寧夏日光溫室蔬菜機械化生產實踐及效果

楊冬艷 趙云霞 王 丹 桑 婷 宋衛堂

（1 寧夏農林科學院園藝研究所，寧夏銀川 750002；2 中國農業大學水利與土木工程學院，北京 100083）

寧夏地區從2018 年開始進行設施蔬菜宜機化栽培模式研究，確定了日光溫室蔬菜東西壟向宜機化的栽培參數，篩選出深翻、旋耕、起壟、移栽、滅茬、行間作業等環節的適用機械，使機械化率從29.0%提高至67.8%，人工成本投入減少8.1%。

寧夏地處西北區域中部，南下北上運距較短，交通便捷，光照資源豐富，冬無嚴寒，夏無酷暑，加之引黃、揚黃、小流域水庫及部分地下水資源保障，被農業農村部規劃確定為黃土高原夏秋蔬菜和設施農業優勢生產區。截至2020 年，寧夏建設永久性蔬菜產業基地50 個，集約化基地562 個，種植面積21.2 萬hm2（317.8 萬畝），總產量達到702.8 萬t；形成了以銀川、吳忠、中衛為主的現代設施蔬菜、供港蔬菜生產優勢區，以固原為主的冷涼蔬菜生產優勢區。其中設施蔬菜種植面積6.07 萬hm2（91萬畝），平均每667 m2產值1.5萬～3.0萬元，成為當地農民增收、農業增效、鄉村振興和農業高質量發展的重要支柱產業（李進福 等，2020）。寧夏大力推進創建農業農村部蔬菜標準園，發展適度規模經營，目前全區千畝以上基地139 個，33.3 hm2（5 000 畝）以上基地17 個，萬畝以上基地6 個。蔬菜經營主體從以往的一家一戶轉變為種植大戶、合作社和農業公司等新型經營主體，為設施蔬菜機械化生產技術應用提供了基礎。

寧夏設施園藝在保持面積穩定發展、大跨度日光溫室和拱棚逐年增加的情況下，廣泛應用電動卷簾機、保溫被、水肥一體化、旋地機械，其中電動卷簾機應用達90%以上，灌溉追肥機械化水平約為70%。但相關設備的作業質量以及對栽培農藝的適應性較差，對適用機械和宜機化的栽培模式需求迫切。為此，寧夏農林科學院園藝研究所蔬菜團隊與大宗蔬菜產業技術體系機械化崗位科學家宋衛堂教授合作，從2018 年開始進行設施蔬菜宜機化栽培模式研究。通過窄畦寬行參數配置、單雙行種植模式、種植密度等研究確定了日光溫室蔬菜東西壟向宜機化的栽培參數；篩選出主要生產環節（深翻、旋耕、起壟、移栽、滅茬、行間運輸）適用機械，形成了日光溫室一年兩茬蔬菜機械化生產模式，在寧夏吳忠國家農業科技園區、銀川市興慶區掌政鎮五渡橋村設施蔬菜生產基地進行示范應用，每667 m2減少人工投入2 500 元以上，機械化率從29.0%提高至67.8%，減輕了勞動強度，提高了工作效率，促進了示范園區機械化生產水平提升。

1 寧夏日光溫室一年兩茬蔬菜機械化生產關鍵技術

1.1 日光溫室機械化生產的結構要求和起壟參數 國內的日光溫室通常坐北朝南，蔬菜生產尤其是果菜一般采用南北壟向雙行定植，蔬菜受光較為均勻。但在這種傳統種植模式下，農機具無法開展作業，很多作業環節嚴重依賴人工，因此需要將南北壟向改為東西壟向，以適應耕作機械作業需求。采用東西壟向對溫室結構有一定要求，尤其是溫室的凈跨度。在寧夏地區，日光溫室東西壟向適宜的壟底寬為70～80 cm，壟面寬50～60 cm，壟高10～15 cm，壟中心間距1.8～2.0 m。建議溫室凈跨度不少于8.7 m，起壟數量≥4 條。

1.2 東西壟向宜機化種植茬口及株距配置 寧夏日光溫室蔬菜機械化生產栽培茬口主要為一年兩茬，多為番茄和瓜類作物（西甜瓜、黃瓜）輪作。早春茬番茄——秋冬茬黃瓜模式：番茄12 月上中旬定植，翌年2 月中下旬開始采收，6 月拉秧；黃瓜7 月下旬定植，12 月上旬拉秧。早春茬西甜瓜——秋冬茬番茄模式：西甜瓜2 月中旬定植，5 月中下旬采收；番茄8 月中下旬定植，翌年1 月底拉秧。

