上海地区主要设施大棚蔬菜种植机械化作业模式
基金项目：上海市科技兴农项目“沪农科产字（ 2021 ）第 2 号”《上海市绿叶蔬菜产业技术体系》
_岳崇勤
随着乡村振兴国家战略的深入推进，以产业兴旺为抓手发展设施农业，成为我国推动农业现代化、促进农民增收的重要路径。 我国是世界上设施农业面积最大的国家， 占比 80% 以上， 据统计， 2019年设施面积已有 410 万 hm 2 ，主要形式是温室、大棚 。 设施农业是现代农业的显著代表， 是指利用人工技术手段改变自然光温条件，创造动植物生长所需要的最佳环境因子 。目前来看，设施农业主要分为两类，即设施园艺和设施养殖，均发展良好 。 本文讨论的设施大棚仅指应用在基于蔬菜生产上的设施栽培农业。 设施栽培是指为了克服自然环境的不利条件，利用专门控制环境条件的设备、材料，人为地创造适宜农作物生长发育的局部小气候条件，进行栽培生产的一种环控农业形式 。设施蔬菜是蔬菜产业发展的关键，塑料大棚是蔬菜设施的重要类型 。 设施大棚蔬菜生产具体是指以钢材结构或竹结构为骨架，在上面覆盖保温薄膜构成基础框架，同时搭配与之相应的各项技术，如温度控制、施肥、起垄、定植、病虫害防治、湿度控制技术等。 必须严格把控各项生产技术，才能确保设施大棚蔬菜生产实现高产、稳产 。
1 蔬菜生产情况
1.1 蔬菜种植情况
上海市绿叶菜种植农艺制度各地迥然不同，农机具相互配套衔接和通用性不强。 涉农郊区遍布上海周边，不同区域绿叶菜本地种植户和外来从事绿叶菜生产人员，在长期的生产实践中形成了自己的种植习惯和生产方式，农艺种植技术模式自成一体， 以尽可能提高土地利用率、增加产量为目标，畦面作业方式各不相同。 这些情况导致蔬菜机具通用性差，蔬菜机械需求多为个性化定制品，生产成本高，影响了蔬菜机械生产企业研发投入的积极性，进一步影响了蔬菜生产机械化技术的推广。
1.2 设施大棚情况
上海地区存量设施大棚类型有 8 型棚、 6 型棚，单跨 6 m 宽的连栋大棚、 单跨 8 m 宽的连栋大棚，以及最近几年新建的少量单跨 9 m 、 9.1 m 、 12 m 的连栋大棚。 其中，据笔者调研， 6 型棚和 8 型棚面积占了全市蔬菜设施大棚总面积的 92.16% ， 而 8 型棚面积又占了蔬菜设施大棚总面积的 60.34% 。 6 型棚一般肩高 1.5 m 以下， 甚至有些高度在 1 m 左右，门宽 1.8 m 左右，该种形式的大棚棚龄一般在10 年以上，甚至达到 20 年及以上，在修建之初受生产力水平的制约， 当时蔬菜生产主要依靠人工作业，基本没有动力机具作业，修建时仅仅满足农艺种植要求和行人通过。因此， 6 型棚机械化作业的先天条件不够，从适用性、土地作业利用率和产量等方面通盘考虑，本市设施菜田机械化仅在 8 型棚及连栋大棚推广应用，故不对 6 型棚开展机械化作业试验研究，仅对大棚宽度为 8 m 的主要大棚进行试验研究。
2 试验结果与分析
2.1 适用性
上海地区雨水季节较长， 单次下雨量较大，高温高湿天气持续时间长，上述气候特点决定了上海蔬菜种植必须作畦，以保证通透性和排水性。 耕整地（耕地和作畦）环节动力需求最大，因此本文以耕整地环节的所需机具及配套动力进行研究和评判。在耕地环节，探索通过深耕深翻方式有效缓解了大棚土壤连年种植造成的病害等连作障碍，以及相对封闭的环境造成土壤盐渍化逐年加重的问题，效果较好。 因此，按照农艺种植需求，需要满足极端耕深40 cm 的深耕机配套动力， 理想状况下配套拖拉机外形尺寸越小越不容易受到大棚的制约，国产 354 、404 等型号的拖拉机动力不足，难以达到耕深要求，遴选了市场上较为成熟的较大动力的大棚王拖拉机进行试验，包括雷沃公司 604L-E 、东风农机公司的 DF604-15 2 款大棚王拖拉机，如图 1 、 2 所示。
