蔬菜做畦裝備的發(fā)展現(xiàn)狀

管春松+胡檜+陳永生+高慶生+楊雅婷

摘要：做畦裝備是蔬菜精細化整地環(huán)節(jié)中不可缺少的關(guān)鍵裝備，可有效解決現(xiàn)有整地機作業(yè)質(zhì)量不能滿足蔬菜苗床整理要求的問題，對降低蔬菜生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率具有現(xiàn)實意義。因此，首先對國內(nèi)典型蔬菜作物畦作農(nóng)藝要求進行探討歸納，提出2種規(guī)格的畦結(jié)構(gòu)；在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)分析國內(nèi)外做畦裝備的研究應(yīng)用現(xiàn)狀及特點；最后指出現(xiàn)有做畦裝備的研究不足和發(fā)展建議，以期為我國蔬菜做畦裝備的設(shè)計研究和應(yīng)用推廣提供參考。

關(guān)鍵詞：做畦裝備；蔬菜整地；現(xiàn)狀

中圖分類號： S233.74文獻標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2017）17-0024-03

通信作者：胡檜，副研究員，從事設(shè)施農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究。Tel：（025）84346254；E-mail：wsdhu@163.com。蔬菜是人類生存不可缺少的生活資料，是人們?nèi)粘Ｉ畋匦璧母笔称?，近年來我國蔬菜播種面積達2 000多萬hm2，占世界總播種面積的1/3以上，總產(chǎn)量超過7億t/年，占世界總產(chǎn)量的60%左右，此外蔬菜從業(yè)人員數(shù)量、人均占有量以及出口加工量均居世界第一，在我國農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展中具有獨特的地位和優(yōu)勢[1]。但與主要糧食作物相比，我國蔬菜生產(chǎn)機械化水平非常低，綜合機械化水平僅為20%左右，對蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制約影響日益凸顯[2-4]。蔬菜地整理為蔬菜作物播種或移栽及出苗發(fā)育創(chuàng)造適宜的土壤耕層結(jié)構(gòu)，是實現(xiàn)蔬菜生產(chǎn)全程機械化最為首要和關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。與糧食作物整地要求不同，蔬菜作物種植一般采用畦作（或壟作），蔬菜地整理除了包括犁地、翻耕等傳統(tǒng)耕作環(huán)節(jié)，還包括做畦（起壟）環(huán)節(jié)，須滿足“上虛下實”的畦（或壟）型結(jié)構(gòu)要求。近些年國內(nèi)已對犁地、翻耕裝備開展了大量的研究，但是對專用化的做畦裝備研究很少，已逐漸成為蔬菜整地環(huán)節(jié)中的“瓶頸”問題，直接制約整地環(huán)節(jié)綜合機械化水平的提升，亟需研制符合我國國情的先進蔬菜做畦裝備。因此，調(diào)研掌握國內(nèi)外同類做畦裝備的發(fā)展現(xiàn)狀及特點、分析探討現(xiàn)有國內(nèi)研發(fā)產(chǎn)品存在的問題，對我國蔬菜做畦裝備的設(shè)計研究和應(yīng)用推廣具有重要的意義。

1蔬菜畦作農(nóng)藝要求

目前日本、荷蘭、澳大利亞等蔬菜生產(chǎn)已實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化種植，日本針對各類蔬菜的種植給出具體的畦作農(nóng)藝要求（畦寬、畦高及株行距要求），荷蘭、澳大利亞等針對蔬菜種植給出標(biāo)準(zhǔn)化的畦作要求，并規(guī)定畦上作業(yè)機具的輪距與畦寬尺寸一致，保證畦上作業(yè)的順利進行[5-10]。相反，我國蔬菜種類多、品種全、南北方種植差異大、種植制度不規(guī)范，直接導(dǎo)致各地的畦作農(nóng)藝要求也不盡相同，須盡快統(tǒng)一規(guī)范，形成系統(tǒng)的畦作標(biāo)準(zhǔn)，進而為做畦裝備的設(shè)計與推廣提供理論基礎(chǔ)。