合理的群體結構是作物高產的基礎，在日光溫室東西壟向栽培中，蔬菜作物采用雙行定植，行距相對固定，群體結構的變化主要體現在株距的變化上。為充分利用溫室空間和光合有效輻射，經過篩選比較，番茄適宜種植密度為1 800～2 000 株·（667 m2）-1，西甜瓜為2 500～2 800 株·（667 m2）-1，黃瓜為3 000～3 500 株·（667 m2）-1。根據種植密度、溫室跨度和起壟數量計算種植株距，如10 m跨度的溫室，東西向起5 條壟，番茄種植小行距為30 cm，大行距為150 cm，株距為33～37 cm。

1.3 東西壟向栽培吊蔓結構 日光溫室蔬菜采用東西壟向栽培模式，吊蔓結構也需做相應改進，傳統的溫室骨架、鋼絲再配合吊蔓帶的吊蔓方式在短距離的南北壟向是可行的，但東西壟向距離長，鋼絲走線易受重力影響而下垂。因此，筆者提出1 種夯實土墻的可調節吊蔓結構：在日光溫室東西山墻內側固定橫桿，西側山墻的橫桿上套設鋼繩套環，鋼繩套環穿過兩側墻壁并通過地埋件固定于地面上；固定橫桿連接三角架，三角架的頂角通過鋼繩與1 個固定橫桿連接，三角架的2 個底角上分別連接鋼繩（圖1-a），鋼繩的另一端與溫室東側山墻固定橫桿連接（圖1-b），三腳架數量同溫室起壟數量。在每個三角架兩端牽引的兩行鋼繩中間，每隔10 m 固定1 個長60 cm 的橫桿，同時向上固定到骨架上。此吊蔓結構穩定且鋼繩間距可隨意調節，造價低，安裝方便，目前已穩定運行2 年，便于田間機械操作和日常管理（圖1-c）。

試驗溫室凈跨度10 m，山墻上的固定橫桿長8 m，橫桿北端距離地面2.5 m，最南端距離地面1.8m，在壟間距1.8 m、東西向起5 條壟的條件下，溫室中部吊蔓高度由北向南依次為2.5、2.3、2.1、1.9、1.8 m。在此吊蔓結構下，番茄可留6～8穗果。

1.4 日光溫室蔬菜機械化生產主要環節機械作業的實踐 果菜類蔬菜的主要作業環節有耕整地、起壟、定植、整枝、吊蔓、水肥管理、授粉、采收和滅茬等。通過在日光溫室中開辟農機具進出通道、完善吊蔓裝置等輔助設施，同時進行東西壟向機械化農藝的配套，可以在勞動強度大、用工量多且適用機型較多的環節實現中小型機械設備高效高質作業。

1.4.1 深翻、旋耕機械作業 設施土壤1～2 年深翻1 次可有效打破犁底層，改善板結情況。深翻和旋耕結合施入有機肥可以改善土壤結構和理化性狀，增強土壤微生物活性，加速有機質分解，提高土壤熟化度和養分的有效性。深翻作業宜在下茬蔬菜定植前14 d（天）、土壤含水量15%～25%的情況下進行，深松深度≥30 cm，要求耕深一致，間距均勻。深翻后進行旋耕，耕深≥8 cm，耕后地表平整度≤5 cm，碎土率≥50%。筆者在寧夏吳忠國家農業科技園區和銀川市興慶區掌政鎮五渡橋村日光溫室蔬菜種植基地，應用無錫悅田農業機械科技有限公司生產的YTSF-145 型深翻機（圖2）和YTMC-140 型精密蔬菜滅茬機（圖3）進行深翻和旋耕作業，在604 大棚王拖拉機的牽引下，YTSF-145 型深翻機作業效率為每小時667 m2，翻深30～35 cm，YTMC-140 型精密蔬菜滅茬機旋耕作業效率為每小時1 334 m2，耕深15～20 cm，土壤細碎平整。

1.4.2 起壟移栽機械作業 旋耕平整土地后應用無錫悅田農業機械科技有限公司生產的YT10-A100多功能田園管理機（圖4）進行起壟、覆膜、鋪設滴灌帶一體化作業。壟底寬70 cm，壟面寬50 cm，壟高15 cm，壟中心間距1.8 m；在銀川市興慶區掌政鎮五渡橋村8.5 m 跨度的日光溫室中起4條壟，在寧夏吳忠國家農業科技園區10 m 跨度的日光溫室中起5 條壟，YT10-A100 多功能田園管理機每小時作業效率為444.7 m2，且壟形平整，土壤緊實。然后用寶雞市鼎鐸機械有限公司生產的2ZB-2A 蔬菜移植機（圖5）進行移栽作業，每小時作業效率667 m2，該機械小行距25～50 cm可調，株距10～60 cm 可調，可隨時調整種植深度，采用98 穴穴盤苗進行定植，番茄幼苗成活率可以達到95%以上。

