山西省日光溫室番茄宜機化生產可行性研究

薛 平， 李 明， 王 捷， 劉家濤， 閆運凱

（1.山西省農業機械發展中心，山西 太原 030002； 2.長治學院生命科學系，山西 長治 046000）

0 引言

日光溫室是山西省保障蔬菜冬春供給，調節農業產業結構的重要設施。截至2022 年底，山西省日光溫室總面積4.69 萬hm2，為推動設施農業發展作出了巨大貢獻。日光溫室蔬菜生產屬于勞動密集型產業，受勞動力供給水平影響顯著。隨著山西省經濟發展、農村人口老齡化突出、農業轉移人口市民化進程加快，山西省設施園藝產業也將遭受勞動力不足和用工成本升高的沖擊。《山西省“十四五”設施農業發展規劃》中明確提出，2025 年全省設施農業總面積提升至9.33萬hm2，機械化率達到50%以上。

傳統日光溫室蔬菜一般采用南北壟向，壟間距較小，導致農機裝備難以進入作物壟間進行作業。即使在農機裝備能夠進入壟間作業的條件下，農機裝備需要在壟間循環往復進出，嚴重影響了其作業效率[1]。針對此問題，國內研究人員建議在加大壟間距的基礎上將蔬菜栽培壟向改為與日光溫室走向平行的“東西壟向”，以番茄生產為例，研究結果表明，該模式不僅可以提高機械化水平、節省勞動力，而且番茄產量基本不受影響，部分研究認為東西壟向模式下番茄產量還略有增加[2-7]。

山西省關于日光溫室機械化生產研究起步較晚，上述模式在山西省典型日光溫室中的應用效果還不明確。此外，目前農業機械化的節本增效主要從節約勞動力角度進行評價，但在生產實際中很多裝備應用效果主要體現在降低勞動強度方面，目前還沒有相應的評價指標。而且在實際生產中，經濟效益是決定上述技術模式能否順利推廣應用的關鍵要素。如果前期巨大的農機投資無法帶來顯著的經濟效益，基于東西壟向的日光溫室機械化生產模式將難以被農民接受，并且難以推廣。由于相關研究較少，農民對應用機械化生產模式還抱觀望態度，積極性不高。

針對上述問題，山西省農機發展中心聯合山西省祁縣農機部門開展了相關合作研究，在研究基于東西壟向的日光溫室機械化生產模式對日光溫室番茄生產影響的基礎上，提出以綜合人工消耗量作為農機裝備節省勞動力的綜合指標，并在綜合考慮農機投資、運行成本和勞動力節約的基礎上對宜機化栽培模式的經濟可行性進行分析，全面驗證宜機化栽培模式在山西省日光溫室番茄生產的可行性，為山西省日光溫室機械化水平的提升提供參考。

1 試驗材料與方法

1.1 日光溫室與試驗設計

試驗于2022 年8 月5 日—12 月8 日在山西省晉中市祁縣東觀鎮榆林村設施農業機械化示范區日光溫室（北緯37.36°，東經112.45°）內進行。該溫室為柔性圍護日光溫室，使用保溫被覆蓋后墻替代傳統后墻。溫室坐北朝南，東西長100 m；南北跨度為20 m，脊高7 m，如圖1 所示。

圖1 日光溫室結構及宜機化壟型布置Fig.1 Structure of sunlight greenhouse and suitable mechanized ridge layout

試驗溫室采用壟栽模式種植番茄，番茄品種為1302 紅果。試驗溫室劃分為東西兩部分。其中，溫室東部為對照區，東西長30 m，采用傳統溝畦栽培模式（以下簡稱傳統栽培模式），溝畦為南北方向，溝寬70 cm，深20 cm。該模式下番茄栽培密度為3.3 棵/m2，栽培面積為0.05 hm2。傳統栽培模式下，耕整地、環境調節和施藥環節已經實現機械化，起壟-覆膜-鋪滴灌帶、移栽、灌溉和運輸環節則采用人工作業。

溫室西部為試驗區，東西長70 m，采用宜機化栽培模式。該模式下栽培壟為東西走向。參考宋衛堂等[8]提出的宜機化壟型參數，確定壟高15 cm，壟溝、壟底和壟面寬度分別為80、80 和60 cm，壟上作物行距35 cm、株距40 cm。栽培密度與傳統栽培模式相同，栽培面積為0.12 hm2。該模式下，耕整地、環境調節和施藥環節采用與傳統栽培模式相同的作業方式，在起壟-覆膜-鋪滴灌帶、移栽、灌溉和運輸環節分別配置起壟覆膜機、移栽機、灌溉施肥機和運輸車進行作業。受試驗場地的影響，所購置農機僅在試驗區內應用，未實現規模化作業。

1.2 成本核算

為準確評估未來規模化作業條件下宜機化作業模式的農機購置和使用成本，根據農業農村部農業機械化總站《2022 年設施蔬菜機械化生產先進模式材料匯編》相關案例，假設實際條件下1 臺（套）起壟覆膜機、移栽機和灌溉施肥的適宜作業面積為3.33 hm2，1臺運輸車的適宜作業面積為1.67 hm2，計算上述新購置農機的購置成本和使用成本，如表1 所示[9]。