图 1 雷沃公司 604L-E 拖拉机悬挂深耕机作业
图 2 东风农机公司 DF604-15 拖拉机悬挂深耕机作业
选择的试验大棚位于上海西部的松江区叶榭镇，该连栋大棚试验田块属于青紫泥菜田，为上海地区典型的黏性土壤，相对砂性土较难耕作，在该种田块试验，具有较强的说服力。 试验发现， 2 款拖拉机能够满足耕深 40 cm 的作业要求，同时能够在8 型棚和跨度 8 m 的连栋大棚进行耕地、 掉头等作业，需要指出的是，该 60 马力（ 1 马力 =0.735 kW ）段拖拉机通过性没有问题，但对于马力更大的拖拉机则较为困难，尤其 8 型棚单体棚， 70 马力以上拖拉机因“体型”太大，会明显受到棚室结构的限制，而无法行驶。 因此， 8 型棚和跨度 8 m 的连栋大棚能够满足60 马力大棚王拖拉机适用性要求。
2.2 土地利用率
效益决定蔬菜是否持续，地产菜价随市场波动而波动，同时受天气、突发事件等因素影响较大，纯粹用收入来衡量效益不恰当，本文用土地利用率和产量来衡量效益这一经济性指标。 上海地区气候决定了蔬菜必须生长在畦面上，因此，设施大棚在作畦的前提下，畦面的总面积越大，土地利用率就越高，相应理论产量就越高。 通过单棚和单跨内分别作业不同幅宽的畦面，畦面高度 0.15～0.20 m ，计算土地利用率，试验基地包括松江区叶榭农机综合试验基地、嘉定区绿望蔬菜生产专业合作社、奉贤区扬升蔬菜生产专业合作社等，均选用驾龄较长的熟练拖拉机机手，设施大棚开展生产试验，对 8 m 宽管棚、单跨 8 m 宽连栋大棚，分别进行 0.80 m 、 1.00 m 、1.05 m 、 1.00 m 、 1.15 m 、 1.20 m 等不同畦面作业幅宽的比较试验（表 1 ）。
表 1 8 型棚和单跨 8 m 宽连栋大棚机械化作畦及土地利用率
畦面宽 0.80 m 时，可作 6 个畦面，最后大棚内基本没有剩余土地； 畦面 1.00 m 时， 可作 5 个畦面，大棚内有少量剩余土地；畦面为 1.05 m 时，可作 5 个畦面；畦面为 1.10 m 时，可作 5 个畦面；畦面为 1.15 m 时，可作 4 个畦面，棚内有剩余土地待作业，剩余有效作业宽度为 0.80 m ；畦面为 1.20 m时，可作 4 个畦面，棚内有剩余土地待作业，剩余有效作业宽度为 0.60 m 。 综合分析，同时考虑到要保证棚内畦面宽度的一致性，最终确定主要 8 m 宽大棚内，采用 1.10 m 畦面幅宽的 5 畦作业模式，该模式土地利用率为 68.8% ，土地利用率最高，最终在全市推广该作业模式。 该模式下畦面成型情况如图3 ，蔬菜种植后情况如图 4 。
图 3 1.10 m 畦面幅宽的 5 畦作业模式下畦面成型情况
图 4 设施大棚内每棚 5 畦作业模式蔬菜生长情况
3 结论
在大棚宽度为 8 m 的情况下，两相邻畦面中心线的中心距的整数倍，余数越小，机械作业土地利用率越高；作畦后，沟的数量越少，土地利用率越高。 上海地区主要设施大棚蔬菜种植机械化作业宜采用 1.10 m 畦面幅宽的 5 畦模式， 该模式土地利用率最高，达 68.8% 。
设施大棚机械化作业受到机械外形尺寸的限制，大棚肩高越高，大型机具更容易通过，对于新建设施大棚，也不能想当然地认为大棚建造地越高越大越好，还需要综合考虑大棚建设成本、大棚种植作物、拟使用机具等因素，“够用”即可，即最小成本满足适用性要求。
根据每棚 5 畦的 1.10 m 作业模式，建议蔬菜机械生产企业按照该模式设计动力、作畦、播种、移栽、植保、收获等环节相应农机具，尤其是机具两侧轮胎中心距尽可能与畦面两侧沟的中心距相一致。
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