叶菜类蔬菜生产机械化发展对策研究

黄丹枫

（上海交通大学农业与生物学院，200240）

蔬菜生产是中国农业产业的重要组成部分，2011年的蔬菜播种面积达到1 867万hm2，蔬菜产量逾6亿t。我国消费者喜爱叶菜类蔬菜，素有“三天不见青，两眼冒金星”的说法，叶菜类占蔬菜生产总量的30%～40%（由于生产条件、市场需求等差异，各地区叶菜类蔬菜生产面积和产量差异较大）。以上海为例，2010年郊区的叶菜类蔬菜种植面积在1万hm2以上，播种面积4.6万hm2/年，总产量约120万t，其中60%是小白菜类（青菜和鸡毛菜）。

叶菜类蔬菜的周年均衡供应，是反映城市居民生活质量的标杆，因叶菜类蔬菜为不能长途运输的鲜活商品，在城市近郊的蔬菜基地通过集约化的高效生产保障叶菜类蔬菜的周年均衡供应，是现代农业科技发展的落脚点。叶菜类蔬菜生产劳动力数量不足和老龄化，已经成为制约叶菜类蔬菜生产发展的主要因素。因此提高蔬菜生产的组织化程度和生产效益，保障叶菜类蔬菜供应的质量安全和生产的可持续发展，迫切要求叶菜类蔬菜的省力化、清洁化高效栽培技术。对接农业机械化的国家战略，在上海市农业委员会和绿叶菜产业技术体系的指导和资助下，育苗和机械化工作组对上海地区叶菜类蔬菜生产机械化现状、发展需求、国际先进经验等开展综合调研，在调研考察了美国、加拿大、意大利、法国等国家叶菜类蔬菜生产机械化作业的先进经验的基础上，通过现场会、座谈会等形式，现场考察引进和自主研发的蔬菜作业机械的性能要求，调查上海叶菜类蔬菜生产机械化作业的发展需求，分析实现机械化作业的关键技术环节，提出叶菜类蔬菜生产机械化的发展对策。

1 叶菜类蔬菜生产机械化现状

1.1 概况

①叶菜类蔬菜生产的主要品种 中国是叶菜类蔬菜生产种类和品种最为丰富的国家，包括青菜、大白菜等白菜类，菠菜、生菜、蕹菜、芹菜、苋菜等绿叶蔬菜类，卷心菜、芥蓝等甘蓝类，还有韭菜、蒜苗、大葱、香葱等葱蒜类，多达230个种类。

不同种类的叶菜类蔬菜要求不同的种植方式。种植方式可以划分为大田露地种植、保护地种植和植物工厂三大类，多数叶菜类蔬菜以前两种种植方式为主。卷心菜、芥蓝、青菜、大白菜等以露地种植方式为主，有一部分与粮食、油料等经济作物间种套作，生产规模大，适于机械化作业。绿叶蔬菜以日光温室、塑料大棚等保护地生产为主，对作业装备有特殊要求。以生菜为代表的叶菜近年来工厂化生产发展较快，有人工补光立架式和日光型植物工厂两种栽培方式。

②机械化生产的需求分析 蔬菜的生产和供应显著区别于其他农作物，劳动力紧缺、生产成本高、机械化水平低、组织化程度低是蔬菜生产中面临的最大困难和问题，已经严重制约蔬菜生产的发展，因此加快推进蔬菜生产机械化成为当务之急。土壤耕作、育苗定植、施肥灌溉、植物保护、采收分级等，是叶菜类蔬菜生产机械化的主要环节；露地和保护地生产的叶菜类蔬菜对作业机械有不同要求，基于无土栽培技术的叶菜类蔬菜生产工厂，有可能在人口密集、经济发达地区得到发展。