1.4.3 植保、運輸機械作業 基于東西壟向栽培操作需求，示范溫室應用了一種履帶式多功能作業平臺（圖6）。最大載重200 kg，可以腳控前進和倒退，扶手上設有急停按鈕；帶定速巡航；遙控距離100 m，操作方便、安全。可用于日常整枝、運輸肥料、吊繩等操作。平臺還可搭載藥箱、噴頭等設備進行植保作業。中國農業大學宋衛堂教授團隊研發的人機分離風送式植保機（圖7），可安裝在輪式或履帶式作業平臺上，實現省力化噴霧，提高人身防護水平。人機分離風送式植保機遙控距離≥100 m，風送噴霧，風速0～10 m·s-1可調，風送上下豎直角度可調加減10°，風送方向與垂直于行進方向角度0～45°可調，左右噴霧可以分別控制，可以安裝多種iso 標準噴頭，作業效率為每小時1 334 m2。

1.4.4 滅茬作業 筆者在吳忠國家農業科技園區采用YTMC-140 型精密蔬菜滅茬機進行番茄秸稈滅茬作業（圖8）。該機械主要用于蔬菜收獲后殘株及根茬的粉碎、起壟前土壤的旋耕、平整等作業，可以一次性實現滅茬、旋耕、平地，平均耕深可達14.6 cm，作業后土壤細碎，同時番茄殘株切碎埋覆情況較好，地表沒有較大的殘株殘留，挖開表土后可見殘株較為細碎，與土壤混合較好，作業效率為每小時1 334 m2。滅茬前每667 m2撒施秸稈還田專用菌種（有效活菌數≥10.0 億個·g-1）20 kg，滅茬后澆大水，高溫悶棚15 d（天）左右，可以殺滅秸稈上殘留的病原菌和蟲卵，并加快秸稈腐解。

2 寧夏日光溫室蔬菜機械化生產應用實例

寧夏吳忠國家農業科技園區地處寧夏吳忠利通區孫家灘開發區，是寧夏最早掛牌的國家園區，園區設施農業基地建有300 余棟日光溫室，10 m 以上大跨度拱棚530 棟，90%進行蔬菜生產，園區設施環境調控、水肥一體化及植保機械基本普及，但耕作環節機械應用較少，人工成本占到種植成本的50%以上。2020 年筆者在寧夏吳忠國家農業科技園區孫家灘日光溫室生產基地，通過“宜機化的日光溫室+東西壟向栽培模式+適宜的農機裝備”，開展日光溫室蔬菜機械化生產應用示范。

以早春茬西瓜+秋冬茬番茄機械化生產為例，示范溫室凈跨度10 m，脊高5 m，長72 m，后墻為夯實土墻，采光面為鋼架結構。大棚王拖拉機從采光面進出，利用YTSF-145 型深翻機進行土壤深翻，電動車載撒肥機撒肥，YTMC-140 型精密蔬菜滅茬機進行旋耕、平整土壤，YT10-A100 多功能田園管理機進行起壟、鋪滴灌帶、鋪膜作業，2ZB-2A 蔬菜移植機進行移栽，作物生長期間利用水肥一體化裝備、平臺運輸車和植保機械管理，每茬蔬菜種植結束后，利用YTMC-140 型精密蔬菜滅茬機的滅茬功能將植株切碎進行原位還田。

2.1 早春茬西瓜+秋冬茬番茄機械化生產產量及效益 早春茬西瓜品種為華玲（農友種苗有限公司選育）。2020 年3 月11 日定植，東西向起5 條壟，壟底寬70 cm，壟面寬50 cm，壟高25 cm，壟間距1.1 m，雙行定植，小行距30 cm，株距24 cm，每667 m2折合定植2 750 株，5 月中旬采收。秋冬茬番茄品種為普羅旺斯（荷蘭德奧特種業集團公司選育），8 月25 日雙行定植，小行距30 cm，株距30 cm，每667 m2折合定植2 200 株，翌年2 月底拉秧。西瓜每667 m2產量達2 568 kg，上市時間為5 月中旬，平均售價5 元·kg-1，產值1.28 萬元。番茄每667 m2產量4 475 kg，平均售價4 元·kg-1，產值1.79萬元。全年產值合計3.07 萬元。

