淺析設(shè)施蔬菜全程機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用

摘要：設(shè)施蔬菜生產(chǎn)全程機(jī)械化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要體現(xiàn)。本文通過(guò)分析種子處理、育苗管理、施肥作業(yè)、土地整理、機(jī)械收獲等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的機(jī)械化，總結(jié)出這種生產(chǎn)方式可以顯著提高勞動(dòng)效率，降低體力消耗，保證產(chǎn)量和質(zhì)量。這為標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；a(chǎn)創(chuàng)造條件，是發(fā)展的必然趨勢(shì)。本研究可為相關(guān)政策制定和技術(shù)推廣提供參考依據(jù)，助推我國(guó)設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：設(shè)施蔬菜；全程機(jī)械化；生產(chǎn)技術(shù)

設(shè)施蔬菜全程機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)是指在設(shè)施蔬菜種植過(guò)程中，利用各種機(jī)械設(shè)備和自動(dòng)化技術(shù)，從種植準(zhǔn)備、播種、管理到收獲等全過(guò)程實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)的技術(shù)系統(tǒng)。這種技術(shù)應(yīng)用能夠提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、減小勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)于推動(dòng)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)方式現(xiàn)代化和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 種子處理與播種

應(yīng)用全程機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)，可以建立自動(dòng)化的種子處理系統(tǒng)，對(duì)蔬菜種子進(jìn)行全面系統(tǒng)地處理，確保種子具有高度活力和健康程度。與傳統(tǒng)人工處理相比，機(jī)械化種子處理系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、效率高、種子質(zhì)量更有保障等優(yōu)勢(shì)。通過(guò)先進(jìn)的清洗設(shè)備對(duì)種子進(jìn)行清理，去除各種雜質(zhì)和殘留物，保證種子的清潔衛(wèi)生。接著利用專業(yè)的浸種設(shè)備，對(duì)種子進(jìn)行精準(zhǔn)控制的浸種處理，促進(jìn)種子吸收足夠的水分，為后續(xù)萌發(fā)打好基礎(chǔ)。然后采用高效的消毒設(shè)備，對(duì)種子進(jìn)行嚴(yán)格的消毒殺菌，有效預(yù)防各種病蟲害危害。

在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中引入機(jī)械化種子處理系統(tǒng)，可以有效提升種子處理效率和質(zhì)量。以色列Agricom公司開(kāi)發(fā)的蔬菜種子清洗消毒生產(chǎn)線，集成了高效篩選、去雜、清洗、烘干等功能，出品率達(dá)98%以上，處理效率是人工的數(shù)倍。荷蘭Incotec公司的糖衣包衣技術(shù)可提高蔬菜種子發(fā)芽率8%～12%，抗病蟲害能力提高20%以上，現(xiàn)已應(yīng)用于番茄、辣椒等設(shè)施蔬菜生產(chǎn)[1]。

在機(jī)械化播種方面，德國(guó)Kverneland公司的Accord精量播種機(jī)廣泛應(yīng)用于設(shè)施蔬菜生產(chǎn)，播種精度達(dá)95%以上，有效降低了種子用量[2]。浙江大學(xué)研發(fā)的氣吸式蔬菜播種機(jī)，對(duì)油菜、番茄等6種蔬菜種子的適應(yīng)性達(dá)90%以上，播種效率是人工的4倍[3]。與傳統(tǒng)人工播種相比，機(jī)械化播種在精度、效率等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)播種作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大，且易出現(xiàn)漏播、重播等問(wèn)題，導(dǎo)致種子用量偏高，出苗不整齊。而機(jī)械化播種可顯著降低勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)精確定量、定距、定深播種，有效節(jié)約種子用量，實(shí)現(xiàn)均勻出苗，為蔬菜的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)提供了有力保障。此外，部分先進(jìn)的蔬菜播種機(jī)還集成了播種穴成型、覆土鎮(zhèn)壓、噴水等功能，可實(shí)現(xiàn)播種作業(yè)全程機(jī)械化，減少工序銜接環(huán)節(jié)，進(jìn)一步提升了播種作業(yè)效率和質(zhì)量。這些先進(jìn)的種子處理和機(jī)械化播種技術(shù)在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中的應(yīng)用，大幅節(jié)約了人工投入，提高了種子質(zhì)量和播種精度，為后續(xù)高質(zhì)高效栽培奠定了基礎(chǔ)。

