上海設施內生菜全程機械化生產(chǎn)方式的研究

范良俊

（上海市農(nóng)業(yè)機械研究所，上海市 201100）

0 引言

近年來，在上海市政府和各級相關企事業(yè)單位的共同努力下，以雞毛菜、米莧為代表的葉菜類蔬菜已經(jīng)基本實現(xiàn)了“耕種收”的機械化，這也為其他蔬菜機械化生產(chǎn)提供了堅實的基礎。在十四五開局之年，上海市劃定了3.33萬hm2蔬菜生產(chǎn)保護區(qū)，其中包括了6 666.67 hm2生菜種植面積，因此大力推廣生菜綠色種植技術，提高生菜全程機械化生產(chǎn)能力，是保證市民“菜籃子”工程的主要任務之一。

上海種植的生菜品種根據(jù)其物理性狀大致可分為皺葉生菜、結球生菜、直立生菜、奶油生菜等，其中以結球生菜和皺葉生菜最為常見，種植面積也相對較大。結球生菜俗稱西生菜，是美國最流行的生菜類型，常見的結球生菜有凱撒、大湖118等，其特點為根系發(fā)達，葉片大，葉柄短，單球可重達400～750 g，是生食生菜的主要品種之一；而皺葉生菜最主要的特征就是不結球，莖極為短縮，節(jié)間不明顯，葉柄較長，葉面皺縮，單顆重約300～450 g。上海地區(qū)種植的生菜品種有意大利生菜、玻璃生菜和結球生菜，由于生菜較耐寒、不耐熱的特點，上海一般從8月下旬～來年5月份都可以在設施內種植。

為了提高生菜生產(chǎn)效率，需要完善相關農(nóng)機設備的選型和研制，從而不斷提升生菜生產(chǎn)的機械化水平。生菜的生產(chǎn)主要包括整地、作畦、育苗、移栽和收獲等環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都要需要采用相關的專業(yè)設備來實現(xiàn)作業(yè)。

1 旋耕

旋耕作業(yè)可以使田土充分細碎、平整種床、恢復土壤耕層結構，通過作業(yè)將土肥摻和均勻，提高土壤肥力，同時消滅一部分雜草、減少蟲害，也為下一步農(nóng)業(yè)機械化操作提供保障。旋耕機作業(yè)幅寬從1.2～2.2 m不等，所需拖拉機動力也有不同。

設施種植生菜一般為8 m跨度的連棟溫室和8 m單棚為主，設施種植一般采用1.2 m幅寬的旋耕機為最佳，旋耕機的作業(yè)深度需達到10 cm以上。采用2 m左右的大型旋耕機雖然可以旋耕作業(yè)的時間，但是所需拖拉機動力較大，且機具在設施內掉頭困難，因此不建議采用。

2 作畦

上?，F(xiàn)有設施溫室所設計的跨度均為8 m，根據(jù)這一現(xiàn)狀對機械化作畦做如下分析和試驗：為了提高土壤的利用率，也為了滿足后續(xù)移栽、收獲機械化操作的可行性，對不同畦面進行理論分析，現(xiàn)常用設施內作業(yè)的作畦機多為1 m、1.1 m和1.2 m幅寬規(guī)格（見圖1，圖2，圖3），通過比較分析，三種不同幅寬在8米跨度作5條畦，上述三種規(guī)格每667 m2土地有效種植面積分別為62.5%、68.8%和75%。但考慮到拖拉機輪胎寬度一般從16～20 cm不等，所以相鄰兩個畦底間距一般大于20 cm。綜上所述，1.1 m的幅寬的作畦機更加適合設施內的作業(yè)，也更具有可操作性。

圖1 作畦分布圖（1 m）

圖2 作畦分布圖（1.1 m）

圖3 作畦分布圖（1.2 m）

通過選取了兩種不同形式的作畦機進行作業(yè)對比，對畦面緊實度、平整度、效率等數(shù)據(jù)進行比較分析。常用的作畦機有兩種成型模式，一種為成型板拖拽成型，另一種為液壓滾筒成型。具體型號參數(shù)如表1所示：

