上海地區3種土下切根葉菜收獲機械作業性能比較分析

陳佶 夏海榮 劉偉華 岳崇勤

蔬菜是上海地區除糧食作物外種植面積最大的農作物，常年種植面積在3.33萬hm2[1]。2019年上海地區蔬菜產量259.15萬t，是糧食產量的2.7倍[2]。蔬菜富含多種維生素和礦物質，是人們日常生活中不可或缺的食物之一。蔬菜種植廣泛，品種多樣，按食用器官可分為根菜類、莖菜類、葉菜類、果菜類等。蔬菜生產是勞動密集型產業，除耕整地、植保和搬運環節有少量機械化作業外，其余環節基本仍以人工作業為主[3]。收獲是蔬菜生產過程中耗時最多、勞動強度最大的環節，約占全部作業量的40%[4]，但日趨嚴重的人口老齡化問題使得上海地區農村勞動力匱乏，導致蔬菜生產成本增加、經濟效益降低，蔬菜收獲已成為制約上海蔬菜產業發展的主要因素。青菜即不結球白菜，是上海及其周邊地區最常見的葉類蔬菜，具有生長速度快、生長周期短、復種指數高等特點，經濟價值較高，是上海最具特色的地產蔬菜之一。青菜的收獲要求較高，須切根收獲，根部切口應美觀平整，除黃葉外其余葉片不應有損傷。葉類蔬菜土下切根收獲是對蔬菜機械化收獲提出的又一難題。上海市農業機械鑒定推廣站對國內外多種土下切根葉菜類蔬菜收獲機械的機械結構、工作原理進行研究，對其作業性能進行比較分析，為加快推進青菜、生菜等葉類蔬菜土下切根收獲機械化提供依據。

1 土下切根葉菜收獲機械的特點

葉菜收獲機械種類繁多，按結構型式可分為手扶式和自走式[5]；按收獲蔬菜品種可分為結球類（結球甘藍、結球生菜等）、非結球類（青菜、莧菜等）和蔥韭類（韭菜）；按蔬菜切割部位可分為土上切莖和土下切根；按收獲后蔬菜堆放方式可分為無序收獲和有序收獲[6]。葉菜收獲機械由切割裝置、輸送裝置（輸送帶）、升降裝置、行走機構、控制機構等部件構成[7]。割刀是切割裝置的主要工作部件，有圓盤刀（圖1）、往復式刀（圖2）、鋸齒帶刀（圖3）等多種類型。圓盤刀主要應用于韭菜收割機械，往復式刀應用于土上切莖葉菜收獲機械，鋸齒帶刀既可用于土上切莖也可用于土下切根葉菜收獲機械。往復式刀收割蔬菜時往復行程較短，不適合青菜、生菜等根系相對粗壯的葉菜的土下切根收獲，故土下切根收獲機械一般使用環形或條形的鋸齒帶刀。

圖1 圓盤刀

圖2 往復式刀

圖3 鋸齒帶刀

與土上切莖葉菜收獲機械相比，土下切根葉菜收獲機械主要有2個結構特點：一是沒有撥禾裝置。撥禾裝置的作用是將葉菜聚攏便于割刀切割并將切割后的葉菜收攏到輸送裝置，適用于雞毛菜、莧菜等體形小、質量小、莖葉軟的葉菜。青菜、生菜等切根收獲的葉菜體形大、莖葉硬，撥禾裝置易使莖葉折斷。故土下切根葉菜收獲機械不安裝撥禾裝置，而是在割臺前端設置金屬振動篩（圖4），利用前方葉菜的推擠作用將后方收割的葉菜推至金屬振動篩，依靠作業時割刀自身產生的振動和金屬振動篩上下交替運動產生的振動快速抖落葉菜上的泥土[8]，提高收獲凈菜率，葉菜經金屬振動篩送至輸送裝置再到上方操作臺裝箱；二是土下切根葉菜收獲機械的輸送帶表面采用粗糙不平的設計以增加摩擦力，便于將青菜、生菜等單株質量較大的葉菜從下方割臺輸送至上方操作臺。一些進口收獲機的輸送帶表面增設了橡膠釘條使葉菜輸送更便利（圖5）。

