设施农业发展模式及机械化采摘技术

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摘要：设施农业是山西省的重点产业之一，而采摘是设施农业高效发展的一个制约因素。文章概述了山西省当前设施农业生产模式，分析指出了当前设施农业采摘环节的问题，提出了对策建议，以推动全省设施农业采摘技术向智能化发展。

关键词：设施农业；机械化；采摘

设施农业是山西省重点发展的五大特色优势产业之一，是现代农业的重要组成部分，是转变农业发展方式、持续增加农民收入的有效途径。发展设施农业可以有效提高土地产出率、资源利用率和劳动生产率，解决山西省无霜期短、半年不能种和很多优良品种种不活等问题，减少灾害性天气的影响。特别是在2020年肺炎疫情影响下，设施农业有效保证了居民对重要农产品的生活需求，对保持社会繁荣稳定具有巨大的意义。据山西省统计年鉴，2018年全省设施蔬菜种植面积为36.65khm2，占全省蔬菜种植总面积约20.7%，设施蔬菜总产量为232.91×104t。近年，随着居民生活水平的提高，设施农业面积不断增加，设施农业规模化、产业化、机械化水平在不断提高，截至2018年底，山西省设施栽培机械化率达到34.9%，但与玉米、小麦等主要农作物机械化率相比还有很大差距，与发达国家相比，山西省设施农业装备自动化、信息化等水平还很低。因此，提高全省设施农业机械化水平，特别是用工量较大的采摘环节，具有非常重要的意义。

1山西省现有设施农业主要形式

目前，随着设施农业技术水平的不断提升、国内外交流合作加强，国内温室大棚发展迅速,形成了各式各样的风格,但是山西省目前主要存在的还是日光温室、塑料大棚及连栋温室3种。

1.1日光温室

日光温室是以太阳能为主要能源并可进行作物越冬生产的温室。在不适宜植物生长的季节，加火强化保温或少加温的情况下，就可以生产喜温性蔬菜，节约燃料、减少环境污染。山西位于北纬34°34′~40°44′，属于大陆性季风气候，昼夜温差大，冬季寒冷干燥，特别适合使用该种温室用于冬季蔬菜生产，因此，日光温室是目前山西省最多的一种设施农业温室类型。日光温室坐北朝南，由北侧和东西两面保温蓄热墙体、北向保温斜屋面、南向拱型采光屋面、昼开夜闭的保温被或草席（苫）构成。在山西的丘陵山区、梯田地块，只要是向阳，可就地取材，依地形而建造，面积大小不限，建造成本低，可进行瓜果蔬菜、菌类以及花卉等植物栽培生产，也可进行动物养殖生产。

1.2塑料大棚

塑料大棚俗称冷棚，利用竹木、钢材等材料并覆盖塑料薄膜，搭成拱形棚，充分利用太阳能，有一定的保温作用，并通过卷膜能在一定范围调节棚内的温度和湿度，是一种简易实用的保护地栽培设施，建造容易、使用方便、投资较少。在山西省主要是起到春提前、秋延后的保温栽培作用，提高单位面积产量，能在早春和晚秋淡季供应鲜嫩蔬菜。一般春季可提前30~35d，秋季能延后20~25d，但不能进行越冬栽培。

1.3连栋温室

连栋温室是温室的一种升级，用科学的手段、合理的设计、优秀的材料将原有的独立单间模式温室连起来。与传统温室相比，空间利用面积远大于传统温室，管理更统一、操作更科学，既节约时间又提高效率。利用现代信息技术可以人为制造农作物的生长环境，为农作物的生长提供适当的光、温度、水、肥料等必须的营养成分。如在山西农谷建设的占地15×104m2的“山西农谷番茄小镇”就是现代化程度较高的智能化连栋温室。内有番茄生产自动化数控育苗和水肥一体化滴灌系统、遮阳幕布系统、作物悬挂系统、采摘电动车、电子温室数控系统、数控自动升降天窗系统、高压压力雾系统、精细分选包装流水线等，生产全部自动化。

2设施农业采摘装备的重要性

采摘是果蔬生产过程中最为耗时、耗力、实效性强的生产环节之一。关于设施农业作业机械化程度的评价[1]：A=0.2A1+0.2A2+0.2A3+0.1A4+0.3A5.（1）式中：A为设施农业作业机械化程度（%）；A1为耕整地机械化程度（%）；A2为种植机械化程度（%）；A3为采运机械化程度（%）；A4为灌溉施肥机械化程度（%）；A5为环境调控机械化程度（%）。从不同作业环节的权重可以看出，设施农业采摘机械化水平对整个设施农业机械化水平而言有非常重要的作用，而且采摘阶段需要辅助搬运等作业，劳动力需求量大、劳动强度高，所需投入的劳动力约占整个生产种植过程的40%~50%[2]。目前，农村劳动力特别是青壮年劳力逐渐减少，留在农村的劳动力以妇女和老年人为主，仅能进行一些轻微的体力劳动。因此，采摘作业环节劳动力不足的矛盾尤为突出，迫切需要机器人、智能化装备替代人进行农业生产，满足设施农业发展的需求。设施农业采摘装备特别是采摘机器人的应用将在减轻劳动强度,提高农业生产效率，提高果蔬质量，保障采摘作业不误农时等方面具有巨大的作用。