我國菜畦的主要類型有平畦、溝畦、高畦（壟），其中高畦（壟）的畦面高于地面，用于種菜，畦溝內(nèi)方便蓄水和排水，特別適合南方降水量較大地區(qū)蔬菜種植；同時高畦還有利于保溫和增厚耕作層，適合耕層淺地區(qū)的蔬菜種植，適用性更強，在實際生產(chǎn)中更受歡迎。

高畦（壟）的結(jié)構(gòu)尺寸因區(qū)域氣候條件、土壤條件及蔬菜種類等而異，結(jié)合調(diào)研和文獻檢索，給出我國南方蔬菜典型作物畦作的農(nóng)藝要求（表1）[11-17]。由表1可知，大部分蔬菜作物可按做畦截面形狀將高畦（壟）歸類為寬畦和窄畦2類。其中，寬畦可設(shè)為2種規(guī)格：畦寬為100～120、150～170 cm，畦高為15～20 cm，可調(diào)；窄畦也可設(shè)為2種規(guī)格：畦寬為 50～60、80～90 cm，畦高為20～30 cm，可調(diào)。

2國外蔬菜做畦裝備研究現(xiàn)狀

近年來，國外蔬菜做畦技術(shù)與裝備研究較迅速，許多國家已將蔬菜畦作的農(nóng)藝要求進行系統(tǒng)研究，并制定相應(yīng)的農(nóng)藝規(guī)范，限定畦上作業(yè)機械輪距要求，進而開發(fā)出相應(yīng)配套的做畦裝備，真正實現(xiàn)農(nóng)藝與農(nóng)機的有效結(jié)合。目前，國外蔬菜生產(chǎn)機械化程度高，研制開發(fā)的做畦裝備性能穩(wěn)定，產(chǎn)品多而全，已形成系列化，適用性廣，應(yīng)用也較普遍，正朝著高效復(fù)式、節(jié)能減阻、自動化及智能化方向發(fā)展，以作業(yè)環(huán)境不同其產(chǎn)品大致可分為以下2類。

2.1露地栽培做畦裝備

露地用蔬菜做畦裝備以歐美等國為代表的大農(nóng)場用做畦機為典型代表，意大利、法國等歐美國家地廣人稀，人均耕地面積大，主要考慮作業(yè)的高效性。此類產(chǎn)品體積較龐大，大多采用牽引式行走方式，多畦（2、3、4、6畦為主）聯(lián)合作業(yè)方式。

牽引式做畦裝備在國外一般采用3點懸掛裝置掛接于大馬力拖拉機（≥44.1 kW）后方，根據(jù)對土壤的作業(yè)次數(shù)又分為單刀輥和雙刀輥2種結(jié)構(gòu)，兩者相比單刀輥結(jié)構(gòu)配套動力相對需求小，更適合沙性土壤環(huán)境作業(yè)；雙刀輥結(jié)構(gòu)采用二次表1典型作物畦作農(nóng)藝要求

類型蔬菜每畦種植方式畦寬（cm）溝寬（cm）畦高（cm）畦型特點葉菜類白菜撒播100～12015～2012～20淺溝寬畦甘藍移栽2行或4行120或17020～3015～20淺溝寬畦茄果類番茄移栽2行120～1503015～20淺溝寬畦辣椒移栽2行80～9025～3015～20淺溝窄畦根莖類胡蘿卜條播1～2行50～6025～3015～20淺溝窄畦馬鈴薯移栽2行80～902525～33深溝窄畦