卷心菜、芥蓝、青菜、大白菜等露地种植蔬菜，需要实现土壤耕作、育苗定植、植物保护、施肥灌溉等主要作业环节的机械化。随着工厂化育苗技术的发展，精量播种、催芽和育苗温室、运输等设施装备的研发和应用发展较快；露地作业的土壤耕作机械、植保机械等国际国内的机械装备产品成熟，能够与其他经济作物生产共享，基本满足生产需要；穴盘苗栽植和叶菜类蔬菜收获是叶菜类蔬菜生产机械装备的主要攻关内容，我国多数叶菜类蔬菜生产地区，工厂化育苗的技术和设备趋于成熟，但是蔬菜秧苗定植仍然以人工为主，劳动强度大，生产效率低；欧美国家卷心菜等大型叶菜类蔬菜的收获机械技术和产品成熟，符合我国生产的实际需求；青菜、大白菜等以中国为主要产区的叶菜类蔬菜的采收机械和设备，需求十分紧迫。

多数叶菜类蔬菜在温室、塑料大棚内生产，并采用地膜覆盖、基质栽培等生产方式，对机械化作业提出了很高的要求；由于生产的组织化程度低等因素，蔬菜生产的标准化受到制约，实现机械化生产存在难度。叶菜类蔬菜保护地生产占生产总面积的10%～35%，以上海为例，夏季叶菜类蔬菜保护地生产面积约为15%，冬季在35%左右。机械化作业的主要环节和作业要求与露地栽培显著不同，重点是整地作畦、自动灌溉、植物保护、收获运输、加工物流处理等环节。温室叶菜类蔬菜生产的耕作操作环节多，要求深耕、浅耕结合，平整、作畦、覆膜等环节组合；播种形式多样，不同品种采用撒播、条播、穴播等播种方式，对播种机的多样化和适应性要求高；叶菜类蔬菜微喷灌的技术设备基本成熟，肥水一体化的技术设备是研发重点。适于温室叶菜类蔬菜采收的机械分为三大类型，根茎部切割收获类，如结球生菜、青菜、杭白菜等；鲜嫩茎叶切割收获类，如鸡毛菜、苋菜、菠菜等；直立性叶菜切割收获类，如茼蒿、蕹菜、芹菜等。

基于无土栽培技术的叶菜类蔬菜工厂处于研发示范阶段。叶菜类蔬菜工厂在欧洲和日本等国家已经产业化，主要生产生菜、菠菜、辛香类叶菜，我国也有相关的系统研发和相关产品面市。叶菜类蔬菜工厂的核心技术包括立体栽培生长架、温室内部物流、节能光照系统、生态型有机基质栽培、营养液循环自动控制、潮汐灌溉等设施设备。我国的叶菜类蔬菜工厂主要分布在现代农业园区的温室示范基地，以节约土地资源、提高单位面积的劳动生产率、自动化清洁生产等为目标。

③采后物流加工的机械化 采收后的叶菜类蔬菜多数需要物流加工，力求保持鲜嫩、营养、方便和可口，净菜加工机械化技术和设备包括预冷、清洗、包装等主要环节。叶菜类蔬菜清洗机多采用水汽浴的原理，采用水汽浴和刮板翻搅的方法对蔬菜进行清洗，清洗能力强，洗净度高，且不损伤被清洗的物料。清洗后的叶菜类蔬菜由包装机械完成袋装、盒装或者捆扎后进入流通环节。

1.2 存在的问题分析

中国自20世纪50年代初开始播种机、中耕机、营养钵制钵机、起埂作畦联合播种机等蔬菜生产机械的研制，土壤耕作、灌溉、植物保护、播种、运输等操作机械逐步受到重视，但是受到整体农业产业结构和经济水平的影响，农业基础设施较薄弱，农业生产的规模化、组织化程度低等，成为蔬菜机械化发展的障碍。受到农业机械制造投入成本的限制，工业资本直接投资农业的比重不高，蔬菜的机械化作业的整体水平较低，综合效益较低。

