上海地区3种土下切根叶菜收获机械作业性能比较分析

陈佶 夏海荣 刘伟华 岳崇勤

蔬菜是上海地区除粮食作物外种植面积最大的农作物，常年种植面积在3.33万hm2[1]。2019年上海地区蔬菜产量259.15万t，是粮食产量的2.7倍[2]。蔬菜富含多种维生素和矿物质，是人们日常生活中不可或缺的食物之一。蔬菜种植广泛，品种多样，按食用器官可分为根菜类、茎菜类、叶菜类、果菜类等。蔬菜生产是劳动密集型产业，除耕整地、植保和搬运环节有少量机械化作业外，其余环节基本仍以人工作业为主[3]。收获是蔬菜生产过程中耗时最多、劳动强度最大的环节，约占全部作业量的40%[4]，但日趋严重的人口老龄化问题使得上海地区农村劳动力匮乏，导致蔬菜生产成本增加、经济效益降低，蔬菜收获已成为制约上海蔬菜产业发展的主要因素。青菜即不结球白菜，是上海及其周边地区最常见的叶类蔬菜，具有生长速度快、生长周期短、复种指数高等特点，经济价值较高，是上海最具特色的地产蔬菜之一。青菜的收获要求较高，须切根收获，根部切口应美观平整，除黄叶外其余叶片不应有损伤。叶类蔬菜土下切根收获是对蔬菜机械化收获提出的又一难题。上海市农业机械鉴定推广站对国内外多种土下切根叶菜类蔬菜收获机械的机械结构、工作原理进行研究，对其作业性能进行比较分析，为加快推进青菜、生菜等叶类蔬菜土下切根收获机械化提供依据。

1 土下切根叶菜收获机械的特点

叶菜收获机械种类繁多，按结构型式可分为手扶式和自走式[5]；按收获蔬菜品种可分为结球类（结球甘蓝、结球生菜等）、非结球类（青菜、苋菜等）和葱韭类（韭菜）；按蔬菜切割部位可分为土上切茎和土下切根；按收获后蔬菜堆放方式可分为无序收获和有序收获[6]。叶菜收获机械由切割装置、输送装置（输送带）、升降装置、行走机构、控制机构等部件构成[7]。割刀是切割装置的主要工作部件，有圆盘刀（图1）、往复式刀（图2）、锯齿带刀（图3）等多种类型。圆盘刀主要应用于韭菜收割机械，往复式刀应用于土上切茎叶菜收获机械，锯齿带刀既可用于土上切茎也可用于土下切根叶菜收获机械。往复式刀收割蔬菜时往复行程较短，不适合青菜、生菜等根系相对粗壮的叶菜的土下切根收获，故土下切根收获机械一般使用环形或条形的锯齿带刀。

图1 圆盘刀

图2 往复式刀

图3 锯齿带刀

与土上切茎叶菜收获机械相比，土下切根叶菜收获机械主要有2个结构特点：一是没有拨禾装置。拨禾装置的作用是将叶菜聚拢便于割刀切割并将切割后的叶菜收拢到输送装置，适用于鸡毛菜、苋菜等体形小、质量小、茎叶软的叶菜。青菜、生菜等切根收获的叶菜体形大、茎叶硬，拨禾装置易使茎叶折断。故土下切根叶菜收获机械不安装拨禾装置，而是在割台前端设置金属振动筛（图4），利用前方叶菜的推挤作用将后方收割的叶菜推至金属振动筛，依靠作业时割刀自身产生的振动和金属振动筛上下交替运动产生的振动快速抖落叶菜上的泥土[8]，提高收获净菜率，叶菜经金属振动筛送至输送装置再到上方操作台装箱；二是土下切根叶菜收获机械的输送带表面采用粗糙不平的设计以增加摩擦力，便于将青菜、生菜等单株质量较大的叶菜从下方割台输送至上方操作台。一些进口收获机的输送带表面增设了橡胶钉条使叶菜输送更便利（图5）。