耕作土層的原理，精細耕作表層土壤，所整理的畦質(zhì)量更佳，同時也適合黏性土壤作業(yè)。

單刀輥牽引式做畦裝備主要由機架、扶土器、傳動機構(gòu)、起壟板、壓整蓋板、尾輪等組成，部分還包含鎮(zhèn)壓輥及液壓控制部件等（圖1）。其工作原理為：采用地表土壤堆積培埂后做畦，一般先通過深旋耕刀輥（或刀齒）深耕土壤，將土壤進行破碎并松散凸起于地表，形成足夠的堆土量用起壟板培埂，然后用壓整蓋板或整形、鎮(zhèn)壓部件壓整埂，實現(xiàn)所要求的畦結(jié)構(gòu)。雙刀輥牽引式做畦裝備在單刀輥的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上再增加表層精細碎土輥裝置，進行深耕環(huán)節(jié)后表土二次精細破碎，再起畦作業(yè)，其目的在于保證表層土壤達到蔬菜苗床整理的細碎度要求。相關(guān)機型有意大利Hortech公司、FORIGO公司及MASSANO公司生產(chǎn)的多種類系列化做畦機，CELLI公司生產(chǎn)的ARES系列做畦機，ORTIFLOR公司TSA系列做畦機以及法國Simon公司Cultirateau系列做畦機等[18-19]。

上述露地栽培做畦裝備一般僅適合淺溝型畦場合，此外，國外還有利用開溝做畦原理研制的做畦裝備，尤其適合深溝型畦作業(yè)場合（圖2）。開溝型做畦機一般先采用兩側(cè)的圓盤式開溝裝置將土壤深旋，而后土壤被圓盤的旋轉(zhuǎn)帶動，通過離心力甩至畦的正中央，自然形成畦結(jié)構(gòu)，部分機具為保證畦表面的平整度，在畦表面增加鎮(zhèn)壓板或鎮(zhèn)壓輥對表土鎮(zhèn)壓修平。相關(guān)機型有意大利COSMECO公司研制的B1、B10、B12型開溝做畦機，CUCCHI公司AS2型開溝做畦機以及英國George Moate公司3行做畦機等[20]。

2.2設(shè)施栽培做畦裝備

設(shè)施結(jié)構(gòu)類型主要有日光溫室、塑料大棚及連棟溫室等，由于連棟溫室內(nèi)部構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)，棚室門寬敞，方便機器進出，同時棚邊角處無操作死角，因而連棟溫室內(nèi)做畦裝備有很多直接借鑒露地做畦裝備，圖3為圖1-a中的機具在國外大型塑料大棚內(nèi)作業(yè)圖。而針對日光溫室和塑料大棚等作業(yè)空間有限的作業(yè)環(huán)境，日本、韓國等農(nóng)業(yè)發(fā)達國家也研制出成熟的產(chǎn)品，這些國家作業(yè)田塊小，人口相對集中，其研發(fā)的做畦裝備結(jié)構(gòu)較緊湊輕盈，便于進出設(shè)施棚室，且易操作，目前正在向進一步降低能耗、提高作業(yè)精度和質(zhì)量方向發(fā)展。

如圖4所示，此類產(chǎn)品一般采用汽油機為動力，將動力傳遞至刀輥上，刀輥通常在中間部位布置旋耕刀片，兩端設(shè)有起壟刀片，通過刀輥的轉(zhuǎn)動帶動旋耕刀切削土壤，同時起壟刀將切出的土塊甩至畦中間區(qū)域集中，再利用起壟整形板鎮(zhèn)壓畦溝的側(cè)邊，完成畦的整理。此類裝備大多采用自走式行走方式，并多采用單畦或雙畦作業(yè)方式。相關(guān)機型有日本井關(guān)公司MSE18C、KK83F6型做畦機，韓國璟田3ZL-5.9-1200型做畦機及英國Little Wonder公司902型做畦機等[21-22]。

另外，針對作業(yè)功能的不同，為提高作業(yè)效率，減少土壤壓實，國外部分做畦裝備并非僅有單一做畦功能，很多采用的是復(fù)式作業(yè)結(jié)構(gòu)，主要代表產(chǎn)品有做畦覆膜一體機、做畦施肥一體機、做畦播種一體機、做畦鋪管一體機等。

