绿叶类蔬菜固定道机械化作业模式探讨*

2022-07-21陈永生管春松杨雅婷崔志超许斌星刘先才

农业工程技术 2022年10期

陈永生，管春松，杨雅婷，崔志超，许斌星，刘先才

（1.农业农村部南京农业机械化研究所，南京 210014；2.江苏现代园艺工程技术中心，江苏句容 212400）

固定道作业依据农艺和农机具作业要求，在田间规划出固定的、间隔一致、均匀排列的作物生长带和固定的机具行走带。在作物生产的耕、种、管、收各环节，机器行走系统在固定的车道上行驶，车道上不种植作物，作物生长带不被车轮压实。作物生长带因为没有机器碾压，不需要每年耕翻或深松就可保持良好的作物土壤环境，保证作物生长最佳状态，达到保护性耕作的技术要求。固定的行走带上不种植作物，确保较高的土壤紧实度和承压能力，改善动力机械的附着力和牵引效率。澳大利亚、美国、英国、荷兰等国已在棉花、玉米、小麦、蔬菜等多种作物生产中成功推广应用固定道作业模式。早在2003年，澳大利亚固定道作业面积已达到100万hm2[1]。目前全世界固定道作业面积约300万hm2，欧洲把固定道称为“田间高速公路”，大量采用24 m和48 m标准距离的固定道机械化作业模式。固定道作业模式的核心是轮距和工作幅宽的兼容性。除了对通用农机进行适当改装以适应固定道外，也出现了专门定制的“龙门型”作业装备。

国外多年来的实践表明，固定道作业技术是一项高效节能、保土增产的技术，有利于农业的可持续发展。其优点体现在以下3点：①改善土壤结构，增强土壤水分的入渗能力，促进增产，减少温室气体排放；②减少功率浪费，提高作业质量和作业效率；③有利于农田作业的便捷化、精细化、智能化、无人化。

国内对固定道作业模式研究起步较晚，主要集中在粮食作物生产中，未见蔬菜生产固定道作业模式相关的报道。杜兵[2]等通过试验研究表明，在设定试验环境下，无论在免耕还是在已耕地条件下，采用固定道耕作法，消耗在开沟破土上的能量可减少40%左右，这说明固定道耕作法在节约能耗、降低投入方面，具有很大的潜力。甘肃农业大学农学院杨荣[3]等在大田试验条件下，研究了固定道耕作对土壤物理性状的影响。结果表明不同区域作物收获后土壤容重总体表现出固定道最大、平作区次之、垄耕区最小的变化趋势。固定道压实显著增加了固定道内0～20 cm土层土壤容重，但避免了机械和灌溉对作物生长区的影响。固定道耕作技术具有减少作物生长区机械和灌溉干扰的作用，而且机械行走区所形成的土壤隔水层能起到减缓裸露地土壤水分蒸发的作用。为适应固定道作业模式，山西省农业科学院、中国农业大学等机构开展了“固定道玉米播种机”“固定道垄作免耕播种机”等研究[4-5]。

国外蔬菜地固定道作业模式

以澳洲和欧美地区为代表，国外蔬菜地固定道作业模式主要应用于露地生产。

澳大利亚塔斯马尼亚蔬菜地固定道作业模式

John E.McPhee等[7]以澳大利亚塔斯马尼亚蔬菜生产为对象，研究了复杂地形的固定道耕作方式下的蔬菜生产布局设计（图1），以及多样化蔬菜生产机械化面临的挑战和技术途径，探索了在蔬菜生产中采用固定道保护性耕作方式对土壤物理性质及耕作效果的影响，结果表明固定道耕作较传统耕作方式减少耕作强度20%～60%，并有利于改善土壤物理性质[6]。另外，机械在固定道上运动与在耕翻后垄面运动比较，仅综合能耗一项可降低60%左右。Vermeulen等[8]对澳大利亚有机蔬菜种植（菠菜、洋葱、胡萝卜等6 种作物）的研究表明，与传统耕作方式相比，固定道耕作可使土壤N2O排放量降低20%～50%，土壤对CH4的吸收量增加5～20 倍。

