中国设施园艺自动化生产装备的发展

文|辜松

工人在植物工厂工作

一、前言

设施农业是集工程技术、信息技术、生物技术、自控技术为一体的现代农业生产方式，需要装备与农艺融合、生产自动化与信息化结合，使土地产出率、资源利用率和劳动生产率显著提高，达到有效增强农业综合生产能力、抗风险能力和市场竞争力的目的，这其中尤以种苗、蔬菜和花卉为主的设施园艺生产发展最为迅猛。设施园艺生产广泛应用于蔬菜与花卉生产中，近年国家投资补助建设了大批温室，使得我国温室种植面积已位居世界第一 。2012年以后，我国连栋温室园艺种植面积呈现出跨越式增长，连栋温室是设施园艺规模化、装备化、智能化及信息化生产的保证，代表了现代园艺生产技术的发展趋势。设施园艺生产作业装备是指能够完成特定园艺生产作业过程、执行先进技术流程的设备与控制系统等的统称。设施园艺装备化作业生产是指针对种苗培育、栽培生产等环节，利用装备进行规模化、集约化、智能化及信息化生产。“十三五”期间国家通过重点研发计划“智能农机装备”重点专项，大力支持了设施园艺智能装备技术的开发，有效推动了设施蔬菜示范生产，促进了我国设施园艺装备化生产的发展。

二、我国设施园艺自动化生产装备的现状

20世纪90年代借鉴欧美精量播种技术，大力开发穴盘精量播种生产线，是我国设施园艺生产装备研究的第一个高潮。2000年以后，在荷兰、以色列及日本等国家园艺装备先进技术的推动下，我国进一步在自动嫁接、自动灌溉、温室物流化输送及水肥一体化施用技术等方面开展了广泛研究，2010年以后达到第二个高潮。目前，我国设施园艺自动化生产装备的应用表现为以下特点。

（一）穴盘精量播种机推广广泛

20世纪90年代，美国、英国公司的精量播种机开始进入我国时的售价在每台（套）近百万元，这期间我国播种机的研发也进入高潮，几乎每个省份都有生产厂家。2000年以后，荷兰 、意大利等欧洲公司的精量播种机进入我国花卉种植和种苗生产企业，销售价格降到几十万元。经过市场洗礼，国内涌现出一批质量稳定、做工优良、售后完善的穴盘精量播种机生产企业，他们将穴盘精量播种机的价格降到了10万元，有些产品更是降到了5万元以下，穴盘精量播种机已成为有一定规模的种苗生产企业及设施农业产业园的标配设备。

（二）设施园艺行业领军企业广泛引进荷兰技术装备系统

2010年天津滨海国际花卉科技有限公司针对盆栽红掌，率先在国内引进成套荷兰大型苗床输送物流化生产装备，由此开始我国陆续以成套或关键装备形式引进荷兰物流化生产装备，我国部分设施盆栽花卉、种苗及水培叶菜生产企业实现了物流化自动生产，使我国设施园艺生产装备技术与信息化管理水平达到一个新高度。

（三）全国范围建成一批设施园艺示范生产产业园

“十三五”期间，由国家及地方政府投资，围绕蔬菜生产，以生产示范为目的，全国各个省份建成一大批设施园艺产业园，实现了温室内环境自动化控制、机械化播种、自动水肥一体化施用等作业，提高了作业效率和产品品质。

（四）部分中型设施园艺种植企业自行研究简易设备

中型规模设施园艺企业受困于规模化生产需求、劳动力成本攀升、企业资金有限等多重压力，部分企业自行开发简易型物流化生产装置与物流输送装置。分别开发出基质搅拌、基质自动装盆、种苗自动移植、轨道车种苗穴盘、盆栽托盘输送的设备以及简易苗床栽培、轨道电动运送装置。

（五）设施园艺装备技术研发队伍逐步壮大

设施园艺装备技术以荷兰为首的欧洲技术最为先进，2010年，我国开始引进荷兰温室生产技术与装备。相关企业与国内大专院校合作，开发出多种温室自动化生产装备，已基本实现温室大型苗床物流化生产系统全套装备国产化，带动了国内物流输送装备技术的发展。近年，国内多所大专院校、科研院所介入温室生产装备的研发，设施园艺装备技术研发队伍逐步壮大。

（六）非农资金有力推动设施园艺自动化装备的应用

近年在国家相关政策的推动下，大批非农资金强势进军设施农业生产，引进国外成套设备与技术，构建具有世界先进技术水平的设施农业生产基地。大型企业的进入为设施园艺生产带来了活力，带动了整体技术装备的升级换代，是农业现代化转型的强劲推动力。

（七）温室种植生产装备逐步完善

设施园艺主要是在温室进行种苗、蔬菜和花卉生产。目前，种苗生产基本实现了自动控制温湿环境、种植基质机械化搅拌、自动生产纸钵、穴盘机械化填装基质、自动化穴盘精量播种、机械化浇水施肥、水培叶菜机械生产、机械化清洗穴盘等作业，并针对温室内穴盘和盆栽花卉实现了大型物流苗床的轻简化输送和自动化输送。

三、存在的问题

（一）设施园艺生产装备整体发展水平低

通过装备引进，部分大型龙头企业设施园艺生产装备已处于国际先进水平；通过“十五”以来国家科研项目的推动，各省构建起一批装备生产水平较高的种苗生产企业和蔬菜、花卉示范生产基地。但是，中国多数的温室大棚、日光温室种植户的生产水平低下。目前，设施园艺整体机械化作业规模仍低于40%，设施园艺整体生产装备发展仍处于初级阶段，还有很长的路要走。

