国内外设施蔬菜机械化发展现状分析及对策

国内外设施蔬菜机械化发展现状分析及对策

陈勇

黑龙江省农业机械工程科学研究院牡丹江分院   黑龙江省牡丹江市   157000

摘要：随着我国机械化的快速发展，在生产过程中传统农业向现代农业转变步伐加快，设施蔬菜生产代表着现代精细农业的发展方向，其不可替代的优势是，依靠温室、大棚等现代农业设施，能够进行常规或反季节规模化生产，并且在设施创造的最佳环境下实现增产增收增效。本文在总结徐州市发展经验的基础上，谈谈设施蔬菜机械化的现状及发展趋势。

关键词：设施蔬菜；机械化；智能化；信息化

引言

随着我国经济和社会的快速发展，城镇居民对蔬菜的需求日益增长，导致蔬菜市场发生了变化。近年来，蔬菜种植面积年增长，产量大幅度增加，已位居世界第一。我国蔬菜全程机械化程度没有达到高智能水平，整体的农机智能体系不够完善，收获和采后加工环节占据了蔬菜总生产用工量的60%以上，造成生产效率低和成本高等问题。因此，大力发展蔬菜机械化收获技术对于提升蔬菜生产效率至关重要。

1国外设施蔬菜机械化发展现状

1.1美国设施蔬菜机械化发展现状

美国的市场经济发达，设施产业发展处于世界领先水平，实现了产业化、规模化生产。美国的设施蔬菜生产区域呈现集中化、布局专业化和服务社会化的特点，设施蔬菜机械化水平高，从选种、耕整地、播种、收获到运输加工都已实现了机械化作业，农业机器人广泛应用于作业生产过程中，显著增加了工作效率与质量。佛罗里达大学开发了用于人—机器人协作的随机优化模型，使用风险规避框架来确定最优的服务策略，最小化经济损失的风险。美国某公司研制的自动机器人执行多种农业功能，通过机器学习模型、计算机视觉和高精度机械工具，干净地采摘杂草，同时消除有害的化学物质输入。

美国有发达的设施栽培技术，综合环境技术水平高，设施向连栋化方向发展。美国设施蔬菜机械趋向多功能化、智能化发展，可选用的机具种类多，机具质量稳定可靠，使用寿命长，标准化、系列化、通用化程度高，售后服务便利。作业机械通过与物联网、计算机技术结合，对设施的空气浓度、温度、湿度、水分等进行实时检测与监控，并与大数据相耦合，实现了自动化调控，极大地提高了生产效率，在保证产量的同时还提高了品质，有效增加了设施蔬菜的经济效应，纳米材料在作物加工设备上得到应用，太阳能作物烘干机、作物剥皮和打包机械上都有纳米材料的应用。

1.2日、韩设施蔬菜机械化发展现状

分别针对小型茎叶收获机进行了相应的设计和研制，并积极开展了收割方式的研究。日本为了确保菠菜的收割效率，使用了振动铲根的方式来实现菠菜根部和土壤的分离。以菠菜收获机械为对象，对其根系铲体结构进行优化，研究根系铲体的入土角度，建立根系铲体在土壤中运动轨迹的数学模型，利用离散元技术对其进行模拟验证，获得根系铲体最佳入土角度。意大利一家公司开发了一种适用于收获菠菜和油菜之类的叶菜自动移动式蔬菜收割机。该模型能够根据预先设定的路线进行自动导航，从而达到无人驾驶的目的。此外，该机还配置了一套可自动调节割台高度的装置，可以根据需要实时监测蔬菜长势，调节割台距垄面的距离。为了提高收割机对芦笋的收获效率，通过柔性拨禾轮的研究，实现了芦笋茎秆至切割点，把切断的茎秆送到输送机上。

