山西省設施農業發展模式及機械化采摘技術研究

馮彩霞

（山西省農業機械發展中心，山西 太原 030031）

設施農業是山西省重點發展的五大特色優勢產業之一，是現代農業的重要組成部分，是轉變農業發展方式、持續增加農民收入的有效途徑。發展設施農業可以有效提高土地產出率、資源利用率和勞動生產率，解決山西省無霜期短、半年不能種和很多優良品種種不活等問題，減少災害性天氣的影響。特別是在2020年新冠肺炎疫情影響下，設施農業有效保證了居民對重要農產品的生活需求，對保持社會繁榮穩定具有巨大的意義。據山西省統計年鑒，2018年全省設施蔬菜種植面積為36.65 khm2，占全省蔬菜種植總面積約20.7%，設施蔬菜總產量為232.91×104t。近年，隨著居民生活水平的提高，設施農業面積不斷增加，設施農業規模化、產業化、機械化水平在不斷提高，截至2018 年底，山西省設施栽培機械化率達到34.9%，但與玉米、小麥等主要農作物機械化率相比還有很大差距，與發達國家相比，山西省設施農業裝備自動化、信息化等水平還很低。因此，提高全省設施農業機械化水平，特別是用工量較大的采摘環節，具有非常重要的意義。

1 山西省現有設施農業主要形式

目前，隨著設施農業技術水平的不斷提升、國內外交流合作加強，國內溫室大棚發展迅速，形成了各式各樣的風格，但是山西省目前主要存在的還是日光溫室、塑料大棚及連棟溫室3種。

1.1 日光溫室

日光溫室是以太陽能為主要能源并可進行作物越冬生產的溫室。在不適宜植物生長的季節，加火強化保溫或少加溫的情況下，就可以生產喜溫性蔬菜，節約燃料、減少環境污染。山西位于北緯34°34′～40°44′，屬于大陸性季風氣候，晝夜溫差大，冬季寒冷干燥，特別適合使用該種溫室用于冬季蔬菜生產，因此，日光溫室是目前山西省最多的一種設施農業溫室類型。日光溫室坐北朝南，由北側和東西兩面保溫蓄熱墻體、北向保溫斜屋面、南向拱型采光屋面、晝開夜閉的保溫被或草席（苫）構成。在山西的丘陵山區、梯田地塊，只要是向陽，可就地取材，依地形而建造，面積大小不限，建造成本低，可進行瓜果蔬菜、菌類以及花卉等植物栽培生產，也可進行動物養殖生產。

1.2 塑料大棚

塑料大棚俗稱冷棚，利用竹木、鋼材等材料并覆蓋塑料薄膜，搭成拱形棚，充分利用太陽能，有一定的保溫作用，并通過卷膜能在一定范圍調節棚內的溫度和濕度，是一種簡易實用的保護地栽培設施，建造容易、使用方便、投資較少。在山西省主要是起到春提前、秋延后的保溫栽培作用，提高單位面積產量，能在早春和晚秋淡季供應鮮嫩蔬菜。一般春季可提前30～35 d，秋季能延后20～25 d，但不能進行越冬栽培。

1.3 連棟溫室

連棟溫室是溫室的一種升級，用科學的手段、合理的設計、優秀的材料將原有的獨立單間模式溫室連起來。與傳統溫室相比，空間利用面積遠大于傳統溫室，管理更統一、操作更科學，既節約時間又提高效率。利用現代信息技術可以人為制造農作物的生長環境，為農作物的生長提供適當的光、溫度、水、肥料等必須的營養成分。如在山西農谷建設的占地15×104m2的“山西農谷番茄小鎮”就是現代化程度較高的智能化連棟溫室。內有番茄生產自動化數控育苗和水肥一體化滴灌系統、遮陽幕布系統、作物懸掛系統、采摘電動車、電子溫室數控系統、數控自動升降天窗系統、高壓壓力霧系統、精細分選包裝流水線等，生產全部自動化。

2 設施農業采摘裝備的重要性

采摘是果蔬生產過程中最為耗時、耗力、實效性強的生產環節之一。關于設施農業作業機械化程度的評價[1]：

式中：A為設施農業作業機械化程度（%）；A1為耕整地機械化程度（%）；A2為種植機械化程度（%）；A3為采運機械化程度（%）；A4為灌溉施肥機械化程度（%）；A5為環境調控機械化程度（%）。

從不同作業環節的權重可以看出，設施農業采摘機械化水平對整個設施農業機械化水平而言有非常重要的作用，而且采摘階段需要輔助搬運等作業，勞動力需求量大、勞動強度高，所需投入的勞動力約占整個生產種植過程的40%～50%[2]。目前，農村勞動力特別是青壯年勞力逐漸減少，留在農村的勞動力以婦女和老年人為主，僅能進行一些輕微的體力勞動。因此，采摘作業環節勞動力不足的矛盾尤為突出，迫切需要機器人、智能化裝備替代人進行農業生產，滿足設施農業發展的需求。設施農業采摘裝備特別是采摘機器人的應用將在減輕勞動強度，提高農業生產效率，提高果蔬質量，保障采摘作業不誤農時等方面具有巨大的作用。