农产品市场物流体系构建滞后于其他要素市场的建设，叶菜类的采后处理和冷链物流技术尚未建立。蔬菜的商品化处理和加工技术未受到足够重视，采后预处理、运输工具、贮藏加工、检验技术及设备等方面存在明显不足，产品保质期短；在运输及贮藏过程中损伤和变质现象严重，一般损耗在30%左右。目前蔬菜的分选、清洗等初加工和运输过程中的装箱、搬运等作业基本上由人工完成；在贮藏保鲜方面，由于冷库的一次性投资较大，只有少数蔬菜企业拥有冷库，冷链物流有待发展。

制约叶菜类生产机械化的主要因素是农业生产方式，由于叶菜类生产的多样性、生产规模小和组织化程度低，机械化、自动化作业的技术需求不够强烈，引进机械装备的目标不明确，计划性不强，设施装备不配套，使用者的应用能力不够，技术培训不到位，适应性试验跟不上，操作人员素质受到限制，使部分引进设备闲置或因使用维护不当而难以推广。研发经费投入不足也是限制叶菜类作业机械化发展的一个重要原因，多数农机研究所缺少农艺技术专家的配合，叶菜类机械的技术需求不明确，缺少持续的研发目标和资金扶持。

2 叶菜类机械化的国际借鉴

欧美各国自20世纪30年代以来，着重解决蔬菜栽植和收获的机械化问题。1931年，前苏联研制了甘蓝收获机，1933年研制出块根拔取式收获机。1945年美国研制出黄瓜收获机和播种丸粒种子的蔬菜精量播种机。20世纪50年代以后，一些欧洲国家相继研制出各种类型的蔬菜收获机械；日本、韩国等也致力于温室蔬菜生产机械的研发和推广应用，蔬菜生产机械化水平大大提高。

2.1 融合信息技术的大型蔬菜机械

规模化、专业化的露地叶菜类生产，对大型蔬菜作业机械提出了需求。以美国、加拿大、意大利等国家生产的机械装备为代表，体现了信息化、一体化、全程化等特征。融合计算机、无线传感网络等信息技术，使大型蔬菜作业机械的智能化、自动化程度大幅度提高；组合完成耕地平整、播种移栽、收获分级等作业环节，体现了满足专业化叶菜类作业全过程的生产需求；处理规范化、物流运输冷链化等采后处理技术，保证了叶菜类质量，降低了损耗。

农业信息体系的建设与发展，计算机、网络技术与农业机械的结合，使农事操作更加标准化、精确化和高效化。利用卫星信息系统监视农作物生产情况，利用红外线照相机探测土壤温湿度，利用可变速率施肥器施肥，利用全球定位系统了解农作物的精确产量，农业生产正在发生革命性的变化。加拿大的作业机械，融入了农田信息采集和服务方面，充分应用了地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）、农田遥感监测系统（RS）等精准农业的核心技术，将这种集成系统安装在现代化的农业机械上，根据电脑处方实施机械化作业。

欧美国家经营规模的扩大和就业人数的持续减少，对蔬菜机械化生产提出了很高的要求。美国的蔬菜生产以家庭农场为基本单位，体现了高度专业化的生产特征，很多农场只生产单一品种蔬菜的某一品种，生产过程分工精细；加拿大种植业家庭农场土地经营面积平均达300 hm2，其中，500 hm2以上的大型农场占农场总数的10%。因此，因地制宜地实现整地平整、播种定植、灌溉施肥以及收割等关键作业环节的机械化，要求叶菜类蔬菜作业机械具有大型化、自动化、高性能、一体化等组合功能，农机具质量稳定可靠，售后服务好。

2.2 基于设施园艺技术的温室作业机械

发展设施园艺技术，研发和应用温室专用的小型作业机械，应学习和借鉴日本、韩国的技术和产品。日本农户的蔬菜栽培面积较小，多数农户利用遮雨棚等低成本、环保型简易设施。设施结构规格化，减少温室零组件，降低设施与资材成本，提高设施利用效率，建立省力化与舒适化的栽培作业体系，降低劳动强度、解决劳动力不足等问题，是日本设施农业的发展方向。复合环境控制的微电脑温室管理系统、远程网络监控管理系统、营养液无土栽培系统等先进的设施园艺新技术，使蔬菜生产在较高的设施栽培成本下仍然有利可图。