3山西省设施农业采摘环节存在的问题

3.1分散经营为主，采摘机具需求疲软

调研发现，山西省目前设施农业还是以分户经营为主，农户自己建设农业设施，自主经营，有的是租用别人的设施农业地块后自主经营，均属于小规模生产。另一种是以专业合作社形式股份经营，农民以土地承包经营权入股，组建农业开发专业合作社，有效整合土地资源、促进农业适度规模经营、加快产业结构调整。再有就是以企业形式规模化种植，实行科技化生产、企业化管理、品牌化营销，极大地提高了农业综合效益。关于采摘机具，对个体经营户而言，由于投入成本较大，机具回收期长，此外其种植面积小，家庭成员基本可以满足劳动力需求，因此需求意愿不大；而对于合作社或者企业而言，由于种植规模较大，采摘季节集中采摘量大、用工量大，有时会出现用工荒或者人工成本短期增加的现象，而且人工采摘效率较低，因此急需能可靠使用的采摘机具用于生产经营。

3.2耕种类机具为主，采摘机具应用较少

调研发现，目前山西省设施农业生产中使用的农业机械主要以耕作类、播种类机具为主，如小型翻转犁、起垄机、旋耕机、微耕机、覆膜机、条播机、起垄播种机、精量播种机等，使用机具后作业效率比人工提高10倍以上，作业成本与人工作业相比0.067hm2上地可节省100~200元，而且机械播种省工、省时、省种、出苗率高，可提高作物产量。此外，应用较多的就是卷帘机、设施环境调控装备、施肥设备等辅助设备。在采收环节，目前主要使用的就是辅助采摘作业的电动果蔬转运车，有的果蔬转运车上面设置有可升降的操作平台，采摘一些较高植株的果实时，采摘者可自行调整至合适高度，方便采摘。除此以外，采摘机具或者机器人应用基本还是空白。

3.3日光温室为主，室内采摘空间受限

调研发现对于日光温室，由于前屋面断面形状为弧度形状，靠近前屋面方向，作业高度逐渐降低，标准规定作业最低高度不小于0.8m，对采摘机具的作业高度限制较大。有一些简易的日光温室为了满足强度要求，里边设置较多的支撑支柱，会使作业空间严重受限，再则在日光温室内，为了方便人工作业，植物种植一般是南北向成行，这种种植方式需要机具频繁掉头，也制约了采摘机具的使用。而塑料大棚和连栋温室跨度为6~14m、高度为2.3~3.5m，有的尺寸甚至更大，与日光温室相比，空间充足、宽敞，较方正，具有较大的栽培空间，此外较现代化的塑料大棚或者连栋温室多是东西向种植成行，有的为立体种植，苗床可移动，室内操作空间大，采摘作业机具基本不受限制，为在设施内使用各种采摘机具提供了较大的可能。

4山西省设施农业机械化采摘发展建议

4.1农机农艺融合，向标准化靠拢

为了推动设施农业机械化快速发展，一是需要将农机农艺深度融合，在不影响总体收益的情况下，为了便于机械化生产作业，可以在行距、株距等农艺方面做适当变动，将我们传统种植观念和种植模式做出改变；二是向标准化靠拢，包括设施的建造、种植的农艺，做好顶层设计，至少在一个区域范围内形成适合该区域的一个标准体系，以点带面，增加机具的适应性，便于推广使用。通过这些举措，在设施农业采摘环节有机可用，提高作业效率，降低作业成本，让作物达到高产量增收、高质量增值，最终实现产值的极大提升，进而提高农民朋友的收入。

4.2政策引导，增加研发投入及机具补贴

设施采摘设备研究和应用均处于起步阶段，因此需要政府参与、政策引导，对于处于研究阶段的装备适当增加研发投入，从而带动企业提高自身研发投入,提高研发的积极性，取得更多创新成果,缩短采摘机具的研发周期。对于处于刚开始应用的设施农业采摘装备，由于其投入成本较高，则通过补贴减轻农户的投入成本，提高机具应用范围，以便机具后续升级改造优化，促进设施农业采摘环节机械化程度提高。

4.3注重培训，提高从业者知识水平

设施农业是一种多学科交叉的现代农业，采摘机器人等现代化装备的使用操作均需要懂技术、有文化、会经营的具有较高素质的新型农民，因此，为了保证设施农业健康顺利发展，必须注重新型农民的培训。让广大农民掌握新技术，学会熟练使用机具，便于推广应用智能化、机械化技术装备，提高专业化服务水平，扩宽设施农业发展的新路子。

5结论

设施蔬菜栽培对缓解山西省蔬菜淡季的供求矛盾起到了特殊重要的作用，设施蔬菜的单产是露地蔬菜的5~7倍，是粮食作物的10~20倍，同时还有较高的提升空间，发展设施农业采摘环节机械化就是重要途径之一。目前，结合全省实际，对于设施农业采摘环节方面，叶菜类、根茎类等生长期、收获期基本一致的作物，可以实现整个地块同时采摘收获，该类机具已有量产机具，通过引进试验加快应用速度；而茄果类、瓜类等作物，由于果实成熟期不一致，此类作物采摘期较长，消耗人工大，机器收获难度大，应重点投入研发此类采摘机器人的经费。此外，设施农业空间相对狭小,因此，设施农业装备以小型化为鲜明特点作为其发展模式。随着采摘设备研发推广、政策的支撑、从业者知识水平提高等多种举措，山西省设施农业采摘机械化水平将快速提高，设施农业生产更加优质、高效，将有更加显著的社会效益和巨大的经济效益。

参考文献

[1]何芬,丁小明,李中华,等.设施农业机械化水平评价指标体系构建[J].农机化研究,2013(12):53-57+61.

[2]张俊雄,何芬.设施农业采摘机器人研究进展[J].当代农机,2016,(1):22-24.

[3]王双喜,王旭.日光节能温室结构的发展[J].农业技术与装备,2009(1):20-22.

作者：冯彩霞 单位：山西省农业机械发展中心