蔬菜生产设施大棚性能分析与设施宜机化建议

岳崇勤，夏 焕，龚智峰

(1.上海市农业机械鉴定推广站，上海 201601； 2.上海市嘉定区农机技术推广站，上海 201800)

0 引言

设施栽培是指为了克服自然环境的条件困难，利用专门控制环境条件的设备、材料，人为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。抽样调查分析显示，设施蔬菜生产综合平均产值20万元/hm2，净产值15.7万元/hm2，比露地蔬菜生产高3～5倍，投入产出比达到1∶4.45[1]。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[2]。目前我国设施园艺面积位居全球第一，设施园艺在乡村振兴、美丽乡村建设中发挥至关重要的作用[3]。

随着国家大力推进乡村振兴战略，我国农业正逐渐从增产导向向提质导向转变，“十四五”期间会加快向高质量发展转型升级。农业生产已从主要依靠人力畜力转向主要依靠机械动力，农业生产进入了机械化为主导的新阶段。设施农业作为农业产业的重要组成部分，设施化比例是衡量菜篮子工程蔬菜生产基地建设水平的重要指标之一，在实施乡村振兴战略中，具有非常重要的意义[4]。设施内蔬菜生产是上海菜篮子工程稳产保供的保障，随着蔬菜生产机械化的发展，现有设施内蔬菜生产机械化受作业环境限制，大型农业机械普遍存在“路难走、门难进、边难耕、头难掉、效难高”的问题[5]。基于此，本文通过对上海地区绿叶蔬菜生产核心基地的蔬菜生产设施情况进行调研，并重点对蔬菜生产“机器换人”示范基地等重点蔬菜生产单位进行典型调研，聚焦蔬菜生产机械化难题，围绕棚室改造情况和新建设施大棚宜机化情况，为上海地区在设施蔬菜大棚宜机化改造和建设方面提供可行性建议，为蔬菜生产机械化推进提供助力。

1 基本情况

1.1 核心基地设施情况

2021年1—2月，对上海在册绿叶蔬菜生产核心基地进行了调研，全市绿叶蔬菜生产核心基地共312个，分布在全市9个涉农郊区，涉及蔬菜生产合作社275家。发出问卷312份，回收有效问卷291份，问卷有效回收率达93.3%。291个绿叶菜生产核心基地，总面积5 479 hm2，核心基地平均面积18.8 hm2。全市绿叶蔬菜核心基地设施总面积达到3 292.3 hm2，占比60.1%。其中，6型棚面积1 047.7 hm2，占比19.1%；8型棚面积1 986.5 hm2，占比36.3%；连栋棚面积258.1 hm2，占比4.7%。绿叶蔬菜核心生产基地设施菜田情况如图1所示。

图1 全市绿叶蔬菜生产核心基地菜田构成Fig.1 Composition of vegetable fields in the core base of green leafy vegetable production in Shanghai City

1.2 典型蔬菜生产示范基地情况

通过对18家蔬菜生产“机器换人”示范基地，以及上海星辉蔬菜有限公司、上海结球农业有限公司华固蔬菜生产基地等进行典型调研得知，综合考虑机具通过性、改造成本，适宜机械化作业的大棚设施主要有2种。一种是在原标准8型棚基础上进行棚室、道路改造，方便中小型机械通行和作业，18家蔬菜生产“机器换人”示范基地基本都采用了棚外路变宽、棚门变大、两棚连接变长等改造方式，2020年宜机化改造大棚面积共150.35 hm2。另一种是连栋大棚，棚体较高，棚门较宽，机器的通过性良好。单座连栋大棚面积大多为0.1～0.2 hm2，最大的超大型单个连栋大棚面积达15 hm2。上海结球农业有限公司华固蔬菜生产基地计划建设单个大棚面积15 hm2的大棚10个，目前已经投入使用2个，该超大型连栋大棚长度达470 m，减少了田间转弯掉头频率，特别适宜大型机具作业。

