上海設(shè)施內(nèi)生菜全程機械化生產(chǎn)方式的研究_范良俊.pdf

null6null 農(nóng)業(yè)裝備 農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備 2022年第2期 上海設(shè)施內(nèi)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 摘要 主要針對上海設(shè)施內(nèi)生菜機械化種植進行調(diào)研 和研究 列舉了一系列適用于生菜全程機械化生產(chǎn)的 機械化設(shè)備 通過對各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)機械設(shè)備的選型 比較和試驗 并對試驗結(jié)果和存在的問題進行了深入 分析 有利于設(shè)備的不斷優(yōu)化和改進 最終達到全面 推廣的目的 關(guān)鍵詞 生菜 機械化生產(chǎn) 機械移栽 0 引言 近年來 在上海市政府和各級相關(guān)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(chǔ) 在十四五開局之年 上海市劃定了3 33萬hm 2 蔬菜生產(chǎn)保護區(qū) 其中包括了 6 666 67 hm 2 生菜種植面積 因此大力推廣生菜綠色種 植技術(shù) 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(wù)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(jié)球生菜 直立生菜 奶油生菜等 其中 以結(jié)球生菜和皺葉生菜最為常見 種植面積也相對較 大 結(jié)球生菜俗稱西生菜 是美國最流行的生菜類 型 常見的結(jié)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(jié)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(jié)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(shè)施內(nèi)種植 為了提高生菜生產(chǎn)效率 需要完善相關(guān)農(nóng)機設(shè)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(guān)的專業(yè)設(shè)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(jié)構(gòu) 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(shè)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(shè)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(shè)施內(nèi)掉頭困難 因此不建議采用 2 作畦 上?，F(xiàn)有設(shè)施溫室所設(shè)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(shè)施 內(nèi)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 m 2 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(shè)施內(nèi)的作業(yè) 也更具有可操作性 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 基金項目 上海市綠葉蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系 滬農(nóng)科產(chǎn)字 2021 第2號 作者簡介 范良俊 1988 碩士研究生學歷 工程師 主要 從事液壓系統(tǒng)和機械設(shè)計工作 表1 兩種作畦機各項參數(shù) 型號 配套動力 馬力 鎮(zhèn)壓方式 外形尺寸 長寬高 cm 畦面幅寬 cm 畦高 cm 作業(yè)效率 分 667m 2 廠家 YTLM 110 40 60 被動滾輪 140 150 110 110 10 20 6 10 無錫悅田 1ZQ 100 40 60 液壓作畦輪 130 140 90 110 10 15 12 16 上海市農(nóng)業(yè)機械研究所 null7null 農(nóng)業(yè)裝備農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備 2022年第2期 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(cè)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(cè)畦為成型板拖拽成型的畦 面 右側(cè)為液壓滾筒成型的畦面 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 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 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 null8null 農(nóng)業(yè)裝備 農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備 2022年第2期 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(shè)施內(nèi)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(diào)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 圖4 兩種作畦機作畦效果 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 表2 兩種移栽機參數(shù) 型號 行走方式 移栽行數(shù) 移栽行距 作業(yè)人數(shù) 廠家 2ZY 2A 乘坐式 2行 30cm 1 井關(guān) A5 1200 乘坐式 4行 27 5cm 2 禾田 井關(guān) 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 型號 作業(yè)效率 667m 2 h 移栽合格率 移栽深度合格率 2ZY 2A 1 97 100 A5 1200 1 2 92 100 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(guān)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?qū)崿F(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(gòu)實現(xiàn) 