表1 宜機化栽培模式新增農業機械配置、報廢年限及成本Tab.1 New agricultural machinery in mechanized cultivation mode and its life and cost

1.3 綜合人工消耗量

農機裝備應用效果主要體現在減少勞動時間和降低勞動強度。從節省勞動力的角度，應同時從上述兩方面進行考察。如多功能作業平臺作為采收的輔助裝備，不僅可以縮短勞動時間，還能顯著降低果實運輸的勞動強度。因此，為評估農機作業對勞動強度的降低效果，根據心率增加指數對農業生產活動中的勞動強度等級進行劃分，并定義綜合人工消耗量（Pw,c）為勞動時間（tw，工日）和心率增加指數（h）的乘積，然后據此對設施園藝各環節的勞動量進行分析。

1.4 差額凈現值

根據工程經濟學原理，采用宜機化栽培模式替代傳統栽培模式可看作差額投資項目，其差額凈現值（ΔNPV）可根據式（2）計算。

式中CIm,t、COm,t——第t年宜機化栽培模式下的現金流入和現金流出，元/hm2

CIl,t、COl,t——第t年傳統栽培模式下的現金流入和現金流出，元/hm2

i——基準折現率，根據《建設項目經濟評價方法與參數（第3 版）》，i可取6%

若兩種栽培模式下在產量及農資等方面投入不變，僅在農機投資、運行和勞動力方面有差異，式（2）可改為

式中COlw,t、COmw,t——第t年傳統栽培模式下的勞動力成本，元/hm2，為勞動者作業時間和用工價格的乘積

COmi,t、COmo,t——第t年宜機化栽培模式下的農機投資和運行成本，元/hm2

1.5 測定方法

試驗期間番茄產量采用全部稱質量方式統計，人工消耗量通過實測勞動者勞動時間和機械作業時間測定。上述指標分別換算為公頃產量和公頃人工消耗量用于進一步分析。

2 結果與討論

2.1 不同栽培模式下植株生長指標與產量

在南北栽培條件下，南側植株陰面采光較差，同時還會對北側植株產生遮擋，進而影響作物的正常生長。因此，東西壟向模式下番茄產量從南到北依次降低，但番茄總產量與南北壟向并沒有顯著下降，甚至略有升高[2,7]。李治國等[1]在北京市日光溫室中對比了宜機化和傳統栽培模式下番茄栽培情況，發現在密度相同條件下兩種栽培模式的番茄產量和品質沒有顯著性差異，進一步提高宜機化栽培模式的密度，可將產量提高10%，但果型偏小。楊雨松等[4]研究了沈陽市日光溫室內不同壟向對番茄產量的影響，發現東西壟向基質栽培和土壤栽培番茄的最終收獲產量高于南北壟向。唐佳寧等[6]針對遼寧省北票市日光溫室的研究發現，采用大壟東西壟向栽培的番茄產量高于南北栽培，并且品質有一定程度提升。在本研究中，試驗日光溫室宜機化栽培模式下的番茄產量為131.3 t/hm2，較傳統栽培模式高7%，與上述研究結果相一致。

綜合現有研究和本試驗結果，宜機化栽培模式下番茄產量雖優于傳統栽培模式，但在實際生產中需要進一步完善宜機化栽培管理模式，為保障高產提供支撐。

2.2 機械化水平評價與人工節約分析

根據實際應用情況，宜機化栽培模式使祁縣試驗日光溫室在移栽、植株調整與采收、施藥和運輸等方面實現了機械化。根據農業機械化水平評價方法NY/T 1408.6—2016《農業機械化水平評價第 6 部分：設施農業》，試驗溫室的機械化水平由38.5%上升到73.3%[10]。

由于目前農機裝備的無人化作業程度較低，在作業過程中需要使用人工輔助。試驗日光溫室在宜機化栽培模式和傳統栽培模式下栽培1 茬作物的人工消耗量分別為80.40 和193.50 工日/hm2，如表2 所示。在現有栽培基礎上，采用宜機化栽培模式每茬可節約人工113.1 工日/hm2，節省勞動力成本11 310 元/hm2（當地人工工資為100 元/工日）。

表2 宜機化栽培模式下機械臺班、人工消耗量及人工節省量Tab.2 Consumption of device shift and labor under mechanized cultivation mode and labor saving quantity

2.3 綜合人工消耗量

在宜機化栽培模式下，農機作業需要與勞動人員配合使用。農機的應用主要體現在減少勞動時間和降低勞動強度。如運輸環節，采用運輸機械不僅可提高農資或果實的搬運效率，減少勞動時間，還能顯著降低該過程的勞動強度，使更多體弱勞動者參與生產，為降低勞動力成本奠定了良好基礎。因此，從節省勞動力的角度，應同時從上述兩方面進行考察。