2.2 節本情況及機械化水平評價 早春茬西瓜 +秋冬茬番茄機械化生產模式的生產投入成本：西瓜每667 m2種苗成本1 320 元，肥料成本800 元；番茄每667 m2種苗成本900 元，肥料成本400 元；兩茬作物農藥投入成本3 000 元，地膜、吊繩等耗材1 000 元左右，共計7 420 元。機械作業人工投入成本：起壟、移栽和滅茬環節每667 m2需2 人工作2.5 h（小時），成本為240 元；在植株調整、采收、施藥、運輸、灌溉和環境調控環節，平均每667 m2人工成本6 200 元，每667 m2合計6 440元，人工成本占總成本（生產成本+人工成本）的46.5%。而采用人工作業，在起壟、移栽和拉秧環節每667 m2需12 人工作8 h（小時），成本為1 440 元，其他日常環節每667 m2成本7 500 元，每667 m2合計8 940 元，占總成本的54.6%。綜上，機械作業較人工作業每667 m2節省人工成本2 500元，人工成本投入減少8.1%。

在日常管理如植株調整、施藥、運輸、施肥和環境調控等環節，示范溫室利用行間作業平臺、水肥一體化裝備等，顯著降低了勞動強度，提高了工作效率。根據農業機械化水平評價方法《NY/T 1 408.6——2016 農業機械化水平評價 第6 部分：設施農業》，對比常規人工管理作業，示范溫室蔬菜生產機械化水平從29.0%提升至67.8%（表1）。

表1 機械化水平評價

3 關于日光溫室蔬菜機械化生產的思考

機械化生產與設施結構、栽培模式三者之間的關系應該是“農機和設施服務農藝，農藝適應農機和設施”。首先，過去的日光溫室在設計、建造時基本沒有考慮農機的進出，供人出入的門比較狹小，同時還存在跨度小、脊高較低、內部空間較小等問題。其次，蔬菜種類多、生長環境復雜、種植模式多樣，在日光溫室內主要采用南北壟向種植模式，與機具尺寸存在著較大矛盾，是導致日光溫室蔬菜機械化水平低的主要原因。第三，適宜日光溫室作業的機械裝備較少，各作業環節的機械參數銜接沒有標準化，尤其在種植和采收環節的機械短板相比于其他農作物差距很大，限制了設施機械的應用。因此，需要將日光溫室看作一個由“農藝-農機-設施”等要素組成的生產系統，加強三者的深度融合，統籌推進，才能有效提升設施蔬菜生產的機械化水平。

3.1 日光溫室蔬菜栽培要宜機化和標準化 目前，日光溫室蔬菜東西壟向的宜機化栽培模式還沒有定型，正在不斷研究中，其中在實現機械化生產、降低用工成本的同時，使蔬菜作物達到或接近當地人工作業的產量和質量方面，尤其需要系統、深入地探索和試驗。宜機化栽培模式的關鍵是栽培壟形參數的系列化和株行距的標準化，既有利于各生產環節的機具集成配套，也有利于不同蔬菜基地和蔬菜種類間的機具互通共用，為后期的田間管理和采收創造條件。

3.2 日光溫室農機作業應高質量和全程化 加強農機技術和農藝技術的互相融合，形成蔬菜生產的機械化技術體系，促進農機化水平提升。農藝方面需結合機械化作業制定統一的生產作業標準；農機部門在研發、引進新機具時需充分考慮蔬菜種植習慣和農藝要求，針對不同類型的蔬菜特性進行研究，研發出更符合農藝特性的機具。農機、農藝兩部門應加強溝通交流，系統研究蔬菜生產農機農藝融合中的關鍵薄弱環節，探索完善經濟有效、簡單易操作的蔬菜機械化生產技術體系。日光溫室蔬菜土壤栽培的主要作業環節包括耕整地、起壟、定植、整枝、吊蔓、水肥管理、授粉、保果疏果、采收等環節。根據不同的作業環節選擇合適的農業機械，在主要作業環節用機械替代人工，作業環節之間農機相互銜接，農藝標準統一，從而提高機械化生產的通用性，降低勞動強度，提高生產效率和作業質量，實現種植過程的模式化、標準化和規模化。

3.3 日光溫室農機服務應專業化和社會化 加快培育新型農機社會化服務主體，培養社會化服務專業人才。扶持發展蔬菜生產專業合作社和農機專業合作服務組織。引導蔬菜生產規模片區農機大戶成立蔬菜農機專業合作社，購買適用農機具，開展蔬菜農機作業服務；引導已成立的農機合作社將蔬菜農機作業服務納入經營范圍，擴大服務對象，增強合作社實力；加快推進農機行業產學研推各部門相互結合，構建以企業為主體、市場為導向、部門為引導、院校為支撐的產學研推相結合的農機科技創新服務體系。