2 存在的问题

2.1 存量单体棚性能分析

据笔者调研，现存的棚室面积中，6型棚和8型棚比例在90%以上，但建造时间大多在10年以上。建造标准主要考虑采光、保温、通风等，建设标准较低，建设之初没有将“适宜机械通过”因素纳入到基础设施建设的标准中[6]。标准6型棚宽度6 m，长度30 m，两侧作业有效高度低矮，甚至有些在1 m左右。标准8型棚相对6型棚，在长度、宽度、高度方面稍好，标准8型棚宽度8 m，长度40 m，两侧作业有效高度一般在1.5 m以上。大棚端部的棚门设计之初较少考虑机具通过，棚门宽度一般为1.5～1.8 m。上海处于多雨气候，为防止大棚受到台风和洪涝的不利影响，棚外道路与棚门之间设有明沟排水沟，棚门处架设简易的过道板，连接排水沟两侧沟渠，过道板铺设宽度一般在1 m左右，甚至有些过道板只能行人通过。目前现有部分道路和棚室不利于拖拉机等中大型机械通过，制约了蔬菜机械的推广和使用。

2.2 存量8型棚改造后性能分析

由于6型棚本身过于低矮短小，这一先天性不足，即使经过改造也难以保证农机具的通过性，因此从适用性、经济性等方面通盘考虑，蔬菜大棚改造仅仅针对8型棚，不建议对6型棚进行改造。针对8型棚的改造主要包括以下方面。针对门难进问题，在保证大棚主体结构安全、稳固的基础上，扩大8型棚的开门宽度，甚至采用全开门等方式；把纵向对应门对门排列布局的2个大棚联通起来，增加大棚长度，与原来大棚相比，至少减少一半的作业死角，增加有效作业面积，减少一半的掉头次数，提高了作业效率。改变传统的逐个大棚依次作业模式，把拖拉机棚内掉头改为了部分棚外掉头，解决了单棚作业时因棚内掉头遗留作业死角的难题。拓宽进棚过道板，与改造后棚室门宽度相当或略宽，方便中大型机具顺畅进出。

经过改造以后，在方便机械化作业的同时，对叶菜种植有利有弊。益处是夏季通风好，减少夏季高温对蔬菜生产的不利影响，但对冬季来说，优点变成了缺点，尤其全开门的方式在冬季存在保温性不好的弊端，端部全开后，使得门底部无法固定，与地面之间产生了约20 cm的间距，另外与传统移门相比，这种开门方式两侧边无法与棚体连接处近似一条曲线，不能严丝合缝的完全契合，会留有缝隙，这两个弊端使棚室冬季保温效果大打折扣。叶菜(尤其是靠近棚门生长区域)会因遭遇低温冰冻天气而出现冻伤，进而出现减产。另外，若不改成全开全闭式棚门，仅仅把原来的推拉门改宽，由于推拉门自重增加，移动的摩擦力增大，淤泥现象严重，造成人工推门费时费力，甚至卡死造成无法移动的情况。

2.3 连栋大棚性能分析

普通连栋大棚对中小型机械友好，机器作业效率高、效果好。对于连栋大棚来说，棚室面积大小合适，既能发挥机械化、规模化作业的最佳效用，又能与成本收益、通风光照相平衡，显得尤为重要。并不是说棚越大，效果越好。如15 hm2的单座连栋大棚，棚体长度达470 m，非常适合大型机械停放、掉头、作业、管理，但由于棚体太长，给通风、排水带来了挑战。由于风机功率有限，在如此大的空间内，无法起到良好的通风效果，虽然冬季保温效果大大优于普通单棚，但在夏季高温天气，不采取消耗能源降温的情况下，太高的棚内温度对蔬菜生长非常不利，同时对蔬菜生产工人是极大考验。在排水上，超大型连栋大棚需要的排水沟比普通单体连栋温室需要的排水沟更加宽，考虑到上海地区夏季容易遭遇台风内涝，极端天气下极端时间的强降雨，排水沟的压力较大，排水设施的畅通性对大型单体连栋大棚显得尤为重要，否则棚内地块容易互相影响，造成积水。积水后，水泡过的蔬菜大多不能正常生长，甚至造成绝收，而水泡的菜田会出现板结，土壤肥性流失，严重影响下一茬蔬菜的生长。

3 设施宜机化建议

推进设施菜田宜机化，是促进蔬菜生产机械化的基础和关键，设施建设标准决定了后续机械化作业技术模式，据调研得知，根据机器作业幅宽、土地利用率、农艺配套便利、生产习惯等因素，建议采用畦面宽度1.1 m的5畦/棚作业模式，基于此，提出以下建议。

