蔬菜做畦裝備的發展現狀

管春松+胡檜+陳永生+高慶生+楊雅婷

摘要：做畦裝備是蔬菜精細化整地環節中不可缺少的關鍵裝備，可有效解決現有整地機作業質量不能滿足蔬菜苗床整理要求的問題，對降低蔬菜生產成本、提高生產效率具有現實意義。因此，首先對國內典型蔬菜作物畦作農藝要求進行探討歸納，提出2種規格的畦結構；在此基礎上，系統分析國內外做畦裝備的研究應用現狀及特點；最后指出現有做畦裝備的研究不足和發展建議，以期為我國蔬菜做畦裝備的設計研究和應用推廣提供參考。

關鍵詞：做畦裝備；蔬菜整地；現狀

中圖分類號： S233.74文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2017）17-0024-03

通信作者：胡檜，副研究員，從事設施農業工程技術研究。Tel：（025）84346254；E-mail：wsdhu@163.com。蔬菜是人類生存不可缺少的生活資料，是人們日常生活必需的副食品，近年來我國蔬菜播種面積達2 000多萬hm2，占世界總播種面積的1/3以上，總產量超過7億t/年，占世界總產量的60%左右，此外蔬菜從業人員數量、人均占有量以及出口加工量均居世界第一，在我國農業和農村經濟發展中具有獨特的地位和優勢[1]。但與主要糧食作物相比，我國蔬菜生產機械化水平非常低，綜合機械化水平僅為20%左右，對蔬菜產業發展的制約影響日益凸顯[2-4]。蔬菜地整理為蔬菜作物播種或移栽及出苗發育創造適宜的土壤耕層結構，是實現蔬菜生產全程機械化最為首要和關鍵的環節之一。與糧食作物整地要求不同，蔬菜作物種植一般采用畦作（或壟作），蔬菜地整理除了包括犁地、翻耕等傳統耕作環節，還包括做畦（起壟）環節，須滿足“上虛下實”的畦（或壟）型結構要求。近些年國內已對犁地、翻耕裝備開展了大量的研究，但是對專用化的做畦裝備研究很少，已逐漸成為蔬菜整地環節中的“瓶頸”問題，直接制約整地環節綜合機械化水平的提升，亟需研制符合我國國情的先進蔬菜做畦裝備。因此，調研掌握國內外同類做畦裝備的發展現狀及特點、分析探討現有國內研發產品存在的問題，對我國蔬菜做畦裝備的設計研究和應用推廣具有重要的意義。

1蔬菜畦作農藝要求

目前日本、荷蘭、澳大利亞等蔬菜生產已實現標準化種植，日本針對各類蔬菜的種植給出具體的畦作農藝要求（畦寬、畦高及株行距要求），荷蘭、澳大利亞等針對蔬菜種植給出標準化的畦作要求，并規定畦上作業機具的輪距與畦寬尺寸一致，保證畦上作業的順利進行[5-10]。相反，我國蔬菜種類多、品種全、南北方種植差異大、種植制度不規范，直接導致各地的畦作農藝要求也不盡相同，須盡快統一規范，形成系統的畦作標準，進而為做畦裝備的設計與推廣提供理論基礎。

我國菜畦的主要類型有平畦、溝畦、高畦（壟），其中高畦（壟）的畦面高于地面，用于種菜，畦溝內方便蓄水和排水，特別適合南方降水量較大地區蔬菜種植；同時高畦還有利于保溫和增厚耕作層，適合耕層淺地區的蔬菜種植，適用性更強，在實際生產中更受歡迎。

高畦（壟）的結構尺寸因區域氣候條件、土壤條件及蔬菜種類等而異，結合調研和文獻檢索，給出我國南方蔬菜典型作物畦作的農藝要求（表1）[11-17]。由表1可知，大部分蔬菜作物可按做畦截面形狀將高畦（壟）歸類為寬畦和窄畦2類。其中，寬畦可設為2種規格：畦寬為100～120、150～170 cm，畦高為15～20 cm，可調；窄畦也可設為2種規格：畦寬為 50～60、80～90 cm，畦高為20～30 cm，可調。