（二）国内设施园艺装备技术产品化步伐缓慢

一些大专院校、科研院所与设施装备生产企业围绕温室园艺生产各环节开展了多方面研究，推动了国内设施园艺生产技术水平的提高，起到了平抑国外设施园艺装备进口价格的作用。但是，成果产品化步伐缓慢，其原因是大专院校及科研院所与企业结合不紧密，前者技术力量强，后者具有制造能力，二者分别在各自的领域单打独斗，未能够形成优势互补。

（三）缺乏标准化农艺流程制约装备的开发

我国设施园艺蔬菜种植品种多、种植模式不统一，目前形成“土法洋法”并存的局面。引进的自动化装备在应用上依靠国外的种植模式，生产资料成本高，难以推广。国内种植模式类型繁多，对生产装备的开发造成困难，开发出的温室种植生产装备通用性不好。

（四）设施园艺装备开发研究方向不均衡

早期多以温室结构为主，2000年以来主要集中在温室环境调节和自动控制方面，对自动化生产装备方面的触及不多，致使目前我国设施农业生产装备技术的开发与应用水平落后于先进国家，导致国内设施园艺生产机械化程度低、劳动强度大、生产效率不高，最终表现为设施园艺生产、单位产出率不高，难以形成国际竞争力。近年，许多大专院校开始关注设施园艺生产节点的自动化生产装备开发，如基质填充机、播种机、嫁接机、花卉种苗移植机、机器视觉分级装置、花卉包装机等。但是，温室生产内部连接节点生产装备、输送生产资材的物流输送装备开发滞后。这导致设施园艺生产中虽然使用了各类生产作业设备完成穴盘基质填充和播种等机械作业，仍需利用人工搬运生产资材，使自动化节点作业装备的效率难以发挥，总体生产效率并没有得到有效提高。

四、发展现代设施种植智能化生产装备的建议

随着农村劳动力向城市转移，以及我国人力成本的提高，设施种植到了进行生产模式转换的转折点。设施种植生产模式转变的核心是实现作业的机械化、管理信息化，目标是大力提高土地产出率、提升人均劳动效率、降低生产成本和劳动强度，缩小与国外设施农业生产的差距，实现规模化、智能化、数字化生产，增强我国设施园艺生产的竞争力。

（一）制定符合国情的标准化农艺流程

为解决我国目前设施园艺生产品种繁多、栽培方法不统一、使用资材类型繁杂导致的制约设施生产装备开发进程的问题，必须针对我国国情、设施生产特性，加强农机农艺融合，加速开展设施园艺生产流程、生产资材规范的研究与制定工作，为设施园艺生产装备开发提供明确的作业条件、清晰的技术要求。

（二）简易温室轻简化装备与连栋温室自动化装备并行开发

在国家提出工业化、城镇化与农业现代化协调同步的形势下，设施种植应两条腿走路，分别针对简易温室和连栋温室构建相应的生产装备体系。针对国内占设施园艺面积最大的大中小棚和日光温室，开发构建轻简化生产装备体系，实现温室环境监测、肥水灌溉智能化管理：播种环节基本实现机械化作业，部分实现自动嫁接作业，温室内部生产物料实现半自动输送、搬运。提高关键作业环节的生产率，降低劳动强度，显著提高劳动生产率，降低成本，最终提高经济效益。

针对连栋温室，实现大部分机械化作业，节点作业设备之间实现物流化自动输送作业，温室内部作业整体实现节点作业和输送作业的智能化协调运行，温室内部环境控制与肥水灌溉根据不同作物的栽培系统，实现自动控制与灌溉管理，人工仅完成智能化生产系统的管理、设备维修及个别机械难以完成环节的作业，基本上达到温室内部生产全程机械化作业水平。在部分高水平企业基于物联网技术，实现环境水肥控制系统、作业装备控制系统及生产资源管理系统集成运作，达到订单生产、病害预警、栽培速度调控的智能化、高效益生产模式，拉近或达到国际先进水平，切实增强我国设施园艺生产在国际上的竞争力。

节能日光温室

（三）依托高附加值作物开发设施园艺生产装备体系

设施园艺生产流程是一个复杂系统，真正构建一个具有实际生产功能的高效生产装备体系难度较大，需要充足的资金投入、持续的技术支持、实际生产对象的检验和不断的改进。因此，构建设施园艺生产装备体系应首先针对高附加值作物生产企业，依托企业资金优势、对智能装备的紧迫需求及实际生产作业流程，推动新产品的开发，构建完善的智能生产装备系统。在智能装备系统改进、完善的基础上，再进一步推动向其它作物领域扩展。欧洲的设施园艺智能化生产装备体系开发历程亦是如此。

（四）通过行业协会促进设施种植良性发展

行业协会是设施种植专家与生产企业、农业栽培技术与工程技术结合的平台。通过设施农业行业协会，组织行业专家调查生产中存在的问题及对自动化生产的要求，为新设备研制、新技术开发提供指导性建议，协调设备生产企业的开发与生产，推广新技术新装备，结合智能装备体系的开发，制定栽培生产规范，促进设施种植的有序、可持续性发展。