日本、韩国研发和应用的小型化、系列化、园艺化的小型机械，适用于单体和连栋塑料管棚等设施菜田，适合规模较小的农户应用；研发的整地、作畦、覆膜一体化的园田管理机械如小型播种机、移栽和施药器械等为精准作业提供了设施装备保障。随着传感器、机器视觉、计算机、网络技术的应用，温室内蔬菜作业的机械化、智能化和精准化的技术和产品日趋成熟，蔬菜作业专用机型如小型菜园和棚室用旋耕作垄一次成型机，高精度的带粘着式、吸气式、加压式、电磁式精密播种机，以及旋耕、作垄、分层施肥、覆膜、播种一体机等相继问世；与全自动秧苗移栽机相协调的标准化作业，能够有效替代播种、整地、移栽等关键环节的人工作业。

2.3 温室物流技术与植物工厂

基于营养液膜和深水培的绿叶蔬菜无土栽培生产技术，在荷兰、英国、日本等国家已进入商业化生产阶段，其核心技术是通过营养液合成、生产面积的高效利用、优化的温室物流等先进技术，工业化地生产绿叶蔬菜。荷兰的温室物流系统有可能作为育苗和Baby Leafy Vegetable高效生产的重要技术，使零农药生产、温室生产链的信息化管理、精准作业成为可能。

CPPS是日本千叶大学古载沣树教授发明的一种封闭式的植物生产系统，它由生产环境隔热层、多层培养架、营养液管理、二氧化碳供应、小气候控制等五大部分组成，在有效利用植物生长空间、减少并控制环境能耗、提高生产效率、产品无农药污染等方面具有明显优势。这种人工模拟植物生育环境的封闭式生产系统，有可能成为叶菜类蔬菜高效生产的途径之一。

2.4 采后加工物流机械

为了保证质量和降低损耗，美国、日本等国家非常重视叶菜类蔬菜采后处理的各个环节，从采收和田间包装、预冷、清洗、杀菌到分级包装等各个环节，形成冷链物流，使蔬菜始终处于采后生理所需要的低温条件，建立了田间采后预冷→冷库→冷藏车运输→批发站冷库→自选商场冷柜→消费者冰箱的冷链物流系统。应用条形码技术，所有蔬菜的包装均印有蔬菜名称、等级、净重、产地、地址、电话等，建立了蔬菜供应链可追溯系统，实现了处理规范化、物流冷链化、管理信息化，有效降低了加工运输环节中的损耗率。

3 发展对策与建议

农业部《全国农业和农村经济发展“十二五”规划》和《全国农业机械化发展“十二五”规划》提出了发展农业机械化的六大任务，即全面提高农机装备和作业水平、努力推动科技创新及技术推广、不断壮大农业机械化人才队伍、加快培育社会化服务组织、深入推进安全发展、大力促进农机工业和流通业发展，为叶菜类生产机械化发展指明了方向。

借鉴荷兰、日本等国家温室园艺发展的先进经验，上海绿叶蔬菜发展的着力点应放在高效、安全、生态、物流、科技等方面，通过农业的工业化生产，打造高效生态的绿叶蔬菜产业链和供应链，保障蔬菜的质量安全和生产过程的生态安全。

3.1 建立叶菜类机械化生产体系标准

叶菜类种类丰富，露地、保护地和植物工厂等生产方式多样，对机械化生产技术体系提出了不同的目标和要求；而随着机械化水平的不断提高，也对叶菜类的生产方式提出了新的要求。因此，生产标准化是农机标准化的基础，叶菜类蔬菜机械化技术与设备的研发和应用，必须与农机、农艺技术结合，标准先行。