表1 兩種作畦機各項參數(shù)

通過作畦作業(yè)后對畦面的比較發(fā)現(xiàn)，由于成型板拖拽成型的作畦機屬于被動式成型，對于畦面沒有施加壓力，畦面和兩側面相對松散，表面有一定的魚鱗狀，而帶液壓作畦輪做的作畦機屬于主動式，通過液壓滾筒的擠壓而使畦面成型，所以畦面相對平整且不易塌陷，更有利于機械化的移栽和采收環(huán)節(jié)。兩種畦面效果如圖4所示，圖中左側畦為成型板拖拽成型的畦面，右側為液壓滾筒成型的畦面。

圖4 兩種作畦機作畦效果

此外，通過溫濕度儀器和堅實度儀對兩種畦面的堅實度進行了測試，測試數(shù)據(jù)見圖5，圖6。

圖5 兩種作畦機前后含水量對比

圖6 兩種作畦機前后堅實度對比

由于生菜對水分要求非常嚴格，所以栽培上必須經(jīng)常保持土壤濕潤，通過對兩種作畦機在作畦前后含水量和堅實度的對比發(fā)現(xiàn)，在相同旋耕深度情況下，帶液壓鎮(zhèn)壓的作畦機由于對畦面有鎮(zhèn)壓功能，作業(yè)時需要控制一定速度來保持一定堅實度，行走速度相對慢，但因此其碎土效果反而會更好，保水效果也更高。更加適意生菜的生長，其次堅實度相對較高也會使得畦面平整度有所提升，這樣為之后的機械化收獲也帶來一定的優(yōu)勢。

3 育苗及移栽

生菜的種子非常小，而且發(fā)芽時間一般在5～10天，同時生菜的種子價格昂貴，采用撒播方式播種用種量較大，尤其是大面積種植時，難以保證田間幼苗生長一致性，也無法培育壯苗，對生菜后期生長一致性不好控制。所以育苗移栽種植更加適合，播種可采用蔬菜精量播種流水線，播種效率可以高達400～500盤/h，播種精度最高可以達到99%。播種后的生菜需要在催芽室放置一至兩天，再移到設施內進行育苗，根據(jù)天氣情況一般15～30天可以進行移栽種植。

經(jīng)過調研，以加州大速生為例，可在1.1 m畦面上種植4～6行，通過篩選選擇兩種適合1.1米畦面種植的移栽機進行移栽對比試驗，具體參數(shù)見表2。

表2 兩種移栽機參數(shù)

井關（2ZY-2A）兩行移栽機由一人操作，在1.1 m畦面作業(yè)需要掉頭一次，而禾田（A5-1200）八行高密度移栽機可以通過改變移栽行距實現(xiàn)四行移栽。在相同前提情況下作了作業(yè)對比，具體數(shù)據(jù)見表3。

表3 兩種移栽機作業(yè)參數(shù)比較

由上述數(shù)據(jù)導致機械化移栽不合格的原因一般是由于缽苗在下苗的過程不暢，出現(xiàn)堵苗的情況，所以為例避免這一情況，在育苗時控制苗的大小尤為重要；其次現(xiàn)有的移栽機大部分采用鴨嘴式的投苗裝置，再通過覆土滾輪覆土，投苗裝置的頻率、開合大小等參數(shù)和覆土裝置的合理性直接決定了是否存在倒苗的情況；關于移栽效率，在1.1 m畦面移栽，由于A5-1200移栽機需要兩人作業(yè)，實際操作時無法保證兩個人速度同步，所以單程移栽效率方面，2ZY-2A的效率更高，但是由于所移栽的行數(shù)限制，兩行比四行需要多走一次，總體效率較低。

