露地結(jié)球葉菜補(bǔ)齊機(jī)械化移栽斷鏈探索

程博 蘇浴源 閆鳳岐 王耀鳳 李赫 宋衛(wèi)堂

摘要：張家口壩上地區(qū)已經(jīng)形成自己的露地結(jié)球葉菜宜機(jī)化生產(chǎn)模式，包括宜機(jī)化的農(nóng)藝及與之配套的農(nóng)機(jī)裝備，但機(jī)械移栽時(shí)不能實(shí)現(xiàn)同步機(jī)械“封口”、仍需人工完成“封口”，導(dǎo)致移栽環(huán)節(jié)機(jī)械化產(chǎn)生斷鏈，制約全程機(jī)械化的發(fā)展和實(shí)現(xiàn)。針對上述問題，提出將移栽后無法通過移栽機(jī)解決的地膜“封口”工序難題，調(diào)整至移栽前通過起壟工序解決“機(jī)栽后膜口土封方法和技術(shù)”。通過對多種起壟覆膜機(jī)的優(yōu)化與改進(jìn)，成功研發(fā)出與本技術(shù)配套的主動式膜上覆土起壟機(jī)。試驗(yàn)表明，移栽機(jī)移栽后苗穴的“封口”合格率可達(dá)98%以上。本研究形成的技術(shù)方案和配套裝備，補(bǔ)齊移栽環(huán)節(jié)的機(jī)械化斷鏈，基本可以實(shí)現(xiàn)壩上地區(qū)結(jié)球葉菜的全程機(jī)械化，同時(shí)也可以作為一種露地蔬菜膜上機(jī)械化移栽共性技術(shù)與裝備在全國進(jìn)行示范和推廣，提升我國蔬菜產(chǎn)業(yè)的機(jī)械化水平。

關(guān)鍵詞：結(jié)球葉菜；起壟覆膜機(jī)；膜口土封技術(shù)；移栽機(jī)構(gòu)

中圖分類號：S223.92： S63

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：20955553 （2023） 12000105

Exploration on chain scission of mechanized transplanting of heading leaf vegetables in open field： Taking Bashang area of Zhangjiakou as an example

Cheng Bo1， Su Yuyuan2， Yan Fengqi2， Wang Yaofeng3， Li He1， Song Weitang1， 4

（1. College of Water Resources and Civil Engineering， China Agricultural University， Beijing， 100083， China；

2. Zhangjiakou Academy of Agricultural Sciences， Zhangjiakou， 075000， China; 3. Xian Agricultural Machinery

Supervision and Extension Station， Xian， 710065， China; 4. Key Laboratory of Agricultural Engineering in

Structure and Environment， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Beijing， 100083， China）

Abstract：

The Bashang area of Zhangjiakou has formed its own mechanized production mode for open-air headed leafy vegetables， including mechanized agronomy and supporting agricultural machinery and equipment. However， synchronous mechanical ‘sealing cannot be achieved during mechanical transplanting， and ‘sealing still needs to be completed manually， resulting in chain scission in mechanization of transplanting， which restricts the development and realization of full mechanization. In view of the above problems， this study proposes to adjust the mulch film ‘sealing process problem that cannot be solved by the transplanting machine after transplanting to the ridging process before transplanting to solve the ‘soil sealing method and technology of mulch film mouth after machine transplanting. Through the optimization and improvement of a variety of ridging film mulching machines， an active film mulching ridging machine supporting this technology has been successfully developed. The test showed that the qualified rate of ‘sealing of seedling holes after transplanting could reach more than 98%. The technical scheme and supporting equipment formed in this study complement the mechanized chain breaking in the transplanting process， which can basically realize the full mechanization of heading leaf vegetables in Bashang area. At the same time， it can also be used as a common technology and equipment for mechanized transplanting of open-field vegetables on film to demonstrate and promote in the whole country， so as to improve the mechanization level of Chinas vegetable industry.