2国内设施蔬菜机械化发展现状

2.1设施蔬菜耕整地机械化发展

蔬菜是典型的精耕细作生产方式，主要包括土地耕整、直播、育苗、移栽、田间管理和收获等生产环节。在蔬菜生产过程中，耕整地、开沟起垄、覆膜等已基本实现了机械化作业，极大地减少了人工强度。但我国对于设施蔬菜专用机械研究起步较晚，用于设施蔬菜作业的耕整地机械大多用大田机械替代，或者将大田作业机具经过简单的改装来进行耕整地作业。我国研发的几种耕整地机械，由于微耕机尺寸较小，适用于温室机械作业，但目前研制的微耕机自动化程度不够，不能实现一机多用，造成人力物力资源浪费。未来应加强关于设施蔬菜耕整地机械小型化、轻量化及智能化的研究，加强以电力等清洁能源为动力的作业机械的研发，减少污染，缓解资源短缺。与此同时，结合不同种类设施蔬菜对于土地耕作要求不同，将农机农艺相结合，增加作业机械的种类，满足不同作物对于不同作业要求的需求，提高作业机械的耕作质量与效率。

2.2设施蔬菜播种机械化发展现状

在蔬菜种子播种机械方面，按照大棚蔬菜播种机的动力源可以分为人力手扶式播种机、汽油机动力播种机以及电动播种机３种类型。但目前设施蔬菜播种机械种类较少，可选用机型不多，进行不同类型作物种子播种时，需要更换排种器，机器通用性较低，增加了作业时间、成本花费与劳动强度。未来应加强自动化技术在播种机器上的应用，加强研发适用于日光温室的播种机械开发，设计智能监控系统功能模块等实现精密播种，提高设施蔬菜播种机的智能化水平，减少人工强度，提高播种效率。

2.3设施蔬菜收获机械化发展现状

按照收取蔬菜部位不同，可分为根菜类收获机、果菜类收获机、叶菜类收获机等类型。由于蔬菜的果实、枝叶相对脆弱，因此在研究设施蔬菜收获机械时，应先考虑蔬菜的几何形状、物理特性，尽可能减少采摘过程中对蔬菜的损伤，保证蔬菜的产量与品质。目前，我国设施蔬菜的采收大多采用人工进行，损伤率较低，但人工作业强度大、耗时长、成本高。虽然我国展开了设施蔬菜收获机械的相关研究，但研发的作业机械成熟度不够，关键技术尚未解决，存在工作效率低、蔬菜损伤率大等问题，目前运用于实际生产中的不多。相较于欧美等发达国家，设施蔬菜收获机械的发展还处于比较落后的地位。我们应该针对设施蔬菜的物理特性，研发适宜生产的蔬菜收获机，同时加强采摘机器人和新能源动力设施蔬菜收获机的研究，借助机器视觉、传感器等自动化技术实现设施蔬菜收获机械智能化发展，提高蔬菜采摘的质量与效率，减少人工作业强度。

3设施蔬菜机械化发展对策

3.1加强自主创新意识，推进科技创新，因地制宜

我国地域辽阔，自然环境存在明显的差异，我们应因地制宜，推广标准化温室设施，北方以节能日光温室为主、南方以塑料大棚为主。研究适宜的设施机械，重点解决设施蔬菜栽培、收获、运输及后加工等环节机械化程度低的问题，增加自主创新能力，研发适合我国设施蔬菜生产的机具。树立和落实新的发展理念，在设施蔬菜机械化发展过程中，加大对基础设施与关键技术装备的研发的投入，加快无人驾驶、图像识别、柔性夹持等技术在设施蔬菜生产过程中的应用，降低劳动强度，减少作业损失。

3.2推进生产作业机械化、智能化，加快新材料以及农业机器人新技术的应用

　目前，我国设施农业规模不断扩大，但总体来说，机械化水平仍旧低下。各地应该充分吸收国内外先进的技术成果与经验，形成自己的品牌效应，让更多的“寿光”模式出现。加大创新投入力度，突破作业产前、产中及产后关键环节装备短缺的短板，推动设施设备与温室结构集成配套，加强生产作业各环节设备之间的协调配套。让机具工作稳定可靠，增强生产效率。推动信息化和机械化融合，结合物联网、新材料、计算机、大数据等先进技术，实现设施蔬菜光、温、水、肥及空气的检测，形成自动化生产，突破关键技术装备的研发与应用。

结束语

未来我们应该按照设施蔬菜特定的环境以及设施蔬菜对特定生长环境的需求，加大对设施蔬菜各个作业环节机具的开发，与现代信息技术相结合，小型化、轻量化的同时提高机器自动化、智能化水平，提高作业质量与效率。设计和优化设施蔬菜机械关键部件，借鉴国外的研究，设计适合于我国使用的设施蔬菜机械。

参考文献

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