快培育社會化服務組織、深入推進安全發展、大力促進農機工業和流通業發展，為葉菜類生產機械化發展指明了方向。

借鑒荷蘭、日本等國家溫室園藝發展的先進經驗，上海綠葉蔬菜發展的著力點應放在高效、安全、生態、物流、科技等方面，通過農業的工業化生產，打造高效生態的綠葉蔬菜產業鏈和供應鏈，保障蔬菜的質量安全和生產過程的生態安全。

3.1 建立葉菜類機械化生產體系標準

葉菜類種類豐富，露地、保護地和植物工廠等生產方式多樣，對機械化生產技術體系提出了不同的目標和要求；而隨著機械化水平的不斷提高，也對葉菜類的生產方式提出了新的要求。因此，生產標準化是農機標準化的基礎，葉菜類蔬菜機械化技術與設備的研發和應用，必須與農機、農藝技術結合，標準先行。

①建立葉菜類機械標準 在葉菜類蔬菜生產機械的研發過程中，應綜合考慮作物種類、生產方式和葉菜商品形態，確定研發機械的技術標準。耕地整地機械、播種移栽機械、收獲機械的輪幅要統一標準，保證作畦機、播種機和收獲機輪幅、畦幅、割幅相一致，設備配套，保障引進和研發的機械裝備相互配套、有效使用；溫室作畦機、播種機、移栽機和收獲機的研發，應充分考慮現行日光溫室和塑料管棚的高度和寬度，以提高設施的利用率、操作的便捷性為目標，根據保護地的設施高度和通道許可，制訂播種、移栽、收獲機械的輪幅、動力標準；根據葉菜商品形態，確定整株型或者分枝型收割方式；根據設施菜田不同的土壤類型，確定土地耕翻深度和收獲機械的平整標準。建立主要葉菜類采后物流加工處理設備標準，實現葉菜類生產鏈主要環節的機械化，保障葉菜類質量、清潔衛生要求。

②建立葉菜類機械化生產技術標準 機械化作業使葉菜類的生產方式發生著革命性的變化，從栽培品種、生產設施、灌溉施肥方式到葉菜類收獲習慣，應通過技術標準和操作規程，整體推進。根據葉菜類全程機械化生產的需求，保護地的設施高度、通道設置、灌溉設備布局等，與播種、移栽、收獲機械相適應；選育適合規模化種植、機械化播種、定植和收獲的葉菜類品種；綜合葉菜類產量形成、商品形態，改變傳統的播種、育苗和收割方式，以適應生產能力大和自動化程度高的機械設備運行。甘藍類、部分白菜類、蔥蒜類等的葉菜類育苗由育苗工廠承擔，研究確定散播葉菜類的最佳種子用量；雞毛菜、莧菜等應改變傳統的收獲方式，適應機械化作業的要求。葉菜分裝、包裝、運輸等環節也應充分考慮整個生產鏈機械化作業的要求 。

3.2 創新目標與核心技術

中國是葉菜類蔬菜生產大國，生產條件和生產方式具有特殊性，機械化生產應立足于自主創新。針對葉菜類的主要產地設施條件、主要品種生產過程的關鍵環節，建議選擇確定重點機型和關鍵設備，引進應用和自主研發并重，總體目標是研發推廣性能先進、功能實用、可靠耐用、價格適中的葉菜類生產機械裝備，建立葉菜類蔬菜機械化生產技術體系。

土地耕翻與平整、開溝覆膜、卷心菜收獲等大型機械裝備，國際技術先進、設備成熟，企業購置的實際用量較少，建議以引進推廣應用為主；葉菜類生產機械的自主研發應立足于適于保護地生產的機械，重點研發小型耕翻、平整、覆膜一體機，適應撒播、條播和穴播的小型播種和移栽機械，根莖類、莖葉類葉菜收獲機械，包裝流水線等機械裝置，以及育苗工廠和葉菜生產工廠的溫室物流系統等。