Keywords：

heading leafy vegetables; ridging film mulching machine; soil sealing technology of membrane mouth; transplanting machine

0 引言

張家口壩上地區(qū)位于內(nèi)蒙古高原向河北省的過渡地帶，包括張北、沽源、尚義和康保四縣，平均海拔1200～1500m左右，屬高寒半干旱地區(qū)［1］，平均年降水量250～550mm，年大風(fēng)日約65～70d，年平均氣溫2～5℃［24］，具有光資源豐富、晝夜溫差大、四季分明、風(fēng)多風(fēng)大［56］、少雨干旱、無霜期短等氣候特點(diǎn)。該地區(qū)因其獨(dú)特的氣候條件，非常適宜發(fā)展綠色錯季蔬菜生產(chǎn)［7］，現(xiàn)有蔬菜種植面積約53khm2［8］，是全國蔬菜產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展地區(qū)，也是京津地區(qū)夏秋淡季蔬菜重要的供給基地［9］。種植的結(jié)球類葉菜主要有甘藍(lán)、青花菜、生菜、大白菜、娃娃菜等。

近年來，由于勞動力老齡化和大量青壯勞動力持續(xù)不斷地向第二、第三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致當(dāng)?shù)貏趧恿T乏，“用工難、用工貴”問題日益突出。全程機(jī)械化是指在農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝深度融合的前提下，通過機(jī)械化操作實(shí)現(xiàn)蔬菜生產(chǎn)的施底肥、耕整地、育苗、播種移栽、田間管理、收獲以及收后處理的全面機(jī)械化［10］。實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化是解決勞動力緊張、提高生產(chǎn)效率和效益、促進(jìn)蔬菜產(chǎn)業(yè)規(guī)模化和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的必然選擇［1112］。壩上地區(qū)主要以種植大戶為經(jīng)營主體，近幾年一直在不斷探索如何實(shí)現(xiàn)露地蔬菜生產(chǎn)的全程機(jī)械化。目前已經(jīng)探索出了適于本地區(qū)主要結(jié)球葉菜的宜機(jī)化壟形參數(shù)：壟間距90～100cm，壟頂寬45cm左右，壟底寬60～70cm，壟溝30～40cm。施底肥、耕地、整地、起壟、中耕、植保環(huán)節(jié)，適宜于農(nóng)藝的機(jī)械裝備都已經(jīng)選型并配套，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化作業(yè)；收獲環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了半機(jī)械化：人工采收、機(jī)械運(yùn)輸，同時(shí)在運(yùn)輸車上完成分棟、包裝等采后處理。但移栽仍然需要人工進(jìn)行膜上破膜、打孔、定植，是全程機(jī)械化鏈條中“斷”的一環(huán)。

通過實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，移栽沒有能實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的主要原因是，壩上地區(qū)風(fēng)多風(fēng)大，移栽后必須將破開的地膜定植口再用土壤封住（簡稱“封口”），以利于保溫、保水，防止跑熱、跑墑。因此，“封口”對于當(dāng)?shù)氐囊圃宰鳂I(yè)是必不可少的環(huán)節(jié)。但是目前的移栽機(jī)械基本不具備在栽植器（一般是“鴨嘴”式）破膜、缽苗定植后再用土壤進(jìn)行“封口”的功能，“封口”的難題一直無法解決。如果移栽機(jī)移栽后再依靠人工進(jìn)行“封口”，就多了一個作業(yè)環(huán)節(jié)，整體的作業(yè)效率和效益就下降了，還不如用人工移栽省時(shí)省工省錢，因此目前壩上地區(qū)的移栽仍然依靠人工完成。移栽過程中無法同步完成“封口”這一細(xì)微環(huán)節(jié)的問題，直接制約和影響了壩上地區(qū)移栽機(jī)械化的整體進(jìn)展和實(shí)現(xiàn)，從而成為阻礙提升全程機(jī)械化水平的關(guān)鍵“斷鏈”環(huán)節(jié)。

因此，本文針對露地結(jié)球葉菜機(jī)械化移栽“封口”問題，提出改變作業(yè)流程，將移栽后無法通過移栽機(jī)解決的地膜“封口”工序難題，前移至起壟工序，并對多種起壟覆膜機(jī)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)探索，使其可搭配移栽機(jī)完成“封口”。