①建立叶菜类机械标准 在叶菜类蔬菜生产机械的研发过程中，应综合考虑作物种类、生产方式和叶菜商品形态，确定研发机械的技术标准。耕地整地机械、播种移栽机械、收获机械的轮幅要统一标准，保证作畦机、播种机和收获机轮幅、畦幅、割幅相一致，设备配套，保障引进和研发的机械装备相互配套、有效使用；温室作畦机、播种机、移栽机和收获机的研发，应充分考虑现行日光温室和塑料管棚的高度和宽度，以提高设施的利用率、操作的便捷性为目标，根据保护地的设施高度和通道许可，制订播种、移栽、收获机械的轮幅、动力标准；根据叶菜商品形态，确定整株型或者分枝型收割方式；根据设施菜田不同的土壤类型，确定土地耕翻深度和收获机械的平整标准。建立主要叶菜类采后物流加工处理设备标准，实现叶菜类生产链主要环节的机械化，保障叶菜类质量、清洁卫生要求。

②建立叶菜类机械化生产技术标准 机械化作业使叶菜类的生产方式发生着革命性的变化，从栽培品种、生产设施、灌溉施肥方式到叶菜类收获习惯，应通过技术标准和操作规程，整体推进。根据叶菜类全程机械化生产的需求，保护地的设施高度、通道设置、灌溉设备布局等，与播种、移栽、收获机械相适应；选育适合规模化种植、机械化播种、定植和收获的叶菜类品种；综合叶菜类产量形成、商品形态，改变传统的播种、育苗和收割方式，以适应生产能力大和自动化程度高的机械设备运行。甘蓝类、部分白菜类、葱蒜类等的叶菜类育苗由育苗工厂承担，研究确定散播叶菜类的最佳种子用量；鸡毛菜、苋菜等应改变传统的收获方式，适应机械化作业的要求。叶菜分装、包装、运输等环节也应充分考虑整个生产链机械化作业的要求 。

3.2 创新目标与核心技术

中国是叶菜类蔬菜生产大国，生产条件和生产方式具有特殊性，机械化生产应立足于自主创新。针对叶菜类的主要产地设施条件、主要品种生产过程的关键环节，建议选择确定重点机型和关键设备，引进应用和自主研发并重，总体目标是研发推广性能先进、功能实用、可靠耐用、价格适中的叶菜类生产机械装备，建立叶菜类蔬菜机械化生产技术体系。

土地耕翻与平整、开沟覆膜、卷心菜收获等大型机械装备，国际技术先进、设备成熟，企业购置的实际用量较少，建议以引进推广应用为主；叶菜类生产机械的自主研发应立足于适于保护地生产的机械，重点研发小型耕翻、平整、覆膜一体机，适应撒播、条播和穴播的小型播种和移栽机械，根茎类、茎叶类叶菜收获机械，包装流水线等机械装置，以及育苗工厂和叶菜生产工厂的温室物流系统等。

叶菜类生产机械装备研发有待于突破的核心技术包括模块化设计成组技术、专家决策支持系统、微电子智能测控技术、清洁能源技术等。①融合模块化设计思想和成组技术，叶菜类生产机械按照作业要求进行功能组件的划分，各功能组件之间可以自由、方便的组合，既满足叶菜生产多样性的需求，同时提高机械装备的可靠性和零部件的可换性，降低机械复杂度，使机械调试和维护等操作简单化，方便升级和改造，促进叶菜类生产机械装备向模块化、系列化方向发展。②专家决策支持系统主要解决叶菜类生产过程不规范，菜农科技水平低的难题，通过将农业专家知识和技术的数字化，应用计算机技术和人工智能技术，形成计算机服务软件系统，对生产关键环节和生产过程中遇到的问题作出正确回应，指导菜农科学种菜，避免种植和管理上的盲目性；减少浪费和污染，提高叶菜类生产的综合效益。③微电子智能测控技术用于作物生长发育、生理信息的判断与获取，智能作业装备的自动导航、过程监视，通过应用机器视觉、环境信息感知、田间自动导航等技术成果，实现叶菜机械化作业的高效率、高质量，改善操作者的舒适性与安全性，促进叶菜类生产机械装备向智能化、机电一体化方向发展。④叶菜类机械的工作距离较短，对于动力的要求相对简单，日本研发的沼气动力作业机械、德国出现的氢动力概念农用机械，引发了人们对于农机低碳环保、清洁能源的期待，叶菜类机械清洁能源技术的革新与探索，既可以减轻机械化生产对油料能源的依赖，减少油料方面的消耗，同时也符合低碳环保的时代潮流，代表着未来农业新能源及农机动力的方向。