3.1 存量8型棚宜机化改造

因地制宜采取双棚连接、短并长、小并大、门加宽等方式，尽可能满足主推蔬菜机械顺畅通过和作业，改造后棚门高2.0～2.2 m，宽3.0～6.0 m，为保证强度，可以在门横梁与顶拱之间安装连续斜杆，形成大桁架结构，保证管棚断面垂直方向的结构强度，门横梁向棚内安装两根斜支撑连接到二道梁上，保证管棚断面水平方向的强度。改造较为适用的移门方式，移门门框分上下两部分，上半部覆盖防虫网，下半部覆盖薄膜，另有一扇薄膜活动窗，当活动窗移动到门框上半部时为密闭保温状态，活动窗移动到门框下半部时为通风状态。取消地面导轨，门框关闭时采用局部门挡固定。

3.2 新建机械化生产单体棚

单型棚相对连栋棚便于生产管理、便于安排茬口等优点，在高温高湿持续时间较长的上海地区，大面积的连栋大棚具有一定的风险，连栋大棚同一时间的不同茬口蔬菜，在棚内小气候影响下极易出现虫害、病害，而单个单型棚内一般种植一个蔬菜品种，生长期一致，需要的环境基本一致，即使出现虫害和病害，也容易控制。充分考虑机械化作业的条件，发挥机械化作业的高效化、规模化、标准化、信息化等优势，建议建设一批长度≥80 m，棚内有效作业宽度8 m的单体棚，拱与地面夹角≥82°，肩高>1.8 m，新建单棚门高度≥2.2 m，宽度3～6 m，该参数大棚既满足了上海地区自然环境下蔬菜生长的需要，又适合机械化生产，是蔬菜生产农艺和机械化生产的有机结合。

3.3 新建连栋大棚

大棚生产过程中对蔬菜生产起作用的小气候环境与土壤农作物是一个有机统一体，要取得丰收，其中每一个因素都不可缺少。在生产过程中必须根据不同蔬菜在不同生育期对环境条件的要求，及时科学地控制调节蔬菜与小气候、土壤等环境的关系，才能实现优质、高产[7]。而大棚内的空气流动性不强，湿度较高，光照较差，这些都使病菌侵染速度加快，极易蔓延成灾，这也是大棚蔬菜病害传播速度快的主要原因[8]。若大棚建设过大，将加大小气候环境的管控难度，增加病害、虫害的风险，导致蔬菜产量下降、品质变差[9]。新建连栋棚不宜过大，0.2～0.4 hm2为宜，长度≥80 m，单跨度有效使用宽度8 m(不包括水泥基础立柱)，大棚门洞超过3 m×3 m，肩高≥3 m，该参数连栋大棚既满足了机械化作业，又防止了大棚太大难以农艺管理。

3.4 道路沟渠等配套设施建议

建设水泥混凝土结构路宽4～5 m的干道和路宽2.5～4.0 m的支道，道路标高与种植面标高之差≤20 cm，道路与种植设施之间连接过道板宽度≥3 m，坡度≤8°，方便机具安全进出。

3.5 设施农业智能化

智慧农业的应用为大棚蔬菜种植模式指明了未来发展方向，其主要由监控、检测、实时图像视频监控3类功能组成[10]。通过智能化生产管理，实现大棚管理科学化、自动化、少人化，根据棚内蔬菜对需水、需肥、需温等小气候的需要，及时、自动地喷淋灌溉、撒施肥料、调控温度、控制外遮阳和内保温的展闭等，根据虫害情况，及时反馈，并开展杀菌除虫作业。

4 结束语

设施菜田宜机化是推进蔬菜生产机械化的基础，在推进蔬菜生产机械化过程中要通盘考虑，把满足机械作业的设施建设标准纳入新建设施大棚建设规范，设施的标准决定了后续机械化作业技术模式。存量设施大棚建设标准较低，当时没有将“适宜机械通过”因素纳入建设标准中去，从适用性、经济性等方面综合评判，对体量较大的8型棚及道路沟渠等配套设施进行宜机化改造，是推进蔬菜生产机械化的关键。新建设施大棚要体现蔬菜产业高质量发展的要求，满足棚内小气候对蔬菜生长的需要，充分考虑机械化作业的要求，引进智慧农业新技术，促进农机农艺融合。