圖4 割臺前端的金屬振動篩

圖5 輸送帶表面的橡膠釘條

2 土下切根葉菜收獲機械作業性能比較

2.1 3種試驗機具基本情況

上海市農業機械鑒定推廣站在奉賢區、青浦區和松江區對南通富來威農業裝備有限公司生產的4UM-120A電動蔬菜收獲機（圖6）、上海田惠農業裝備有限公司生產的XFYC-L1200土下型葉菜收割機（圖7）和意大利HORTECH公司生產的SLIDE VALERIANA 120葉菜帶根收割機（圖8）國內外3種土下切根葉菜收獲機械的作業性能進行了比較試驗。

圖6 4UM-120A電動蔬菜收獲機

圖7 XFYC-L1200土下型葉菜收割機

圖8 SLIDE VALERIANA 120葉菜帶根收割機

3種土下切根葉菜收獲機械主要技術參數見表1。富來威4UM-120A電動蔬菜收獲機為手扶式結構，整機外形尺寸較小，操作者在畦面上行走推扶機具前進作業，單人作業時需兼顧機具行進與葉菜的收集擺放；收獲機后部收納蔬菜筐的空間較小，僅可放置2個筐，換筐頻率較高，影響作業效率。田惠XFYC-L1200土下型葉菜收割機和HORTECH SLIDE VALERIANA 120葉菜帶根收割機為自走式結構，整機體形較大，操作者可乘坐或站立在收獲機上操控，機具行進自主性強，單人作業時操作者基本只需要注意收割葉菜的收集與整理；收獲機后部放置蔬菜筐的空間較大，田惠XFYC-L1200可放置不少于4個筐，HORTECH SLIDE VALERIANA 120后部有擴展板，可放置10個筐以上，作業期間換筐頻率較低，效率較高。富來威4UM-120A電動蔬菜收獲機和田惠XFYC-L1200土下型葉菜收割機采用電機驅動，配套功率較小，節能環保；HORTECH SLIDE VALERIANA 120葉菜帶根收割機采用柴油機，配套功率較大，但可能產生燃油滲漏、廢氣排放等環保問題。上海地區蔬菜生產機械化主推模式為：8 m寬棚內作5畦，畦面寬1.1 m，播種幅寬1.05 m，收割機收割幅寬1.05 m[9]。3種收獲機的設計割幅均為1.2 m，與農藝要求匹配。富來威4UM-120A電動蔬菜收獲機沒有割臺仿形機構，田惠XFYC-L1200土下型葉菜收割機和HORTECH SLIDE VALERIANA 120葉菜帶根收割機配有兩點接觸式割臺自動仿形機構，作業時割臺高度會根據畦面平整度自動調節。上述3種收獲機械均可用于青菜、生菜等葉菜的無序收獲。

表1 3種土下切根葉菜收獲機械主要技術參數

2.2 試驗條件與方法

3種土下切根葉菜收獲機械的試驗條件見表2。前期配套農藝如下：旋耕機碎土，機作5畦，畦面寬1.1 m，畦間距和畦溝寬滿足機具通行要求，機械播種，播種幅寬1.1 m。根據當地農藝要求，在播種后46～47天采收。3處試驗地塊均平整無雜物，青菜生長均勻，苗齡適宜收割，無大于100 cm2的無苗現象，采收面積不小于80 m2（含穩定區與測區）。

表2 3種土下切根葉菜收獲機械試驗條件

試驗方法參考農業農村部發布的《葉類蔬菜收割機》（DG/T 249-2021），結合上海地區蔬菜生產實際農藝要求，測定整株收獲率和主根切斷率2項作業性能指標，并考察機具在相應地塊的通過性能。具體方法如下：每1行程在測區內隨機連續抽取100株青菜，檢查每株的散葉情況和主根切斷情況，沒有因收獲機割刀切割造成散葉（不包含黃葉）或機械損傷的為整株蔬菜，分別計算整株蔬菜和主根被割刀完全切斷的比例，共測2個行程，計算平均值。