1 “封口”問題的研究探索

針對當(dāng)前機(jī)械化移栽后無法“封口”的問題，研究團(tuán)隊(duì)在張家口壩上做移栽試驗(yàn)時(shí)，偶然中發(fā)現(xiàn)了1個現(xiàn)象，如圖1所示，移栽機(jī)作業(yè)前如果地膜上覆蓋有土壤，移栽后可以實(shí)現(xiàn)“封口”。基于這一發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種新的解決“封口”難題的思路，即將移栽后無法通過移栽機(jī)解決的地膜“封口”工序難題，前移至起壟工序來解決，同時(shí)需要起壟機(jī)在起壟覆膜時(shí)增加膜上覆土的功能，為移栽后提供“封口”用的土壤。

更具體地，為了實(shí)現(xiàn)這一解決思路，在機(jī)械移栽前需要在地膜上為封口提供“覆蓋用的土壤”，該土壤需要由起壟機(jī)將其均勻、定量、穩(wěn)定地覆蓋在移栽機(jī)栽植器的破膜區(qū)域處；在移栽機(jī)的栽植器完成移栽拔出時(shí)，膜上的土壤便由于自然回落、覆土鎮(zhèn)壓輪的擠壓作用填充至地膜的破口處，填補(bǔ)移栽作業(yè)中形成的空隙，形成緊密的封閉，完成“封口”作業(yè)。

然而，該解決方法需要配備合適的起壟覆膜機(jī)，以確保土壤能夠準(zhǔn)確、均勻、定量且穩(wěn)定地覆蓋在要求的區(qū)域內(nèi)，提高移栽后地膜破口的封口效果和合格率。因此，選擇優(yōu)化一款適合的起壟覆膜機(jī)對于解決機(jī)械化移栽“封口”問題至關(guān)重要。

2 膜上覆土的起壟機(jī)研發(fā)

為了解決機(jī)械化移栽過程中的“封口”問題，研發(fā)具有膜上覆土功能的起壟機(jī)成為研究關(guān)鍵的突破點(diǎn)。通過這種起壟機(jī)，可以有效地在膜上覆蓋適量的土壤，確保移栽后缽苗與地膜之間的間隙被土壤覆蓋，實(shí)現(xiàn)良好的封口效果。

本文將對壩上地區(qū)目前正在使用的施肥鋪帶覆膜一體化起壟機(jī)、改制悅田YTLM-60起壟機(jī)以及主動拋土覆蓋式起壟機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)研究。

2.1 施肥鋪帶覆膜一體化起壟機(jī)

壩上地區(qū)目前正在使用的是施肥鋪帶覆膜一體化起壟機(jī)。這款起壟機(jī)的前端并未配備旋耕部件，因此在作業(yè)過程中無法有效地破碎并平整土壤，而只能直接進(jìn)行起壟操作。這導(dǎo)致作業(yè)后的壟面不平整，壟形缺乏規(guī)范性。此外，由于土壤未經(jīng)進(jìn)一步的旋耕疏松，后端滾筒也無法有效地進(jìn)行膜上覆土，僅能發(fā)揮簡單的壓壟作用。因此，這款起壟機(jī)無法滿足膜上連續(xù)覆土的需求。由于該機(jī)具的自身結(jié)構(gòu)存在局限性，無法通過對其進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)膜上連續(xù)覆土的功能。

2.2 悅田YTLM-60型起壟覆膜機(jī)的改進(jìn)

悅田YTLM-60型起壟覆膜機(jī)［13］由旋耕碎土、起壟整形和覆膜壓土三部分組成，可實(shí)現(xiàn)旋耕、起壟、鋪滴灌帶、覆膜一體化作業(yè)。在起壟作業(yè)之前，該機(jī)器會先對土壤進(jìn)行旋耕碎土處理，將土壤松碎整理成適合起壟、種植的質(zhì)地。這樣的起壟前處理方式確保了起壟作業(yè)后形成的壟形規(guī)范、整齊，同時(shí)土壤也得到了充分的松碎和細(xì)化。由于起壟前有旋耕部分將土壤松碎，為膜上均勻覆有細(xì)土提供了可能。