3國內(nèi)蔬菜做畦裝備研究現(xiàn)狀

我國現(xiàn)有的露地栽培做畦裝備大多借用糧食作物上用的起壟機具，采用大馬力拖拉機配套旋耕起壟機，拖拉機動力一般為36.75 kW以上，雖然作業(yè)效率高，但作業(yè)質(zhì)量遠不能滿足蔬菜精耕細作的做畦要求；而設(shè)施內(nèi)大多采用微耕起壟機（6.615 kW以下）或手扶拖拉機（8.82～11.025 kW）配套旋耕起壟機，動力偏小，作業(yè)效率低且質(zhì)量差，作業(yè)質(zhì)量還有待提高[23]。

近幾年國內(nèi)蔬菜機械裝備逐漸得到重視，國內(nèi)對蔬菜做畦技術(shù)與裝備的研究逐漸增多，但仍處于起步階段，成熟的產(chǎn)品相對較少。2013年北京中農(nóng)富通園藝有限公司和上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院在國內(nèi)最先開展蔬菜專用做畦機具的引進，分別引進了意大利FORIGO公司和Hortech公司的蔬菜做畦機，開展了相關(guān)研究并發(fā)現(xiàn)機具出現(xiàn)“水土不服”的情況，整地效果與國外相比相差甚遠[24]。之后，上海市農(nóng)業(yè)機械化研究所對Hortech公司引進的機具結(jié)構(gòu)進行了改進，基本滿足葉菜類蔬菜種植的做畦農(nóng)藝要求[25]。

2014年農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所聯(lián)合青州華龍機械有限公司開發(fā)了125/140型精整地機，采用牽引式雙刀輥結(jié)構(gòu)，工作時前后刀輥同時相向轉(zhuǎn)動，上下分層分段切削土壤，而后采用壟形板和主動鎮(zhèn)壓畦壓整，作業(yè)效率高，露地栽培與設(shè)施栽培均適用[26-28]。2015年與江蘇省鹽城市鹽海拖拉機制造有限公司共同開發(fā)了設(shè)施用單/雙畦施肥做畦一體機，適用于淺溝窄畦作物的做畦。

同樣采用雙刀輥切削原理、牽引式結(jié)構(gòu)形式，2015年黑龍江德沃科技開發(fā)有限公司研制了1DZ-180型多功能整地機，配套動力達60 kW，作業(yè)幅寬1.8 m，畦高5～20 cm，適合用于露地蔬菜栽培。同年，江蘇省太倉市項氏農(nóng)機有限公司開發(fā)的1ZKPY-130/150型做畦機具采用單刀輥結(jié)構(gòu)，單次切削土壤后利用被動鎮(zhèn)壓輥鎮(zhèn)壓做畦，結(jié)果可實現(xiàn)畦結(jié)構(gòu)，但作業(yè)后畦表層的土垡過大，效果不夠理想。

針對設(shè)施用做畦裝備，山東華興機械股份有限公司研制的3TG-6型多功能起壟機，做畦寬度40～120 cm；畦高15～40 cm，可做畦或起圓壟，同時設(shè)有夯實機構(gòu)在做畦過程中自行對畦表面進行鎮(zhèn)壓操作，適合深溝窄畦蔬菜作物做畦需求。

4存在的主要問題

4.1標(biāo)準(zhǔn)化種植程度低

我國蔬菜種植基本都以個體農(nóng)戶為主，規(guī)模較小，同時蔬菜種類繁雜，各作物對做畦及起壟的農(nóng)藝要求各不相同，缺乏規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化的引導(dǎo)，一方面使得開發(fā)的同一做畦裝備作業(yè)性能不能適應(yīng)不同區(qū)域、不同土壤條件的同類作物整地要求，通用性不強；另一方面會導(dǎo)致各做畦裝備設(shè)計的輪距寬窄不一，使得后期的移栽（或播種）裝備及收獲裝備無法銜接配套使用。