2.3 試驗結果與分析

3種土下切根葉菜收獲機械的通過性能與作業性能見表3。富來威4UM-120A電動蔬菜收獲機和HORTECH SLIDE VALERIANA 120葉菜帶根收割機在連棟大棚內通過性較好，進出大棚無磕碰；畦間行走順暢，未發生畦間距、畦溝寬與輪距不匹配造成機具無法前行的情況；兩端田頭留有機具掉頭的空地，其中富來威4UM-120A電動蔬菜收獲機外形尺寸小、轉彎半徑小，田間掉頭方便，HORTECH SLIDE VALERIANA 120葉菜帶根收割機外形尺寸大，田間掉頭轉彎半徑大，均不會出現軋菜的情況。而田惠XFYC-L1200土下型葉菜收割機在8 m寬塑料薄膜溫室中通行有一定難度，出入溫室勉強不碰撞門框；溫室肩高1.6～1.8 m[10]，收獲機在邊緣2條畦作業時勉強不碰撞溫室骨架；塑料薄膜溫室空間狹小，兩端田頭沒有供機具掉頭的空地，收獲機掉頭轉彎半徑較大，會發生軋菜的情況。可見，體形較小的手扶式收獲機和體形較大的自走式收獲機在連棟大棚內通過性能都較好，區別在于田間掉頭轉彎半徑的大小；但在8 m寬塑料薄膜溫室中，體形較大的自走式收獲機通過性能明顯下降，輕巧的手扶式收獲機更適合在此場景下作業。

表3 3種土下切根葉菜收獲機械的通過性能與作業性能

作業性能方面，HORTECH SLIDE VALERIANA 120葉菜帶根收割機作業速度最快，分別是田惠XFYC-L1200土下型葉菜收割機和富來威4UM-120A電動蔬菜收獲機作業速度的2倍和4倍。在高速作業下，HORTECH SLIDE VALERIANA 120葉菜帶根收割機整株收獲率達96%，為3種收獲機中最高，但主根切斷率最低，僅為76%，收獲效果能滿足生產要求，但未切斷的根系夾帶泥土等雜質較多，造成凈菜率降低，增加了收獲后清除雜質和修剪菜根菜葉的人工整理時間；富來威4UM-120A電動蔬菜收獲機和田惠XFYC-L1200土下型葉菜收割機整株收獲率均為92%，主根切斷率分別為91%和90%，二者作業效果均能滿足生產要求，且收獲后的人工整理時間相對較少。

2.4 試驗中的其他發現

試驗發現，青菜土下切根機械化收獲效果受前期耕整地質量影響較大。采用具有鎮壓功能的作畦機作畦，畦面平整度雖高，但土壤堅實度也高，灌溉后畦面土壤易板結，造成蔬菜根系生長困難，故上海目前基本仍采用不具備鎮壓功能的普通作畦機。采用普通作畦機作畦，畦面平整度較低，加大了機械化采收難度；土壤堅實度也較低，畦面兩邊容易垮塌，最外側兩行蔬菜隨著畦面垮塌而下陷，收獲時割刀入土深度設定過淺，會割到外側兩行菜的葉片，造成整株收獲率下降；割刀入土深度過深，中間幾行菜的主根又無法切凈，收攏到割臺的泥土量也明顯增加，造成主根切斷率和凈菜率下降。

3 結論

葉菜土下切根機械化收獲效果受空間大小、土壤條件、葉菜種類、配套農藝等多種因素的影響。根據上海地區青菜的種植條件，對3種土下切根葉菜收獲機械的通過性能與作業性能進行比較可知，富來威4UM-120A電動蔬菜收獲機靈巧、輕便，節能環保，作業效果好，但動力小，作業速度慢，生產效率較低，適宜在8 m寬塑料薄膜溫室中推廣應用；田惠XFYC-L1200土下型葉菜收割機節能環保、作業效果好，作業速度較快，生產效率較高，但轉彎半徑較大，適宜在連棟大棚中推廣應用；HORTECH SLIDE VALERIANA 120葉菜帶根收割機動力充足，作業速度快，生產效率高，作業效果好，但收獲后整理蔬菜時間略長，體形大，田間轉彎掉頭笨重，可在連棟大棚中適量應用。