2.2.1 增加導(dǎo)土槽

改進(jìn)方案：在悅田YTLM-60型起壟機(jī)擋土罩上增加導(dǎo)土槽，依靠前置的旋耕碎土部分拋土至擋土罩處，通過導(dǎo)土槽為膜上的移栽區(qū)域連續(xù)覆土。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，導(dǎo)土槽并不能連續(xù)導(dǎo)流出土壤，另外導(dǎo)土槽的添加還對地膜的鋪設(shè)產(chǎn)生了干涉，會導(dǎo)致無法轉(zhuǎn)動易被撕斷。分析原因后認(rèn)為，由于旋耕刀為正轉(zhuǎn)，且旋耕刀片部分與土壤的接觸面積有限，無法拋出足夠的土壤量通過導(dǎo)土槽均勻連續(xù)的覆蓋在膜上。因此，該改進(jìn)方案并沒有達(dá)到預(yù)期作業(yè)效果。

2.2.2 加大覆土球面圓盤直徑

改進(jìn)方案：將悅田YTLM-60型起壟機(jī)原有覆土球面圓盤的直徑增大，以加大覆土量、擴(kuò)大旋拋土壤的覆蓋面積。起壟試驗(yàn)效果如圖2所示，移栽機(jī)作業(yè)后封口試驗(yàn)效果如圖3所示。

該方案初步實(shí)現(xiàn)了“加大覆土量、擴(kuò)大土壤覆蓋面積”的目標(biāo)。移栽試驗(yàn)表明，膜上移栽位置覆土能夠解決移栽后的“封口”問題。但實(shí)測數(shù)據(jù)顯示，此方案下移栽苗穴的“封口”合格率僅為60%～70%。產(chǎn)生此現(xiàn)象是由于機(jī)具上沒有專門的機(jī)構(gòu)進(jìn)行主動式覆土，僅依靠覆土球面圓盤進(jìn)行被動式膜上覆土，膜上覆土量的多少、覆土面積的大小，受拖拉機(jī)行駛速度的影響，不能根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)整。因此，該方案沒有達(dá)到預(yù)期要求。

2.3 主動拋土覆蓋式起壟機(jī)

為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定均勻定量的膜上覆土，需要采用帶有主動式覆土機(jī)構(gòu)的起壟覆膜機(jī)。目前，已有施肥、起壟、鋪帶、覆膜、拋土一體機(jī)在生產(chǎn)中應(yīng)用。相對于傳統(tǒng)的起壟覆膜機(jī)，該機(jī)具在旋耕部分后端設(shè)有主動拋土裝置，可以為膜上移栽位置覆蓋均勻穩(wěn)定定量的土壤。該起壟覆膜機(jī)主要由三個部分組成：旋耕部分、拋土部分和起壟部分。其中，拋土部分由單軸雙側(cè)連接的扇葉結(jié)構(gòu)組成，該結(jié)構(gòu)在作業(yè)過程中，通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動將土壤拋起，使土壤能夠被均勻地拋灑在膜上，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定且定量的膜上覆土。

在作業(yè)時(shí)，機(jī)具被拖拉機(jī)通過三點(diǎn)懸掛牽引行走，動力輸出軸為機(jī)具提供動力，并通過變速箱將動力分別傳輸給旋耕部分和傳動軸。傳動軸再通過v帶將動力傳輸至拋土裝置，確保土壤能夠被拋起并覆蓋在地膜上。具體的作業(yè)過程為：機(jī)具行駛中，旋耕部分會利用其銑切運(yùn)動將土壤松碎，保證土壤的細(xì)碎度。隨后，拋土部分將松碎后的細(xì)土拋起，緊接著，起壟部分起壟覆膜，細(xì)土在落下的過程中覆蓋在地膜上，實(shí)現(xiàn)了膜上覆土的功能。

然而，由于缺乏壓膜輪及覆土輪等裝置，作業(yè)后會導(dǎo)致側(cè)邊地膜不能完全被覆蓋壓住，影響移栽后作物的正常生長。為此，在該機(jī)型后端增加了壓膜輪及覆土圓盤等裝置進(jìn)行改進(jìn)，以解決側(cè)邊地膜不能被覆蓋壓住的問題。同時(shí)，還對起壟寬度、拋土量、拋土均勻性等進(jìn)行了機(jī)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)。

改進(jìn)的主動覆土式起壟機(jī)經(jīng)過了嚴(yán)格的測試和評估，其作業(yè)效果如圖4所示，不僅完全滿足了壩上地區(qū)的農(nóng)藝要求，也達(dá)到了移栽機(jī)預(yù)期的作業(yè)需求。在完成起壟作業(yè)后，壟體表面平整，土壤覆蓋均勻，為后續(xù)的移栽作業(yè)打下了良好的基礎(chǔ)。