2 苗期管理

苗期是設(shè)施蔬菜生長(zhǎng)周期中最為關(guān)鍵而又脆弱的階段，直接關(guān)系到后期作物的生長(zhǎng)發(fā)育狀況和最終產(chǎn)量。應(yīng)用全程機(jī)械化技術(shù)，可以建立自動(dòng)化的溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度等環(huán)境因素進(jìn)行精準(zhǔn)控制，模擬最適宜的生育條件，為幼苗的快速健壯生長(zhǎng)提供理想環(huán)境。該系統(tǒng)配備了先進(jìn)的LED光照控制裝置，光合有效輻射（PAR）量可達(dá)1 000 μmol/m2/s，光譜組成可根據(jù)植物不同生長(zhǎng)階段需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，紅藍(lán)比例可在1～10之間動(dòng)態(tài)調(diào)控，光照周期精確到分鐘級(jí)[4]。同時(shí)，溫室內(nèi)安裝有高精度的溫濕度傳感器和控制系統(tǒng)，溫度控制精度達(dá)到±0.5 ℃，濕度控制精度達(dá)到±3%RH，可根據(jù)設(shè)定范圍自動(dòng)調(diào)節(jié)空調(diào)、通風(fēng)、加濕等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)全天候恒溫恒濕[5]。二氧化碳濃度監(jiān)測(cè)采用非散射紅外（NDIR）原理，測(cè)量范圍0～3 000 ppm，配合二氧化碳發(fā)生器，可將環(huán)境控制在800～1 200 ppm的理想水平，顯著提升作物光合效率[6]。在水分和營(yíng)養(yǎng)供給方面，系統(tǒng)采用精量型壓力補(bǔ)償式滴灌設(shè)備，流量控制精度達(dá)到±2%，配合多通道營(yíng)養(yǎng)液配方施肥機(jī)，可實(shí)現(xiàn)20種以上營(yíng)養(yǎng)元素的定量配比，EC值控制在1.5～2.5 dS/m，pH值控制在5.5～6.5，營(yíng)養(yǎng)液管理實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化[7]。

3 機(jī)械施肥

在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中，施肥是保證作物正常生長(zhǎng)和獲得高產(chǎn)高質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。運(yùn)用全程機(jī)械化技術(shù)，建立自動(dòng)化或機(jī)器人施肥系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)肥料的精確配置和投放，大幅提高施肥效率和精度。這個(gè)先進(jìn)的施肥系統(tǒng)包含了原料存儲(chǔ)、配料、輸送、分散等多個(gè)智能化環(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)過(guò)程實(shí)行自動(dòng)監(jiān)控和量化控制。首先，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)不同蔬菜品種的營(yíng)養(yǎng)需求特點(diǎn)，結(jié)合生長(zhǎng)期的變化，計(jì)算出各種無(wú)機(jī)鹽類和有機(jī)肥的最佳配比，自動(dòng)配置出最優(yōu)化的復(fù)合肥料。

施肥系統(tǒng)的核心是基于多源信息的數(shù)據(jù)決策與控制模型。該模型會(huì)綜合分析土壤檢測(cè)結(jié)果、圖像監(jiān)測(cè)的植株生長(zhǎng)狀態(tài)、環(huán)境條件等多方面數(shù)據(jù)，對(duì)不同生長(zhǎng)階段的營(yíng)養(yǎng)需求進(jìn)行精準(zhǔn)評(píng)估，計(jì)算出最優(yōu)施肥方案，確保肥料的品種、數(shù)量和時(shí)間節(jié)點(diǎn)的適宜性。一旦配置完畢，施肥機(jī)構(gòu)就會(huì)將肥料以高度均勻的方式施入土壤預(yù)設(shè)深度，或者通過(guò)精密控制的灌溉系統(tǒng)，將營(yíng)養(yǎng)液直接精準(zhǔn)輸送至根系區(qū)域。整個(gè)過(guò)程自動(dòng)化程度極高，能夠避免傳統(tǒng)人工施肥時(shí)的粗放投放造成的浪費(fèi)。

4 機(jī)械整地與壟作

科學(xué)合理的整地與壟作是保證設(shè)施蔬菜獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的重要基礎(chǔ)。采用自動(dòng)化或機(jī)器人化的機(jī)械整地壟作系統(tǒng)，可以極大提高作業(yè)效率，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化操作，為后續(xù)管理奠定良好基礎(chǔ)。以番茄生產(chǎn)為例，在完成基本的土壤整理和熟化后，即可啟動(dòng)自動(dòng)壟作機(jī)械進(jìn)行壟畦制作。該系統(tǒng)集成了先進(jìn)的測(cè)量定位、機(jī)械手操作和控制執(zhí)行單元，通過(guò)終端編程即可輸入目標(biāo)壟畦的規(guī)格參數(shù)，如壟畦高度、壟溝寬度、壟行間距等，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)標(biāo)定整個(gè)大棚區(qū)域的坐標(biāo)原點(diǎn)，并根據(jù)輸入的參數(shù)計(jì)算出最佳作業(yè)路徑[8]。