2國外蔬菜做畦裝備研究現狀

近年來，國外蔬菜做畦技術與裝備研究較迅速，許多國家已將蔬菜畦作的農藝要求進行系統研究，并制定相應的農藝規范，限定畦上作業機械輪距要求，進而開發出相應配套的做畦裝備，真正實現農藝與農機的有效結合。目前，國外蔬菜生產機械化程度高，研制開發的做畦裝備性能穩定，產品多而全，已形成系列化，適用性廣，應用也較普遍，正朝著高效復式、節能減阻、自動化及智能化方向發展，以作業環境不同其產品大致可分為以下2類。

2.1露地栽培做畦裝備

露地用蔬菜做畦裝備以歐美等國為代表的大農場用做畦機為典型代表，意大利、法國等歐美國家地廣人稀，人均耕地面積大，主要考慮作業的高效性。此類產品體積較龐大，大多采用牽引式行走方式，多畦（2、3、4、6畦為主）聯合作業方式。

牽引式做畦裝備在國外一般采用3點懸掛裝置掛接于大馬力拖拉機（≥44.1 kW）后方，根據對土壤的作業次數又分為單刀輥和雙刀輥2種結構，兩者相比單刀輥結構配套動力相對需求小，更適合沙性土壤環境作業；雙刀輥結構采用二次表1典型作物畦作農藝要求

類型蔬菜每畦種植方式畦寬（cm）溝寬（cm）畦高（cm）畦型特點葉菜類白菜撒播100～12015～2012～20淺溝寬畦甘藍移栽2行或4行120或17020～3015～20淺溝寬畦茄果類番茄移栽2行120～1503015～20淺溝寬畦辣椒移栽2行80～9025～3015～20淺溝窄畦根莖類胡蘿卜條播1～2行50～6025～3015～20淺溝窄畦馬鈴薯移栽2行80～902525～33深溝窄畦

耕作土層的原理，精細耕作表層土壤，所整理的畦質量更佳，同時也適合黏性土壤作業。

單刀輥牽引式做畦裝備主要由機架、扶土器、傳動機構、起壟板、壓整蓋板、尾輪等組成，部分還包含鎮壓輥及液壓控制部件等（圖1）。其工作原理為：采用地表土壤堆積培埂后做畦，一般先通過深旋耕刀輥（或刀齒）深耕土壤，將土壤進行破碎并松散凸起于地表，形成足夠的堆土量用起壟板培埂，然后用壓整蓋板或整形、鎮壓部件壓整埂，實現所要求的畦結構。雙刀輥牽引式做畦裝備在單刀輥的結構基礎上再增加表層精細碎土輥裝置，進行深耕環節后表土二次精細破碎，再起畦作業，其目的在于保證表層土壤達到蔬菜苗床整理的細碎度要求。相關機型有意大利Hortech公司、FORIGO公司及MASSANO公司生產的多種類系列化做畦機，CELLI公司生產的ARES系列做畦機，ORTIFLOR公司TSA系列做畦機以及法國Simon公司Cultirateau系列做畦機等[18-19]。

上述露地栽培做畦裝備一般僅適合淺溝型畦場合，此外，國外還有利用開溝做畦原理研制的做畦裝備，尤其適合深溝型畦作業場合（圖2）。開溝型做畦機一般先采用兩側的圓盤式開溝裝置將土壤深旋，而后土壤被圓盤的旋轉帶動，通過離心力甩至畦的正中央，自然形成畦結構，部分機具為保證畦表面的平整度，在畦表面增加鎮壓板或鎮壓輥對表土鎮壓修平。相關機型有意大利COSMECO公司研制的B1、B10、B12型開溝做畦機，CUCCHI公司AS2型開溝做畦機以及英國George Moate公司3行做畦機等[20]。