為了驗(yàn)證機(jī)械化移栽后地膜“封口”效果，在該起壟機(jī)完成作業(yè)后的壟體上，進(jìn)行了鼎鐸2ZB-2和井關(guān)2ZY-2A兩款移栽機(jī)的移栽作業(yè)，效果如圖5所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明：在該機(jī)具起壟覆膜基礎(chǔ)上進(jìn)行移栽作業(yè)，苗穴的“封口”合格率大于98%，土壤封蓋定植孔嚴(yán)密緊實(shí)，完全滿足了張家口壩上地區(qū)的農(nóng)藝要求。

3 機(jī)栽后膜口土封技術(shù)的應(yīng)用前景

綜上所述，以“機(jī)栽后膜口土封技術(shù)”來定義技術(shù)內(nèi)容。在移栽機(jī)作業(yè)前，利用起壟機(jī)將土壤均勻、定量、穩(wěn)定地覆蓋在膜上移栽區(qū)域，在移栽機(jī)的栽植器完成缽苗移栽后從土壤中拔出時(shí)，膜上土壤依靠自身流動性自然回落，并在移栽機(jī)覆土鎮(zhèn)壓輪的擠壓作用下，充滿破口的空隙并覆蓋嚴(yán)實(shí)苗與膜的接口。

為了探究本技術(shù)的應(yīng)用前景，研究團(tuán)隊(duì)深入到陜西省寶雞市太白縣、內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特和烏蘭察布市等地進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，并與國家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系栽培專家、多地一線農(nóng)技人員進(jìn)行請教、交流后發(fā)現(xiàn)，在我國廣大地區(qū)多種蔬菜種植時(shí)，絕大多數(shù)都要采用膜上移栽的方式，并且為了保溫（春季）、保墑、防草、防熱氣傷苗（夏秋）等，移栽后對破開的地膜口再用土壤進(jìn)行封住，是栽培上的普遍要求。但是，目前市場上還沒有能夠同步完成“封口”作業(yè)的移栽機(jī)，機(jī)械化移栽后必須通過人工完成“封口”作業(yè)。因此，“封口”問題一直制約著我國廣大地區(qū)蔬菜機(jī)械化移栽的發(fā)展和全程機(jī)械化水平的提高。

因此，本研究形成的機(jī)栽后膜口土封技術(shù)，將成為一項(xiàng)可以普遍采用且具有廣泛應(yīng)用價(jià)值和前景的共性技術(shù)，填補(bǔ)該領(lǐng)域的空白。當(dāng)然，也需要根據(jù)不同地區(qū)和蔬菜種類的不同需求，有針對性地對裝備進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。

4 結(jié)論

1） 本文突破固有邏輯限制，打破傳統(tǒng)工藝模式，提出了通過“前后顛倒工序”解決“封口”問題的新方法，即：將移栽后無法通過移栽機(jī)解決的地膜“封口”工序難題，調(diào)整至移栽前通過起壟工序解決。生產(chǎn)試驗(yàn)證明了新方法是可行性的。

2） 通過對三種起壟覆膜機(jī)的篩選、反復(fù)優(yōu)化和改進(jìn)，成功配套了與新方法相適應(yīng)的“簡單、不貴、高效”起壟機(jī)，可實(shí)現(xiàn)膜上均勻、穩(wěn)定、定量的覆土，移栽機(jī)移栽后的苗穴“封口”合格率大于98%。

3） 在補(bǔ)齊了移栽機(jī)械化“斷鏈”之后，按照新的技術(shù)方案和機(jī)具配套方案，基本可以實(shí)現(xiàn)壩上地區(qū)結(jié)球葉菜的全程機(jī)械化作業(yè)。

4） 形成的機(jī)栽后膜口土封技術(shù)，是一項(xiàng)可以普遍采用的共性技術(shù)，補(bǔ)齊了移栽機(jī)械化的“斷鏈”，填補(bǔ)了該領(lǐng)域的技術(shù)空白，可在全國廣大的膜上移栽蔬菜產(chǎn)區(qū)推廣應(yīng)用，有效推動我國蔬菜作業(yè)全程機(jī)械化的發(fā)展。

參 考 文 獻(xiàn)

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