3.3 农机与农艺技术联合创新

农机装备的研发是农机技术与农艺技术的结合，需要集成工程、机械、信息和农艺技术，通过机械化，减轻人工作业强度，降低生产成本，提高生产效率。推广叶菜类机械化生产的农艺技术主要包括以下内容。①品种选育。在满足生育期、叶菜质量的前提下，选育胚轴长、直立性好、适于机械化移栽和收割的品种。②育苗标准化。建立穴盘苗标准化生产的技术体系，形成专业化、规模化的穴盘苗生产、供应体系，是实现机械移栽、定植的基础保障条件。③肥水一体化技术。节水灌溉、肥水一体化技术与微滴灌设备和机械作业相配套，是叶菜类机械化生产的一个重要环节，能够有效减少肥料投入，节约和保护水资源；应综合考虑作物品种特性、施肥灌溉需求和机械化作业要求，配置安装灌溉施肥设备。④病虫害绿色防控技术。在推广应用频振式杀虫灯、防虫网、烟雾机等性能安全的植保设备时，应充分考虑机械化作业的空间要求；通过应用信息化管理系统，监控检测叶菜类病虫草害发生、发展规律，应用植保机械设备落实综合防治措施，减少叶菜类蔬菜生产的用药量，提高蔬菜品质，保证蔬菜食用安全。

机械化生产示范基地在积极引进示范、试验推广叶菜类生产机械的过程中，及时调整更新传统生产方式，改建适合机械化作业的蔬菜生产设施，选择适宜机械化作业的蔬菜品种；对引进设备进行适应性试验，建立机械化作业的农机、农艺技术操作规范；加强宣传培训，发展蔬菜机械化服务体系，最大限度地发挥设施装备的作用，提高生产效率，提高各类机械设备的使用效率。

3.4 政策扶持与示范应用

引进和研发叶菜类生产机械，降低劳动强度，提高生产效率，是农业现代化和农机现代化的重要任务，需要政府的大力扶持。建议在建立大型农机服务体系、扶持规模化叶菜类生产基地、建设和完善蔬菜产业链的成套设施装备、加强农机研发的科技投入等方面加强政策扶持。

①理清发展思路，将叶菜类蔬菜生产机械列入农机具购机补贴重点 近年来，国家不断加大农机购置补贴的资金，中央财政农机年购置补贴资金从2004年的0.7亿元增加到2011年的175亿元。农业机械购置补贴专项是“十二五”期间国家重点扶持的四大专项规划之一，应针对叶菜类蔬菜生产机械化的关键环节，加快适用农机具的选型和试验、示范，加快高性能蔬菜生产机械的引进，并组织力量消化吸收；开展叶菜类生产机械化科研和示范，加快蔬菜生产机械化示范和推广。

②结合蔬菜标准园建设，建立叶菜类农机服务技术体系 在农机化服务中心等农机推广部门的指导下，调动农机和农业生产企业的积极性，制订和完善价格补贴政策，鼓励以企业为主体引进和示范应用大型叶菜类成套机械设备；结合蔬菜标准园建设，配备叶菜类机械化生产装备，指导规模化叶菜类生产基地加速推进机械化，建立叶菜类全程机械化生产的综合试验站和技术示范点。建立叶菜类农机服务技术体系，为蔬菜合作社、园艺场和种植农户提供叶菜类蔬菜生产主要作业环节的机械化操作服务。

③加强农机研发的科技投入，农机、农艺专家联合攻关 根据叶菜类生产机械化的技术需求，建立专项基金开展叶菜类引进机械的适应性试验和性能检测，加速推广应用；加强温室叶菜类播种、移栽、收获等关键生产环节机械装备的研发，加强技术储备，尽快形成具有自主知识产权的叶菜类生产技术装备。