图4 割台前端的金属振动筛

图5 输送带表面的橡胶钉条

2 土下切根叶菜收获机械作业性能比较

2.1 3种试验机具基本情况

上海市农业机械鉴定推广站在奉贤区、青浦区和松江区对南通富来威农业装备有限公司生产的4UM-120A电动蔬菜收获机（图6）、上海田惠农业装备有限公司生产的XFYC-L1200土下型叶菜收割机（图7）和意大利HORTECH公司生产的SLIDE VALERIANA 120叶菜带根收割机（图8）国内外3种土下切根叶菜收获机械的作业性能进行了比较试验。

图6 4UM-120A电动蔬菜收获机

图7 XFYC-L1200土下型叶菜收割机

图8 SLIDE VALERIANA 120叶菜带根收割机

3种土下切根叶菜收获机械主要技术参数见表1。富来威4UM-120A电动蔬菜收获机为手扶式结构，整机外形尺寸较小，操作者在畦面上行走推扶机具前进作业，单人作业时需兼顾机具行进与叶菜的收集摆放；收获机后部收纳蔬菜筐的空间较小，仅可放置2个筐，换筐频率较高，影响作业效率。田惠XFYC-L1200土下型叶菜收割机和HORTECH SLIDE VALERIANA 120叶菜带根收割机为自走式结构，整机体形较大，操作者可乘坐或站立在收获机上操控，机具行进自主性强，单人作业时操作者基本只需要注意收割叶菜的收集与整理；收获机后部放置蔬菜筐的空间较大，田惠XFYC-L1200可放置不少于4个筐，HORTECH SLIDE VALERIANA 120后部有扩展板，可放置10个筐以上，作业期间换筐频率较低，效率较高。富来威4UM-120A电动蔬菜收获机和田惠XFYC-L1200土下型叶菜收割机采用电机驱动，配套功率较小，节能环保；HORTECH SLIDE VALERIANA 120叶菜带根收割机采用柴油机，配套功率较大，但可能产生燃油渗漏、废气排放等环保问题。上海地区蔬菜生产机械化主推模式为：8 m宽棚内作5畦，畦面宽1.1 m，播种幅宽1.05 m，收割机收割幅宽1.05 m[9]。3种收获机的设计割幅均为1.2 m，与农艺要求匹配。富来威4UM-120A电动蔬菜收获机没有割台仿形机构，田惠XFYC-L1200土下型叶菜收割机和HORTECH SLIDE VALERIANA 120叶菜带根收割机配有两点接触式割台自动仿形机构，作业时割台高度会根据畦面平整度自动调节。上述3种收获机械均可用于青菜、生菜等叶菜的无序收获。

表1 3种土下切根叶菜收获机械主要技术参数

2.2 试验条件与方法

3种土下切根叶菜收获机械的试验条件见表2。前期配套农艺如下：旋耕机碎土，机作5畦，畦面宽1.1 m，畦间距和畦沟宽满足机具通行要求，机械播种，播种幅宽1.1 m。根据当地农艺要求，在播种后46～47天采收。3处试验地块均平整无杂物，青菜生长均匀，苗龄适宜收割，无大于100 cm2的无苗现象，采收面积不小于80 m2（含稳定区与测区）。

表2 3种土下切根叶菜收获机械试验条件

试验方法参考农业农村部发布的《叶类蔬菜收割机》（DG/T 249-2021），结合上海地区蔬菜生产实际农艺要求，测定整株收获率和主根切断率2项作业性能指标，并考察机具在相应地块的通过性能。具体方法如下：每1行程在测区内随机连续抽取100株青菜，检查每株的散叶情况和主根切断情况，没有因收获机割刀切割造成散叶（不包含黄叶）或机械损伤的为整株蔬菜，分别计算整株蔬菜和主根被割刀完全切断的比例，共测2个行程，计算平均值。