4.2做畦專用化裝備認識不夠

目前國內(nèi)農(nóng)戶對蔬菜地整理裝備的認識上仍然停留在簡單的犁旋耕和微起壟等裝備上，對做畦環(huán)節(jié)基本都是以傳統(tǒng)的手工拉線標(biāo)記和培畦埂作業(yè)完成；或仍采用起壟機代替做畦機作業(yè)，不重視做畦專用裝備的開發(fā)，導(dǎo)致畦溝的作業(yè)質(zhì)量達不到蔬菜床整理的要求。

4.3裝備作業(yè)質(zhì)量差

現(xiàn)有研發(fā)的做畦裝備作業(yè)質(zhì)量不佳，存在耕深不夠、畦面平整度和細碎度差，畦溝不直不清等問題；同時對作業(yè)區(qū)域的選擇性要求較高，在沙土條件下作業(yè)性能優(yōu)于粘性土，目前對黏濕土的適應(yīng)性差，甚至出現(xiàn)卡死罷工等現(xiàn)象。

4.4裝備智能化程度低

國內(nèi)現(xiàn)有的少量的做畦裝備運用了液壓控制技術(shù)，使得鎮(zhèn)壓輥部件能主動旋轉(zhuǎn)鎮(zhèn)壓松散的畦埂表面，平整度得到有效提高，但在耕深智能調(diào)節(jié)、畦寬智能調(diào)節(jié)、畦面緊實度、畦溝直線度等作業(yè)質(zhì)量在線檢測控制等方面還存在缺陷，有待進一步提高完善。

4.5裝備系列化配套差

現(xiàn)有做畦裝備基本都用于小田塊單畦作業(yè)，作業(yè)效率低，對于像露地等大田塊做畦裝備目前國內(nèi)仍是空白，缺乏系列化產(chǎn)品；此外，現(xiàn)有的做畦裝備大多關(guān)注于做畦本身的功能開發(fā)，對與做畦功能配套的覆膜、鋪管、施肥等復(fù)式聯(lián)合作業(yè)機具的開發(fā)很少見到相關(guān)報道，因此急須開展?jié)M足蔬菜種植要求的多元化做畦復(fù)式裝備研究。

5發(fā)展建議

5.1加強農(nóng)機農(nóng)藝緊密融合

加強蔬菜畦作的農(nóng)機農(nóng)藝融合，對蔬菜種類進行歸類劃分系統(tǒng)研究，對其種植要求及菜地整理要求進行分類，政府引導(dǎo)制定規(guī)范，提出合理的做畦農(nóng)藝要求，提高標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)程度，便于做畦專用裝備的研發(fā)和推廣。

5.2進一步提高裝備的作業(yè)質(zhì)量及適應(yīng)性

提高裝備的設(shè)計水平，加強刀齒、刀片等關(guān)鍵部件的數(shù)值模擬和試驗研究；提高關(guān)鍵零部件的制造質(zhì)量，在可靠性和適應(yīng)性方面開展系統(tǒng)研究；引進國外先進技術(shù)，加強作業(yè)性能智能化控制和作業(yè)質(zhì)量智能化檢測研究，進一步提高做畦裝備的研發(fā)水平和作業(yè)質(zhì)量，同時引導(dǎo)農(nóng)戶使用新裝備。

5.3加強復(fù)式系列化作業(yè)裝備研發(fā)

隨著蔬菜露地生產(chǎn)規(guī)模的增大，不但要關(guān)注做畦裝備的作業(yè)質(zhì)量，更應(yīng)提高作業(yè)效率，一方面加強作業(yè)裝備的系列化研究，研制滿足生產(chǎn)需求的多畦作業(yè)裝備；另一方面應(yīng)吸收國外的成功經(jīng)驗開展復(fù)式作業(yè)裝備的研發(fā)，如做畦覆膜（鋪管）一體機、做畦播種一體機、做畦施肥一體機等聯(lián)合作業(yè)裝備的開發(fā)。

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