設施栽培宜機化試驗設計及效益分析

劉家濤， 薛 平

（山西省農業機械發展中心，山西 太原 030000）

0 引言

設施蔬菜集約化經營盈利水平及機械化水平低是制約設施農業發展的主要瓶頸之一[1]。近年來，山西省農機部門以全面推進鄉村振興戰略為總抓手，圍繞蔬菜生產關鍵環節和全程機械化，積極推進了蔬菜生產機械化技術示范推廣工作。據山西省統計年鑒，2020 年全省蔬菜種植面積18.4 萬hm2，產量827.8 萬t。其中，大田蔬菜面積近13.33 萬hm2、設施農業面積5.09 萬hm2。在設施農業（以蔬菜栽培為主）中，連棟溫室面積0.024 萬hm2，日光溫室面積2.73 萬hm2，塑料大棚面積2.33 萬hm2。2020 年全省設施農業機械化綜合水平37.2%，其中，耕整地機械化水平87.6%，種植機械化水平20.1%，采運機械化水平0.95%，灌溉施肥機械化水平51.7%，環境調控機械化水平35.4%[2]。設施農業機械化水平高低較大程度上決定了產業的發展規模和質量[3-5]。由于溫室類型標準化程度低，嚴重制約設施農業機械化程度的提高[6]。2020 年以來，山西省農業機械發展中心對全省設施面積較大的地區開展全方位調研，收集了設施面積、設施類型和機械化程度等相關數據。結果顯示，全省溫室大棚多以東西向居多，棚內種植壟向以南北向居多，南北壟向最長壟長不足20 m，使用機械作業效率低，嚴重制約機械化水平的提高。2022 年，山西省農業機械發展中心攜手中國農業大學根據調研情況精心設計、反復論證，針對山西設施農業現有條件制定了宜機化對比試驗驗證方案，并根據試驗方案在山西省祁縣、新絳縣等地項目示范點開展設施番茄東西壟向栽培技術，綜合考慮設施、農機、農藝多方面因素，在耕整地、起壟、直播/移栽等環節引進適合當地設施作業的機械設備，對比應用機械設備與人工操作各個環節時間成本，并研究不同壟頂寬度、壟溝寬度、行距（大、小行距）和株距對番茄產量的影響。

1 試驗設計方案

1.1 以祁縣為例

在祁縣東觀鎮榆林村山西眾豐盛達農業有限公司建立設施農業機械化示范區1 個，主要種植蔬菜品種為番茄、黃瓜、茄子，示范推廣設施農業全程機械化技術，示范面積3.33 hm2，輻射帶動技術應用面積達到20 hm2。

在東觀鎮榆林村建立設施農業機械化示范區1 個，示范面積3.33 hm2。重點圍繞示范耕整、播種、灌溉施肥、搬運、植保、環境調控和連作障礙處理等機械化生產環節，示范推廣國內先進適用的設施農業專用技術裝備，全面提高示范區機械化水平。

1.2 技術路線

整地（深翻機）→起壟（自走式起壟覆膜機）→移栽（乘坐式雙行蔬菜移栽機）→灌溉施肥（小型灌溉施肥機、自走式動力有機肥撒肥車）→植保（室內打藥系統）→采摘運輸（采運車）→連作障礙處理（土壤電滅蟲機）。

如圖1 和圖2 所示，溫室栽培區東西兩側附近預留1.5～2.0 m 寬度作為起壟機、移栽機等機具調頭空間。

圖1 祁縣棚內東西壟向番茄栽培設計Fig.1 Design of tomato cultivation in Qixian County

圖2 祁縣棚內東西壟向番茄栽培局部Fig.2 Local diagram of tomato cultivation in Qixian County

溫室內布置11 條東西長壟（立柱附近種植壟需要人工起壟）；壟內作物東西株距0.35 m；南北壟距0.40 m。

溫室內番茄栽培密度約36 630 株/hm2（溫室長90 m，寬20 m）。

1.3 裝備配置

根據試驗方案，為完成部分環節的機械化作業要求，配置機械裝備，部分裝備為試驗區自有設備，使用設備清單如表1 所示。

表1 祁縣東觀鎮項目示范區設施番茄東西壟向栽培機械化作業裝備型號及數量Tab.1 Model and quantity of mechanized operation equipment for east-west ridge cultivation of protected tomato in demonstration area of Dongguan Town

1.4 田間管理

在定植后，澆足定植水的基礎上，緩苗期和緩苗后要控制澆水，直到第1 穗花開花前都不要輕易澆水，以防落花、防止旺長，干旱時也要少澆水，以促進開花、坐果，防止落花。

在第1 穗果期之前進行第1 次澆水灌溉，在蹲苗過程中，保證番茄苗根部已經徹底深扎土壤中。在第3 序果的花蕾剛剛開花之前，都不得進行灌溉澆水。

苗蔓期，開花前視苗情及葉色進行施肥，一般采用水肥提苗。土施平衡型復合肥600 kg/hm2+尿素75 kg/hm2。

花果期，頭花定果后，追施壯果肥，追施磷、鉀肥及鈣肥，促進植株生長和果實品質。進入盛果期后，10～15 d 澆1 次水肥。

在花期、盛果期及生長后期加強葉面追肥，噴施硼源庫、磷鉀源庫、紅庫等，以起到改善品質、提高產量的作用。

疏花疏果，由于番茄品種分枝多、花量大、掛果多，幾乎每個節間都有花穗，應疏去過多的花果。每株保留生長健壯的花穗4～5 枝，每穗保留生長均勻、無病蟲、無創傷和果蒂健壯的果實5～6 個。植株生長進入中后期，還會從各個結果枝上繼續分枝結果，應去弱留強，加強管理，以利于提高產量和品質。