隨后，壟作機(jī)器人按照預(yù)設(shè)的路徑自動(dòng)開(kāi)展起壟畦制作作業(yè)。其配備的高精度機(jī)械手會(huì)有序高效地將土壤分隔成均勻的壟畦排列，覆蓋整個(gè)大棚區(qū)域，無(wú)需人工參與。整個(gè)壟作過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，壟畦形態(tài)規(guī)范工整，為后期的整株管理、灌溉施肥等奠定了良好基礎(chǔ)。該系統(tǒng)的一大優(yōu)勢(shì)在于高度的靈活性和可調(diào)節(jié)性。如果需要調(diào)整番茄大棚的壟畦組合方式，如增減壟畦數(shù)、改變行距等，只需在終端修改相應(yīng)參數(shù)，重新設(shè)定編程即可。

5 機(jī)械收獲

收獲是設(shè)施蔬菜生產(chǎn)的最后關(guān)鍵環(huán)節(jié)，采用自動(dòng)化收獲系統(tǒng)，可以極大提高收獲效率和質(zhì)量。這套系統(tǒng)集成了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從收獲期識(shí)別、切割采摘、傳輸分級(jí)到清洗包裝的全過(guò)程自動(dòng)化。第一步是判斷最佳收獲期。系統(tǒng)利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)和圖像識(shí)別算法，對(duì)每株蔬菜進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描分析，結(jié)合生長(zhǎng)模型數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)判斷其是否達(dá)到收獲標(biāo)準(zhǔn)。一旦確認(rèn)可收獲，系統(tǒng)即自動(dòng)切換至收獲模式。隨后，針對(duì)不同蔬菜品種的形態(tài)特點(diǎn)，配備了多功能機(jī)械手完成采摘作業(yè)。這些機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模擬人工操作，配有并聯(lián)剪刀等專用切割裝置，能夠快速精準(zhǔn)完成切割和抓取動(dòng)作。以番茄收獲為例，機(jī)械手上的并聯(lián)剪刀可同時(shí)多點(diǎn)切割，大幅縮短單株收獲時(shí)間。蔬菜經(jīng)采摘后，需要通過(guò)傳送裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。這些裝置的轉(zhuǎn)速和間距參數(shù)經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)和控制，可以實(shí)現(xiàn)整體輕柔平穩(wěn)地傳送和堆積，避免產(chǎn)品損傷。接下來(lái)是分級(jí)環(huán)節(jié)，系統(tǒng)會(huì)持續(xù)掃描蔬菜圖像，基于大小重量等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整分級(jí)通道，將不同等級(jí)的產(chǎn)品精準(zhǔn)分揀導(dǎo)流，可將青、紅、熟三級(jí)果實(shí)分別導(dǎo)入不同通道。最后是清洗包裝環(huán)節(jié)。針對(duì)番茄等表面柔嫩的蔬菜，采用低壓氣墊清洗結(jié)構(gòu)，可去除污漬和表面水分，實(shí)現(xiàn)輕柔包裝。整個(gè)過(guò)程自動(dòng)化程度極高，大幅減少了人工勞動(dòng)強(qiáng)度。

6 智能灌溉系統(tǒng)

在設(shè)施蔬菜全程機(jī)械化生產(chǎn)中，智能灌溉系統(tǒng)通過(guò)整合土壤濕度傳感器、氣象站數(shù)據(jù)和作物生長(zhǎng)模型，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)化、自動(dòng)化的灌溉管理。首先，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)不同蔬菜品種的需水特性，建立相應(yīng)的灌溉模型。這些模型考慮了作物在不同生長(zhǎng)階段的需水量、土壤水分狀況、蒸發(fā)量等多個(gè)因素。例如，對(duì)于葉菜類蔬菜如生菜和菠菜，系統(tǒng)會(huì)更注重保持土壤表層濕潤(rùn)，采用頻繁但淺層的灌溉策略：而對(duì)于果菜類蔬菜如番茄和黃瓜，則會(huì)根據(jù)其深根系特點(diǎn)，調(diào)整灌溉深度和頻率，采用少次數(shù)但大水量的灌溉方式，以促進(jìn)根系向下生長(zhǎng)。