根據走訪調研，日光溫室蔬菜生產過程中的勞動強度可劃分為輕勞動、中等勞動和重勞動，相應心跳增加指數分別為1.15、1.40 和1.70，如表3 所示。在傳統栽培模式和宜機化栽培模式下綜合人工消耗量分別為315.24 和92.46 工日/hm2，則采用宜機化栽培模式可節省綜合人工消耗量70.6%，勞動強度降低明顯，有助于應對農業人口老齡化對設施園藝產業產生的沖擊。

表3 傳統栽培和宜機化栽培模式下工人勞動強度、勞動者心率增加指數和綜合人工消耗量Tab.3 Labor intensity，index of increased heart rate and integrated labor consumption under mechanized and traditional cultivation modes

2.4 經濟可行性

宜機化栽培模式下人工消耗量大幅降低，其人工成本較傳統栽培模式有顯著下降。楊冬艷等[5]對寧夏回族自治區日光溫室早春茬西瓜+秋冬茬番茄機械化生產模式的勞動力成本進行了核算，發現宜機化栽培模式下人工成本較傳統栽培模式節省37 500 元/hm2，人工成本投入減少8.1%。於鋒等[11]研究表明，使用宜機化栽培模式替代傳統設施蔬菜種植模式可使設施韭菜生產節省人工125.25 工日/hm2，減少用工成本7 185元/hm2；設施芹菜生產節省179.25 工日/hm2，減少用工成本13 275 元/hm2；設施茄子、辣椒生產節省94.5 工日/hm2，減少用工成本5 055 元/hm2。但上述研究沒有考慮農機購置和運行對宜機化栽培模式成本的影響。

根據工程經濟學原理，宜機化栽培模式和傳統栽培模式可看作互斥方案，并采用ΔNPV作為評價宜機化栽培模式經濟可行性的指標。首先，根據現有研究及本研究測試結果，宜機化栽培模式下番茄產量優于傳統栽培模式。從保守角度出發，可認為栽培模式不影響農戶的種植收入，兩個方案在現金流入方面沒有差異。其次，從現金流出角度出發，兩種栽培模式下所消耗的肥料等農資基本不變，但宜機化栽培模式增加了農機投資成本和運行成本，節約了一定的勞動力成本。

考慮到新增農機裝備最長報廢年限為10 年，可作為上述互斥方案的壽命期。由于起壟覆膜機、灌溉施肥機和電動運輸車的報廢年限為5 年，宜機化栽培模式需要在項目開始和第5 年購置起壟覆膜機、灌溉施肥機和電動運輸車。移栽機僅需在項目開始時購置即可。綜合以上分析，宜機化栽培模式相較于傳統栽培模式下的農機投資、運行成本及勞動力節約如表4 所示。

表4 項目壽命期內宜機化栽培模式的農機購置、運行成本和勞動力節約Tab.4 Investment and operation cost of agricultural machinery，labor saving under mechanized cultivation mode during project life

根據工程經濟學原理，ΔNPV＞0 則使用宜機化栽培模式替代傳統栽培模式在經濟上可行，ΔNPV越大，其經濟可行性越高。根據式（3），宜機化栽培模式和傳統栽培模式下的差額凈現值為29 281 元/hm2，使用宜機化栽培模式替代傳統栽培模式可行。

為進一步探討農機購置成本和勞動力成本對ΔNPV的影響，研究了農機購置成本和勞動力成本對ΔNPV的敏感性分析，如圖2 所示。

圖2 差額凈現值（ΔNPV）敏感性分析Fig.2 Sensitive analysis of change in net present value （ΔNPV）

根據分析結果，農機購置成本和勞動力成本對差額凈現值有顯著影響。隨著未來農村人口減少和老齡化進程的加速，勞動成本逐年升高，宜機化栽培模式的財務可行性進一步提高。因此，在山西省推廣使用宜機化栽培模式對解決設施園藝產業勞動力不足的問題有非常積極的意義。與此相反，農機購置價格升高會顯著降低宜機化栽培模式的財務可行性。因此，一方面需要對農機進行適當補貼，避免因為農機價格過高而阻礙宜機化栽培模式的推廣；另一方面，還要進行規模化種植，通過合理配置農機數量來降低單位面積農機購置成本保持較低水平，充分發揮農機作業優勢，為推進設施園藝產業機械化水平奠定經濟基礎。

3 結束語

本研究選取山西省祁縣日光溫室對宜機化栽培模式進行驗證和經濟分析，得出以下結論。

（1）在宜機化栽培模式下祁縣日光溫室的機械化水平由38.5%上升到73.3%，節約人工113.10 工日/hm2，節省勞動力成本11 310 元/hm2。

（2）宜機化栽培模式下勞動者綜合人工消耗量下降70.6%，勞動強度也得到了顯著下降。

（3）將宜機化栽培模式和傳統栽培模式作為互斥項目，宜機化栽培模式在產量不變條件下的差額凈現值為29 281 元/hm2，具有較強的經濟可行性。

（4）根據敏感性分析，ΔNPV隨勞動力成本和農機購置成本的升高而分別上升和下降，表明采用宜機化栽培模式有助于提高山西省設施園藝產業機械化水平、應對未來農業人口短缺和勞動力成本升高帶來的挑戰。