2.2設施栽培做畦裝備

設施結構類型主要有日光溫室、塑料大棚及連棟溫室等，由于連棟溫室內部構建標準，棚室門寬敞，方便機器進出，同時棚邊角處無操作死角，因而連棟溫室內做畦裝備有很多直接借鑒露地做畦裝備，圖3為圖1-a中的機具在國外大型塑料大棚內作業圖。而針對日光溫室和塑料大棚等作業空間有限的作業環境，日本、韓國等農業發達國家也研制出成熟的產品，這些國家作業田塊小，人口相對集中，其研發的做畦裝備結構較緊湊輕盈，便于進出設施棚室，且易操作，目前正在向進一步降低能耗、提高作業精度和質量方向發展。

如圖4所示，此類產品一般采用汽油機為動力，將動力傳遞至刀輥上，刀輥通常在中間部位布置旋耕刀片，兩端設有起壟刀片，通過刀輥的轉動帶動旋耕刀切削土壤，同時起壟刀將切出的土塊甩至畦中間區域集中，再利用起壟整形板鎮壓畦溝的側邊，完成畦的整理。此類裝備大多采用自走式行走方式，并多采用單畦或雙畦作業方式。相關機型有日本井關公司MSE18C、KK83F6型做畦機，韓國璟田3ZL-5.9-1200型做畦機及英國Little Wonder公司902型做畦機等[21-22]。

另外，針對作業功能的不同，為提高作業效率，減少土壤壓實，國外部分做畦裝備并非僅有單一做畦功能，很多采用的是復式作業結構，主要代表產品有做畦覆膜一體機、做畦施肥一體機、做畦播種一體機、做畦鋪管一體機等。

3國內蔬菜做畦裝備研究現狀

我國現有的露地栽培做畦裝備大多借用糧食作物上用的起壟機具，采用大馬力拖拉機配套旋耕起壟機，拖拉機動力一般為36.75 kW以上，雖然作業效率高，但作業質量遠不能滿足蔬菜精耕細作的做畦要求；而設施內大多采用微耕起壟機（6.615 kW以下）或手扶拖拉機（8.82～11.025 kW）配套旋耕起壟機，動力偏小，作業效率低且質量差，作業質量還有待提高[23]。

近幾年國內蔬菜機械裝備逐漸得到重視，國內對蔬菜做畦技術與裝備的研究逐漸增多，但仍處于起步階段，成熟的產品相對較少。2013年北京中農富通園藝有限公司和上海市農業科學院在國內最先開展蔬菜專用做畦機具的引進，分別引進了意大利FORIGO公司和Hortech公司的蔬菜做畦機，開展了相關研究并發現機具出現“水土不服”的情況，整地效果與國外相比相差甚遠[24]。之后，上海市農業機械化研究所對Hortech公司引進的機具結構進行了改進，基本滿足葉菜類蔬菜種植的做畦農藝要求[25]。

2014年農業部南京農業機械化研究所聯合青州華龍機械有限公司開發了125/140型精整地機，采用牽引式雙刀輥結構，工作時前后刀輥同時相向轉動，上下分層分段切削土壤，而后采用壟形板和主動鎮壓畦壓整，作業效率高，露地栽培與設施栽培均適用[26-28]。2015年與江蘇省鹽城市鹽海拖拉機制造有限公司共同開發了設施用單/雙畦施肥做畦一體機，適用于淺溝窄畦作物的做畦。

同樣采用雙刀輥切削原理、牽引式結構形式，2015年黑龍江德沃科技開發有限公司研制了1DZ-180型多功能整地機，配套動力達60 kW，作業幅寬1.8 m，畦高5～20 cm，適合用于露地蔬菜栽培。同年，江蘇省太倉市項氏農機有限公司開發的1ZKPY-130/150型做畦機具采用單刀輥結構，單次切削土壤后利用被動鎮壓輥鎮壓做畦，結果可實現畦結構，但作業后畦表層的土垡過大，效果不夠理想。