在果實轉色期，減少澆水，這個時期如果澆水過多，非常容易造成果實開裂。嚴禁大水漫灌，最好選用滴灌或微噴，而且要采取少量多次的辦法，如根據秧苗長勢和土壤狀況由10～15 d 澆水1 次，改為3 d澆1 次，每次的澆水量也降為原來的1/3。禁止在中午高溫時段澆水[7-10]。

2 效益分析

2.1 人工對比

從土壤深翻開始，記錄每個作業環節的用時用工情況，并進行統計分析。機械化作業在一定程度上可以減少人工用時量，降低勞動強度，提高生產效率。現把種植關鍵環節人工作業與機械作業進行全方位對比分析。

2.1.1 耕整地環節

耕整地環節均使用大棚王輪式拖拉機進行作業（間隔3 年使用深翻機進行一次深翻作業），作業模式不變，用時、用人基本不變；其余環節工時數據如表2 所示。

表2 大棚番茄東西壟向（長壟）機械化生產與南北壟向（短壟）人工作業生產工時對比Tab.2 Comparison of man-hour in mechanized production of tomato in east-west ridge （long ridge） and in north-south ridge（short ridge）of greenhouse

2.1.2 起壟環節

采用悅田YT10-A100 型自走式起壟覆膜機起壟覆膜。作業時2 人進行，一人負責起壟機操作，一人負責起壟過程的輔助性工作，單壟長度54 m，3 次測試起壟時間為7.00、7.17 和6.90 min；取平均值7 min，根據起壟寬度、壟溝寬度，扣除棚內四側機具掉頭作業面積，機械起壟時間705 min/hm2，加機具調整及轉向時間機械起壟時間按15 h/hm2計算，作業人員2 人，折合30 人/（h·hm2）。

在另一個棚內進行人工起壟用時測算，棚內長120 m、寬20 m，面積2 400 m2，約0.24 hm2，15 人同時作業，按照起壟機起壟同樣參數進行，完成起壟用時4.5 h，折合281.25 人/（h·hm2）。通過對比計算起壟作業環節，機械作業的工作效率是人工作業的9 倍左右。

2.1.3 移栽環節

移栽環節采用鼎鐸2ZB-2B 型移栽機，長54 m 單壟移栽用時8 min（含苗盤裝載），需要2 人配合作業，折合27.3 人/（h·hm2）。人工作業，長54 m 單壟移栽作業一個人用時47 min，折合79.8 人/（h·hm2）。移栽作業環節，移栽機作業效率約為人工作業的3 倍左右。

2.1.4 灌溉環節

傳統灌溉采用大水漫灌模式，2 人作業，通過計量用時約22.5 h/hm2，折合45 人/（h·hm2）；采用滴灌模式后， 1 人完成作業，用時約15 h/hm2，折合15 人/（h·hm2）。

2.1.5 運輸作業環節

由于南北壟向栽培時，運輸車僅能在壟頭停放，采摘的番茄需要人工搬運到南北壟向的壟頭，在東西壟向栽培時，由于采用了寬壟溝設計，運輸車可以停在采摘植株下，采摘的番茄可以直接放到運輸車上，運輸環節節省了采摘工作人工搬用的時間，并且可以減少勞動強度。

2.2 產量對比

在大棚內種植的番茄產量一般取決于自身的管理水平、栽培方式、栽培品種等因素，試驗采用本地大果品種，南北壟向種植產量與東西壟向種植產量相當，南北壟向栽培較東西壟向栽培生長期較長。從產量分布來看，傳統南北壟向種植，由于壟向北頭光線不足，與壟向南頭相比，一定程度上，產量偏低。在東西壟向種植時，也存在同樣問題，靠北側的壟產量較南側偏低。通過番茄生產期6 次番茄集中采摘稱質量，總體上，南北壟向與東西壟向栽培番茄產量相當。

3 結束語

較傳統大棚南北壟向番茄栽培方式，東西壟向栽培更宜實現機械化，通過對大棚番茄栽培過程中深耕、起壟覆膜、移栽、灌溉和運輸等幾個關鍵環節的人工機械作業對比，大棚東西壟向番茄栽培機械化能有效提高機械化率，減少人工投入，并且機械化起壟和滴灌技術的應用能夠保持土壤水分，節約用水，并可以根據番茄生長期水分需求精細化實施灌溉，避免大水漫灌，番茄植株較傳統模式栽培更壯、葉片更大、莖稈更粗壯。通過對生長期集中采摘期茄果稱重，東西壟向產量不低于南北壟向栽培的產量，由于疫情影響，在試驗過程中，未對植株的生長情況做詳盡記錄，下一步試驗將對番茄移栽后的不同生長期做詳細記錄，并優化起壟高度、壟溝寬度、定植密度等參數，精細化水肥管理，形成北方地區大棚東西壟向機械化栽培茄果類蔬菜的可行性技術模式，不斷提高設施農業的機械化水平。