图1 澳大利亚蔬菜固定道作业示意图/m

澳大利亚塔斯马尼亚蔬菜农场采用的是2 m轨距的固定道作业模式。耕、种、管、收各环节的作业机械的轮距也都是2 m，仅作业幅宽有所不同，但作业幅宽和轮距之间是整数倍的关系。如耕整地、播种、移栽、收获时的作业幅宽是6 m，植保作业的幅宽是18 m。

荷兰Langeweg有机农场蔬菜地固定道作业模式

位于荷兰西南部的Langeweg有机农场在种植胡萝卜、洋葱、青豌豆、菠菜时实行的是轨距3.15 m的季节性固定道作业模式[8]。所谓季节性固定道作业（图2）即并非所有环节的作业都是在固定道上。轨距3.15 m的机耕道只是对应春季基肥撒施、苗床精整、播种移栽和田间管理环节时的作业，作业幅宽都是6.3 m，而在秋季收获以及耕翻时都是不按固定道作业的。

图2 荷兰蔬菜固定道作业示意图/cm

绿叶类蔬菜标准化种植模式的探索

所谓绿叶类蔬菜，是指鸡毛菜、茼蒿、蕹菜、菠菜、芫荽等以直播为主、一次性切割收获的绿叶菜。中国此类蔬菜种植面广量大，尤其是在城郊蔬菜产业中的地位尤其重要。在江苏，城郊地产蔬菜中绿叶类蔬菜播种面积和产量分别约占蔬菜总量的40%和30%左右。在上海，绿叶类蔬菜年上市量130 万t左右，约占地产蔬菜总量的54%。绿叶类蔬菜有设施和露地两种种植模式，种植设施以单体钢架塑料大棚和连栋塑料温室为主。绿叶菜设施种植可以实现全年多茬生产，品质和产量都可得到有效保障，因此设施种植占比将会增加。

从2012年以来，江苏、上海等地开始重视发展绿叶类蔬菜生产机械化。通过引进、消化、吸收再创新，先后成功研发了多种精整地起垄（作畦）机、精量直播机、叶菜收获机。绿叶菜生产全程机械化开始在上海、江苏、湖北、北京等全国多地推广应用。

绿叶类蔬菜生产是典型的精耕细作模式，对整地、播种和收获每个环节的作业要求都很高。土壤细碎度、垄（畦）面平整度、播深一致性、灌溉均匀度，以及品种适应性等诸多因素都给最后采收环节的作业质量带来了很大影响。人们在致力于提高绿叶类蔬菜耕、种、收各环节机具作业性能和质量稳定性的同时，也发现了一个新问题，即因机具作业幅宽不一而带来的机具难配套的问题[9]。针对此问题，农业农村部南京农业机械化研究所的科研团队在国内率先提出了1.5 m垄距的标准化垄型规格（图3），并形成了小型手扶式和大中型乘座式两类机具配置方案，这是综合考虑了绿叶类蔬菜种植产量保障、机具作业质量控制、田间管理方便，并兼顾设施和露地生产条件等因素提出的。实践证明此方案符合中国绿叶类蔬菜生产实际，利于机具配套共用，利于保障作业质量，得到了行业内的高度认同。2021年6月，包括绿叶菜在内的14 个蔬菜适宜品种全程机械化生产模式与典型案例在行业内发布。2022年3月，农业农村部农业机械化管理司正式发文在全国推介。

图3 绿叶菜种植标准化垄型图/cm

基于绿叶菜标准化种植模式，2021年下半年，江苏省蔬菜产业技术体系有关团队在南京市谷里现代农业园内联合开展了绿叶菜1.5 m垄距固定道作业模式试验（图4），并对整地和收获环节机具做了优化，进一步证明了这种模式可以有效保障耕、种、收三个环节的作业质量，还具有显著的节能减排作用，完全可以在更多蔬菜生产中推广应用。