擺動刀頻率應(yīng)控制在合理范圍 內(nèi) 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 兩款綠葉菜收割機無論從結(jié)構(gòu) 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(shè)備 的每個環(huán)節(jié)做了比較試驗 結(jié)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(zhuǎn)向通過人工轉(zhuǎn)向和糾偏 行走部件除了 后輪差速器驅(qū)動 前輪為導向輪 在工作時容易發(fā)生偏 轉(zhuǎn) 對人為糾偏的過程產(chǎn)生一定影響 但整體結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)向 操控相對簡單 但設(shè)備體積較大 表4 兩種作收割機各項參數(shù) 型號 配套動力 割刀形式 行走形式 擺動頻率 次 min 割臺角度 廠家 4UM 120A 鋰電池48V50Ah 擺動式 手扶式 0 800 約15 南通富萊威 4GCZ 100 20馬力柴油發(fā)動機 擺動式 乘坐式 600 約25 上海市農(nóng)業(yè)機械研究所 null9null 農(nóng)業(yè)裝備農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備 2022年第2期 4 2 割刀參數(shù) 兩臺收割機均為擺動式鋸齒刀 在設(shè)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(shè)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(shè)備機構(gòu)晃動過大 使設(shè)備整體的穩(wěn)定性降低 控制在5 cm以內(nèi)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(diào)可以因 地制宜的根據(jù)不同菜品調(diào)整割刀的擺動頻率 實現(xiàn)無 級調(diào)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(yīng)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(shè)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(guān)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(yīng)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(jié)論 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(zhì)量 一 定要有相對平整的畦面 表5 兩種作收割機作業(yè)參數(shù) 型號 效率 667 m 2 h 合格率 操作人員 試驗品種 4UM 120A 0 9 85 1 加州大速生 4GCZ 100 1 5 80 2 加州大速生 意 大利生菜 圖7 自走式綠葉菜收獲機 圖8 手扶式綠葉菜收獲機 5 制約因素 通過本次調(diào)研及各項測試 基本總結(jié)了適用于生 菜機械化生產(chǎn)的機械設(shè)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(shè)施制約 上?，F(xiàn)有的設(shè)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(cè)斜度較大 機械設(shè)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(diào)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(shè)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?nèi)斯澭ぷ?null0null 農(nóng)業(yè)裝備 農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備 2022年第2期 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(shè) 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(shè)施宜機化改造 對于設(shè)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(yīng)該選擇相應(yīng)配套的設(shè)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(shè)備適應(yīng)性 針對不同生菜的物理特性 在機械設(shè)備的設(shè)計上 應(yīng)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(shè)備自動化水平 在設(shè)備設(shè)計和選用過程中 應(yīng)不斷提升設(shè)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(shè)備可靠性和自動化水平 也為將來智能化轉(zhuǎn)型 做好充足準備 7 結(jié)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(shè)施和機械配套難 度大和各個環(huán)節(jié)設(shè)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 參考文獻 1 謝杰 劉旺 安紅艷 等 輔助作業(yè)對生菜移栽機作業(yè)的影 響 J 農(nóng)業(yè)工程 2019 12 1 3 2 王輝 張兆輝 楊曉峰 等 設(shè)施條件下綠葉蔬菜 青菜 生 菜 高效機械化生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù) J 長江蔬菜 2016 19 11 13 3 楊攀 楊詩雯 李磊 等 生菜研究進展綜述 J 現(xiàn)代園藝 2020 15 34 36 4 高統(tǒng)政 生菜有機生態(tài)型無土栽培基質(zhì)配方的篩選研究 D 華南農(nóng)業(yè)大學 2018 5 杜錚 李旭 劉海 等 塑料大棚內(nèi)快生菜機械化直播技術(shù) 要點 J 湖北農(nóng)機化 2020 9 23 25 6 刁友 朱從樺 史志明 等 生菜 水稻 生菜輪作全程機 械化生產(chǎn)技術(shù) J 四川農(nóng)業(yè)科技 2021 3 19 20 7 史志明 孫聰 曹亮 等 成都平原生菜機械化生產(chǎn)技術(shù)應(yīng) 用探索 J 四川農(nóng)業(yè)與農(nóng)機 2020 6 45 47