針對設施用做畦裝備，山東華興機械股份有限公司研制的3TG-6型多功能起壟機，做畦寬度40～120 cm；畦高15～40 cm，可做畦或起圓壟，同時設有夯實機構在做畦過程中自行對畦表面進行鎮壓操作，適合深溝窄畦蔬菜作物做畦需求。

4存在的主要問題

4.1標準化種植程度低

我國蔬菜種植基本都以個體農戶為主，規模較小，同時蔬菜種類繁雜，各作物對做畦及起壟的農藝要求各不相同，缺乏規范化和標準化的引導，一方面使得開發的同一做畦裝備作業性能不能適應不同區域、不同土壤條件的同類作物整地要求，通用性不強；另一方面會導致各做畦裝備設計的輪距寬窄不一，使得后期的移栽（或播種）裝備及收獲裝備無法銜接配套使用。

4.2做畦專用化裝備認識不夠

目前國內農戶對蔬菜地整理裝備的認識上仍然停留在簡單的犁旋耕和微起壟等裝備上，對做畦環節基本都是以傳統的手工拉線標記和培畦埂作業完成；或仍采用起壟機代替做畦機作業，不重視做畦專用裝備的開發，導致畦溝的作業質量達不到蔬菜床整理的要求。

4.3裝備作業質量差

現有研發的做畦裝備作業質量不佳，存在耕深不夠、畦面平整度和細碎度差，畦溝不直不清等問題；同時對作業區域的選擇性要求較高，在沙土條件下作業性能優于粘性土，目前對黏濕土的適應性差，甚至出現卡死罷工等現象。

4.4裝備智能化程度低

國內現有的少量的做畦裝備運用了液壓控制技術，使得鎮壓輥部件能主動旋轉鎮壓松散的畦埂表面，平整度得到有效提高，但在耕深智能調節、畦寬智能調節、畦面緊實度、畦溝直線度等作業質量在線檢測控制等方面還存在缺陷，有待進一步提高完善。

4.5裝備系列化配套差

現有做畦裝備基本都用于小田塊單畦作業，作業效率低，對于像露地等大田塊做畦裝備目前國內仍是空白，缺乏系列化產品；此外，現有的做畦裝備大多關注于做畦本身的功能開發，對與做畦功能配套的覆膜、鋪管、施肥等復式聯合作業機具的開發很少見到相關報道，因此急須開展滿足蔬菜種植要求的多元化做畦復式裝備研究。

5發展建議

5.1加強農機農藝緊密融合

加強蔬菜畦作的農機農藝融合，對蔬菜種類進行歸類劃分系統研究，對其種植要求及菜地整理要求進行分類，政府引導制定規范，提出合理的做畦農藝要求，提高標準化作業程度，便于做畦專用裝備的研發和推廣。

5.2進一步提高裝備的作業質量及適應性

提高裝備的設計水平，加強刀齒、刀片等關鍵部件的數值模擬和試驗研究；提高關鍵零部件的制造質量，在可靠性和適應性方面開展系統研究；引進國外先進技術，加強作業性能智能化控制和作業質量智能化檢測研究，進一步提高做畦裝備的研發水平和作業質量，同時引導農戶使用新裝備。

5.3加強復式系列化作業裝備研發

隨著蔬菜露地生產規模的增大，不但要關注做畦裝備的作業質量，更應提高作業效率，一方面加強作業裝備的系列化研究，研制滿足生產需求的多畦作業裝備；另一方面應吸收國外的成功經驗開展復式作業裝備的研發，如做畦覆膜（鋪管）一體機、做畦播種一體機、做畦施肥一體機等聯合作業裝備的開發。

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