智能灌溉系統(tǒng)的核心是一套復(fù)雜的決策支持系統(tǒng)。它通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤含水量、空氣濕度、溫度等環(huán)境參數(shù)，結(jié)合作物生長(zhǎng)模型，動(dòng)態(tài)計(jì)算出最佳灌溉時(shí)間和用水量。例如，在番茄生產(chǎn)中，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)果實(shí)膨大期的需水特點(diǎn)，適當(dāng)增加灌溉頻次和單次灌水量。而在采收期，則會(huì)根據(jù)果實(shí)品質(zhì)要求，適當(dāng)控制灌溉量，以提高果實(shí)糖度。這種精準(zhǔn)控制不僅確保了作物在各個(gè)生長(zhǎng)階段獲得適量水分，還能有效預(yù)防因缺水或過(guò)度灌溉導(dǎo)致的生理障礙。在黃瓜種植過(guò)程中，開(kāi)花結(jié)果期，系統(tǒng)會(huì)采用交替干濕灌溉策略，既保證產(chǎn)量，又能提高果實(shí)品質(zhì)。

7 病蟲害智能監(jiān)測(cè)與防控

在蔬菜生產(chǎn)中，病蟲害防控一直是一個(gè)重要而復(fù)雜的問(wèn)題。全程機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用，為此提供了創(chuàng)新性的解決方案。智能病蟲害監(jiān)測(cè)與防控系統(tǒng)通過(guò)整合多種先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)病蟲害的早期預(yù)警和精準(zhǔn)防治。系統(tǒng)的核心是一套基于機(jī)器視覺(jué)和深度學(xué)習(xí)的圖像識(shí)別技術(shù)。高清攝像頭會(huì)定期對(duì)植株進(jìn)行掃描，捕捉葉片、莖稈、果實(shí)等部位的微小變化。這些圖像數(shù)據(jù)會(huì)被輸入到預(yù)先訓(xùn)練好的深度學(xué)習(xí)模型中進(jìn)行分析。模型能夠識(shí)別出早期病癥，如葉片的輕微變色、不規(guī)則斑點(diǎn)等，甚至可以檢測(cè)出肉眼難以察覺(jué)的微小病斑。

同時(shí)，智能溫室系統(tǒng)集成了多種先進(jìn)傳感器，包括溫濕度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度、土壤濕度和pH值以及葉面濕度傳感器等，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大棚環(huán)境的全面監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)利用大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，將實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)、作物生長(zhǎng)模型和病蟲害發(fā)生規(guī)律相結(jié)合，進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)測(cè)分析。例如，當(dāng)檢測(cè)到濕度持續(xù)偏高時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出灰霉病高發(fā)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警；溫濕度組合達(dá)到特定閾值可能觸發(fā)白粉病預(yù)警；CO2濃度異常升高則可能預(yù)示害蟲大量繁殖。一旦檢測(cè)到病蟲害，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)類型、位置和嚴(yán)重程度，啟動(dòng)精準(zhǔn)防控程序。對(duì)于局部發(fā)生的病蟲害，自動(dòng)噴藥機(jī)器人會(huì)精確定位受影響區(qū)域進(jìn)行定點(diǎn)施藥，既確保防控效果，又減少農(nóng)藥使用量，降低環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。此外，系統(tǒng)還能根據(jù)預(yù)警信息自動(dòng)調(diào)節(jié)大棚環(huán)境參數(shù)，如控制通風(fēng)系統(tǒng)降低濕度，調(diào)整補(bǔ)光設(shè)備優(yōu)化光照條件，從而創(chuàng)造不利于病蟲害滋生的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)病蟲害的智能化預(yù)防和精準(zhǔn)管理。

8 結(jié)語(yǔ)

全程機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中的應(yīng)用，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了巨大的變革。通過(guò)對(duì)全程機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)在種子處理與播種、苗期管理、機(jī)械施肥、機(jī)械整地與壟作、機(jī)械收獲智能灌溉系統(tǒng)、病蟲害智能監(jiān)測(cè)與防控等方面的應(yīng)用進(jìn)行分析，我們可以看到其在提高生產(chǎn)效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、保障生產(chǎn)質(zhì)量等方面的優(yōu)勢(shì)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的推進(jìn)，全程機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中的應(yīng)用前景十分廣闊，將為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)更多的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

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