2.3 试验结果与分析

3种土下切根叶菜收获机械的通过性能与作业性能见表3。富来威4UM-120A电动蔬菜收获机和HORTECH SLIDE VALERIANA 120叶菜带根收割机在连栋大棚内通过性较好，进出大棚无磕碰；畦间行走顺畅，未发生畦间距、畦沟宽与轮距不匹配造成机具无法前行的情况；两端田头留有机具掉头的空地，其中富来威4UM-120A电动蔬菜收获机外形尺寸小、转弯半径小，田间掉头方便，HORTECH SLIDE VALERIANA 120叶菜带根收割机外形尺寸大，田间掉头转弯半径大，均不会出现轧菜的情况。而田惠XFYC-L1200土下型叶菜收割机在8 m宽塑料薄膜温室中通行有一定难度，出入温室勉强不碰撞门框；温室肩高1.6～1.8 m[10]，收获机在边缘2条畦作业时勉强不碰撞温室骨架；塑料薄膜温室空间狭小，两端田头没有供机具掉头的空地，收获机掉头转弯半径较大，会发生轧菜的情况。可见，体形较小的手扶式收获机和体形较大的自走式收获机在连栋大棚内通过性能都较好，区别在于田间掉头转弯半径的大小；但在8 m宽塑料薄膜温室中，体形较大的自走式收获机通过性能明显下降，轻巧的手扶式收获机更适合在此场景下作业。

表3 3种土下切根叶菜收获机械的通过性能与作业性能

作业性能方面，HORTECH SLIDE VALERIANA 120叶菜带根收割机作业速度最快，分别是田惠XFYC-L1200土下型叶菜收割机和富来威4UM-120A电动蔬菜收获机作业速度的2倍和4倍。在高速作业下，HORTECH SLIDE VALERIANA 120叶菜带根收割机整株收获率达96%，为3种收获机中最高，但主根切断率最低，仅为76%，收获效果能满足生产要求，但未切断的根系夹带泥土等杂质较多，造成净菜率降低，增加了收获后清除杂质和修剪菜根菜叶的人工整理时间；富来威4UM-120A电动蔬菜收获机和田惠XFYC-L1200土下型叶菜收割机整株收获率均为92%，主根切断率分别为91%和90%，二者作业效果均能满足生产要求，且收获后的人工整理时间相对较少。

2.4 试验中的其他发现

试验发现，青菜土下切根机械化收获效果受前期耕整地质量影响较大。采用具有镇压功能的作畦机作畦，畦面平整度虽高，但土壤坚实度也高，灌溉后畦面土壤易板结，造成蔬菜根系生长困难，故上海目前基本仍采用不具备镇压功能的普通作畦机。采用普通作畦机作畦，畦面平整度较低，加大了机械化采收难度；土壤坚实度也较低，畦面两边容易垮塌，最外侧两行蔬菜随着畦面垮塌而下陷，收获时割刀入土深度设定过浅，会割到外侧两行菜的叶片，造成整株收获率下降；割刀入土深度过深，中间几行菜的主根又无法切净，收拢到割台的泥土量也明显增加，造成主根切断率和净菜率下降。

3 结论

叶菜土下切根机械化收获效果受空间大小、土壤条件、叶菜种类、配套农艺等多种因素的影响。根据上海地区青菜的种植条件，对3种土下切根叶菜收获机械的通过性能与作业性能进行比较可知，富来威4UM-120A电动蔬菜收获机灵巧、轻便，节能环保，作业效果好，但动力小，作业速度慢，生产效率较低，适宜在8 m宽塑料薄膜温室中推广应用；田惠XFYC-L1200土下型叶菜收割机节能环保、作业效果好，作业速度较快，生产效率较高，但转弯半径较大，适宜在连栋大棚中推广应用；HORTECH SLIDE VALERIANA 120叶菜带根收割机动力充足，作业速度快，生产效率高，作业效果好，但收获后整理蔬菜时间略长，体形大，田间转弯掉头笨重，可在连栋大棚中适量应用。