4 收獲

生菜相比其他綠葉菜而言，生根較淺、單球重、節(jié)間不明顯，割刀需要緊貼土壤進行切割作業(yè)，因此在割頭的形式上選擇，擺刀更適合生菜的采收作業(yè)。相比較剪切式和帶刀式，擺刀可以入土或實現(xiàn)貼地收割，將生菜完整收獲。擺刀的運動軌跡一般由偏心軸承和連桿機構實現(xiàn)，擺動刀頻率應控制在合理范圍內，由于生菜單顆重量較重，在割臺的傾斜角不能過大，輸送帶要有一定阻力，防止生菜下落。根據(jù)上述特點和要求，選擇了兩款典型收割機，在上海嘉定百蒂凱生菜專業(yè)生產(chǎn)的合作社進行收獲試驗。詳細參數(shù)見表4。

表4 兩種作收割機各項參數(shù)

兩款綠葉菜收割機無論從結構、行走方式、控制方式等方面都有很大不同，因此我們對生菜采收設備的每個環(huán)節(jié)做了比較試驗，結論如下。

4.1 行走方式

4UM-120A葉菜收獲機為壟上行走的手扶式收割機，4GCZ-100葉菜收獲機為壟下行走的乘坐式收割機，前者的轉向通過人工轉向和糾偏，行走部件除了后輪差速器驅動，前輪為導向輪，在工作時容易發(fā)生偏轉，對人為糾偏的過程產(chǎn)生一定影響，但整體結構相對簡單；后者為履帶自走式，通過電動手柄控制電比例泵來實現(xiàn)轉向，操控相對簡單，但設備體積較大。

4.2 割刀參數(shù)

兩臺收割機均為擺動式鋸齒刀，在設計時擺動幅度和頻率尤為重要，頻率過高使整個機身都產(chǎn)生晃動，降低設備使用壽命，頻率太低無法有效切割菜根，作業(yè)效果大打折扣，其次，過大的擺動幅度也會導致設備機構晃動過大，使設備整體的穩(wěn)定性降低，控制在5 cm以內即可。經(jīng)過多次收割試驗，擺動頻率達到500次/min，就可實現(xiàn)生菜的切割作業(yè)。相比兩款收獲機，4UM-120A手扶式收割機擺動頻率可調可以因地制宜的根據(jù)不同菜品調整割刀的擺動頻率，實現(xiàn)無級調速。

4.3 前進速度

由于生菜株距較大，無法靠后排菜的擠壓實現(xiàn)收獲，且割刀不同的收獲高度也應該采用不同的前進速度。以4UM-120A手扶式葉菜收獲機為例，由于沒有仿形系統(tǒng)，一般采用土下收割的方式，這樣收割高度基本恒定，且土下收割收獲的菜品相對完整；而4GCZ-100自走式葉菜收獲機帶后置式仿形系統(tǒng)，不建議土下收割，一旦土下切割就會將基準破壞，仿形作用也隨之失效，只可貼地切割。由于生菜單顆重，根莖較粗，速度太慢會推到生菜導致菜品不完整，所以前進速度要相對快，經(jīng)過測試，速度控制在30 mm/s以上收獲效果較理想。但速度不宜過快，過快后設備的操作性難度上升，作業(yè)難度加大。

4.4 割臺參數(shù)

割臺輸送帶的輸送速度和收獲角度也尤為重要，且與前進速度有一定的關系，割臺輸送帶的線速度基本與前進速度一致，且割臺與地面的角度小于30°，根據(jù)不同生菜品種角度應該適當降低，生菜單顆重量越大，高度越小。

4.5 收獲效果

綜合對比兩款收割機的作業(yè)效果（表5，圖7，圖8），得出如下結論。

圖7 自走式綠葉菜收獲機

圖8 手扶式綠葉菜收獲機

表5 兩種作收割機作業(yè)參數(shù)

1）擺刀的割刀形式最適宜生菜的收割，且擺動頻率不低于500次每分；

2）割臺角度不易過大，否則會導致生菜運輸時下落影響收獲效果；

3）相比手扶式，自走式地盤的操控性更高；

4）土下收割方式不適宜帶后置式仿形系統(tǒng)，會破壞基準影響收獲效果；

5）土上或貼地收割方式可以帶仿形系統(tǒng)，來提高收獲效果；

6）無論是否帶有仿形系統(tǒng)，為保證采收質量，一定要有相對平整的畦面。

5 制約因素

通過本次調研及各項測試，基本總結了適用于生菜機械化生產(chǎn)的機械設備。但由于各個生菜生產(chǎn)的合作社并沒有統(tǒng)一生產(chǎn)標準，所以要想實現(xiàn)生菜機械化生產(chǎn)還有一些制約因素。