3 山西省設施農業采摘環節存在的問題

3.1 分散經營為主，采摘機具需求疲軟

調研發現，山西省目前設施農業還是以分戶經營為主，農戶自己建設農業設施，自主經營，有的是租用別人的設施農業地塊后自主經營，均屬于小規模生產。另一種是以專業合作社形式股份經營，農民以土地承包經營權入股，組建農業開發專業合作社，有效整合土地資源、促進農業適度規模經營、加快產業結構調整。再有就是以企業形式規模化種植，實行科技化生產、企業化管理、品牌化營銷，極大地提高了農業綜合效益。關于采摘機具，對個體經營戶而言，由于投入成本較大，機具回收期長，此外其種植面積小，家庭成員基本可以滿足勞動力需求，因此需求意愿不大；而對于合作社或者企業而言，由于種植規模較大，采摘季節集中采摘量大、用工量大，有時會出現用工荒或者人工成本短期增加的現象，而且人工采摘效率較低，因此急需能可靠使用的采摘機具用于生產經營。

3.2 耕種類機具為主，采摘機具應用較少

調研發現，目前山西省設施農業生產中使用的農業機械主要以耕作類、播種類機具為主，如小型翻轉犁、起壟機、旋耕機、微耕機、覆膜機、條播機、起壟播種機、精量播種機等，使用機具后作業效率比人工提高10 倍以上，作業成本與人工作業相比0.067 hm2上地可節省100～200 元，而且機械播種省工、省時、省種、出苗率高，可提高作物產量。此外，應用較多的就是卷簾機、設施環境調控裝備、施肥設備等輔助設備。在采收環節，目前主要使用的就是輔助采摘作業的電動果蔬轉運車，有的果蔬轉運車上面設置有可升降的操作平臺，采摘一些較高植株的果實時，采摘者可自行調整至合適高度，方便采摘。除此以外，采摘機具或者機器人應用基本還是空白。

3.3 日光溫室為主，室內采摘空間受限

調研發現對于日光溫室，由于前屋面斷面形狀為弧度形狀，靠近前屋面方向，作業高度逐漸降低，標準規定作業最低高度不小于0.8 m，對采摘機具的作業高度限制較大。有一些簡易的日光溫室為了滿足強度要求，里邊設置較多的支撐支柱，會使作業空間嚴重受限，再則在日光溫室內，為了方便人工作業，植物種植一般是南北向成行，這種種植方式需要機具頻繁掉頭，也制約了采摘機具的使用。而塑料大棚和連棟溫室跨度為6～14 m、高度為2.3～3.5 m，有的尺寸甚至更大，與日光溫室相比，空間充足、寬敞，較方正，具有較大的栽培空間，此外較現代化的塑料大棚或者連棟溫室多是東西向種植成行，有的為立體種植，苗床可移動，室內操作空間大，采摘作業機具基本不受限制，為在設施內使用各種采摘機具提供了較大的可能。

4 山西省設施農業機械化采摘發展建議

4.1 農機農藝融合，向標準化靠攏

為了推動設施農業機械化快速發展，一是需要將農機農藝深度融合，在不影響總體收益的情況下，為了便于機械化生產作業，可以在行距、株距等農藝方面做適當變動，將我們傳統種植觀念和種植模式做出改變；二是向標準化靠攏，包括設施的建造、種植的農藝，做好頂層設計，至少在一個區域范圍內形成適合該區域的一個標準體系，以點帶面，增加機具的適應性，便于推廣使用。通過這些舉措，在設施農業采摘環節有機可用，提高作業效率，降低作業成本，讓作物達到高產量增收、高質量增值，最終實現產值的極大提升，進而提高農民朋友的收入。

4.2 政策引導，增加研發投入及機具補貼

設施采摘設備研究和應用均處于起步階段，因此需要政府參與、政策引導，對于處于研究階段的裝備適當增加研發投入，從而帶動企業提高自身研發投入，提高研發的積極性，取得更多創新成果，縮短采摘機具的研發周期。對于處于剛開始應用的設施農業采摘裝備，由于其投入成本較高，則通過補貼減輕農戶的投入成本，提高機具應用范圍，以便機具后續升級改造優化，促進設施農業采摘環節機械化程度提高。

4.3 注重培訓，提高從業者知識水平

設施農業是一種多學科交叉的現代農業，采摘機器人等現代化裝備的使用操作均需要懂技術、有文化、會經營的具有較高素質的新型農民，因此，為了保證設施農業健康順利發展，必須注重新型農民的培訓。讓廣大農民掌握新技術，學會熟練使用機具，便于推廣應用智能化、機械化技術裝備，提高專業化服務水平，擴寬設施農業發展的新路子。

5 結論

設施蔬菜栽培對緩解山西省蔬菜淡季的供求矛盾起到了特殊重要的作用，設施蔬菜的單產是露地蔬菜的5～7 倍，是糧食作物的10～20 倍，同時還有較高的提升空間，發展設施農業采摘環節機械化就是重要途徑之一。目前，結合全省實際，對于設施農業采摘環節方面，葉菜類、根莖類等生長期、收獲期基本一致的作物，可以實現整個地塊同時采摘收獲，該類機具已有量產機具，通過引進試驗加快應用速度；而茄果類、瓜類等作物，由于果實成熟期不一致，此類作物采摘期較長，消耗人工大，機器收獲難度大，應重點投入研發此類采摘機器人的經費。此外，設施農業空間相對狹小，因此，設施農業裝備以小型化為鮮明特點作為其發展模式。隨著采摘設備研發推廣、政策的支撐、從業者知識水平提高等多種舉措，山西省設施農業采摘機械化水平將快速提高，設施農業生產更加優質、高效，將有更加顯著的社會效益和巨大的經濟效益。