葉菜類生產機械裝備研發有待于突破的核心技術包括模塊化設計成組技術、專家決策支持系統、微電子智能測控技術、清潔能源技術等。①融合模塊化設計思想和成組技術，葉菜類生產機械按照作業要求進行功能組件的劃分，各功能組件之間可以自由、方便的組合，既滿足葉菜生產多樣性的需求，同時提高機械裝備的可靠性和零部件的可換性，降低機械復雜度，使機械調試和維護等操作簡單化，方便升級和改造，促進葉菜類生產機械裝備向模塊化、系列化方向發展。②專家決策支持系統主要解決葉菜類生產過程不規范，菜農科技水平低的難題，通過將農業專家知識和技術的數字化，應用計算機技術和人工智能技術，形成計算機服務軟件系統，對生產關鍵環節和生產過程中遇到的問題作出正確回應，指導菜農科學種菜，避免種植和管理上的盲目性；減少浪費和污染，提高葉菜類生產的綜合效益。③微電子智能測控技術用于作物生長發育、生理信息的判斷與獲取，智能作業裝備的自動導航、過程監視，通過應用機器視覺、環境信息感知、田間自動導航等技術成果，實現葉菜機械化作業的高效率、高質量，改善操作者的舒適性與安全性，促進葉菜類生產機械裝備向智能化、機電一體化方向發展。④葉菜類機械的工作距離較短，對于動力的要求相對簡單，日本研發的沼氣動力作業機械、德國出現的氫動力概念農用機械，引發了人們對于農機低碳環保、清潔能源的期待，葉菜類機械清潔能源技術的革新與探索，既可以減輕機械化生產對油料能源的依賴，減少油料方面的消耗，同時也符合低碳環保的時代潮流，代表著未來農業新能源及農機動力的方向。

3.3 農機與農藝技術聯合創新

農機裝備的研發是農機技術與農藝技術的結合，需要集成工程、機械、信息和農藝技術，通過機械化，減輕人工作業強度，降低生產成本，提高生產效率。推廣葉菜類機械化生產的農藝技術主要包括以下內容。①品種選育。在滿足生育期、葉菜質量的前提下，選育胚軸長、直立性好、適于機械化移栽和收割的品種。②育苗標準化。建立穴盤苗標準化生產的技術體系，形成專業化、規模化的穴盤苗生產、供應體系，是實現機械移栽、定植的基礎保障條件。③肥水一體化技術。節水灌溉、肥水一體化技術與微滴灌設備和機械作業相配套，是葉菜類機械化生產的一個重要環節，能夠有效減少肥料投入，節約和保護水資源；應綜合考慮作物品種特性、施肥灌溉需求和機械化作業要求，配置安裝灌溉施肥設備。④病蟲害綠色防控技術。在推廣應用頻振式殺蟲燈、防蟲網、煙霧機等性能安全的植保設備時，應充分考慮機械化作業的空間要求；通過應用信息化管理系統，監控檢測葉菜類病蟲草害發生、發展規律，應用植保機械設備落實綜合防治措施，減少葉菜類蔬菜生產的用藥量，提高蔬菜品質，保證蔬菜食用安全。

機械化生產示范基地在積極引進示范、試驗推廣葉菜類生產機械的過程中，及時調整更新傳統生產方式，改建適合機械化作業的蔬菜生產設施，選擇適宜機械化作業的蔬菜品種；對引進設備進行適應性試驗，建立機械化作業的農機、農藝技術操作規范；加強宣傳培訓，發展蔬菜機械化服務體系，最大限度地發揮設施裝備的作用，提高生產效率，提高各類機械設備的使用效率。

3.4 政策扶持與示范應用

引進和研發葉菜類生產機械，降低勞動強度，提高生產效率，是農業現代化和農機現代化的重要任務，需要政府的大力扶持。建議在建立大型農機服務體系、扶持規模化葉菜類生產基地、建設和完善蔬菜產業鏈的成套設施裝備、加強農機研發的科技投入等方面加強政策扶持。

①理清發展思路，將葉菜類蔬菜生產機械列入農機具購機補貼重點 近年來，國家不斷加大農機購置補貼的資金，中央財政農機年購置補貼資金從2004年的0.7億元增加到2011年的175億元。農業機械購置補貼專項是“十二五”期間國家重點扶持的四大專項規劃之一，應針對葉菜類蔬菜生產機械化的關鍵環節，加快適用農機具的選型和試驗、示范，加快高性能蔬菜生產機械的引進，并組織力量消化吸收；開展葉菜類生產機械化科研和示范，加快蔬菜生產機械化示范和推廣。

②結合蔬菜標準園建設，建立葉菜類農機服務技術體系 在農機化服務中心等農機推廣部門的指導下，調動農機和農業生產企業的積極性，制訂和完善價格補貼政策，鼓勵以企業為主體引進和示范應用大型葉菜類成套機械設備；結合蔬菜標準園建設，配備葉菜類機械化生產裝備，指導規模化葉菜類生產基地加速推進機械化，建立葉菜類全程機械化生產的綜合試驗站和技術示范點。建立葉菜類農機服務技術體系，為蔬菜合作社、園藝場和種植農戶提供葉菜類蔬菜生產主要作業環節的機械化操作服務。

③加強農機研發的科技投入，農機、農藝專家聯合攻關 根據葉菜類生產機械化的技術需求，建立專項基金開展葉菜類引進機械的適應性試驗和性能檢測，加速推廣應用；加強溫室葉菜類播種、移栽、收獲等關鍵生產環節機械裝備的研發，加強技術儲備，盡快形成具有自主知識產權的葉菜類生產技術裝備。