5.1 傳統(tǒng)設施制約

上?，F(xiàn)有的設施以傳統(tǒng)的8 m單棚為主，還有不少6 m單棚，棚門高不足2 m，兩側斜度較大，機械設備操作空間小、難度大。

5.2 土地利用率低

傳統(tǒng)單棚長度一般不超過50 m，由于機械操作需要一定的調頭空間，所以土地利用率相對傳統(tǒng)人工生產(chǎn)還有一定差距。

5.3 機械設備自身存在缺陷

帶整壓的作畦機雖然作畦平整度高，但是要求作畦速度慢；半自動移栽機雖然能夠改變人工彎腰工作的狀態(tài)，但是效率較低，省力不省功；收獲機械相對于人工收獲的合格率還是存在一定差距。

5.4 對機械化生產(chǎn)需求不平衡

由于上海各個地區(qū)勞動密度不同，有些地區(qū)勞動人員相對充足，這就導致很多合作社還是采用最傳統(tǒng)的人工為主的生產(chǎn)模式。但有些地區(qū)的合作社已經(jīng)很難招到合適的大量的人員，對于機械化作業(yè)相當迫切。

5.5 農(nóng)機人才培養(yǎng)滯后

傳統(tǒng)生菜生產(chǎn)人員對于農(nóng)機的操作還停留在操作拖拉機的階段，且年齡較大，對于新型機械化生產(chǎn)設備消化能力較慢；而青年農(nóng)機機手人數(shù)較少，整個人才梯隊培養(yǎng)滯后。

6 生菜機械化生產(chǎn)建議

6.1 加快設施宜機化改造

對于設施單棚改造刻不容緩，過溝板的加寬，端門的擴大，甚至全開式端門都利于機械化的操作，且一定程度上增加了土地的利用率。

6.2 推動農(nóng)機農(nóng)藝融合

有些生菜品種單顆重、生根較淺、節(jié)間不明顯，這些都不利于機械化的作業(yè)，所以可以從農(nóng)藝上選育一些產(chǎn)量高、抗病強且適合于機收的品種。

6.3 加強機械化整體生產(chǎn)模式推廣

生菜生產(chǎn)過程中，部分環(huán)節(jié)已經(jīng)實現(xiàn)了機械化作業(yè)，但是要實現(xiàn)整體機械化生產(chǎn)模式，還需要將每個環(huán)節(jié)相互配套，特別是為了采收環(huán)節(jié)的機械作業(yè)，前期的整地、作畦等工序就應該選擇相應配套的設備，來保證采收時畦面的平整度和堅實度等問題。

6.4 提高機械化設備適應性

針對不同生菜的物理特性，在機械設備的設計上應該多考慮不同品種的通用性和適用性，實現(xiàn)一機多用，滿足合作社不同品種生菜機械化生產(chǎn)的需求。

6.5 提升機械化設備自動化水平

在設備設計和選用過程中，應不斷提升設備自動化水平，特別是生菜機械化移栽、收獲的環(huán)節(jié)中，解決省力不省功的情況，提高作業(yè)合格率的問題，努力提升設備可靠性和自動化水平，也為將來智能化轉型做好充足準備。

7 結語

上海作為一個2 400萬常住人口的超大型城市，保證蔬菜自供能力是基本前提，而機械化作業(yè)的生產(chǎn)方式是最好的方法之一。上海的生菜的機械化生產(chǎn)還在起步階段，存在種植方式差異化、設施和機械配套難度大和各個環(huán)節(jié)設備相對較少等情況，還需要不斷的試驗優(yōu)化，加大推廣力度，為實現(xiàn)生菜機械化生產(chǎn)做足準備。