浅析设施蔬菜全程机械化生产技术应用

摘要：设施蔬菜生产全程机械化是农业现代化的重要体现。本文通过分析种子处理、育苗管理、施肥作业、土地整理、机械收获等生产环节的机械化，总结出这种生产方式可以显著提高劳动效率，降低体力消耗，保证产量和质量。这为标准化、规模化生产创造条件，是发展的必然趋势。本研究可为相关政策制定和技术推广提供参考依据，助推我国设施蔬菜产业可持续发展。

关键词：设施蔬菜；全程机械化；生产技术

设施蔬菜全程机械化生产技术是指在设施蔬菜种植过程中，利用各种机械设备和自动化技术，从种植准备、播种、管理到收获等全过程实现机械化作业的技术系统。这种技术应用能够提高生产效率、降低生产成本、减小劳动强度，对于推动设施蔬菜生产方式现代化和可持续发展具有重要意义。

1 种子处理与播种

应用全程机械化生产技术，可以建立自动化的种子处理系统，对蔬菜种子进行全面系统地处理，确保种子具有高度活力和健康程度。与传统人工处理相比，机械化种子处理系统具有自动化程度高、效率高、种子质量更有保障等优势。通过先进的清洗设备对种子进行清理，去除各种杂质和残留物，保证种子的清洁卫生。接着利用专业的浸种设备，对种子进行精准控制的浸种处理，促进种子吸收足够的水分，为后续萌发打好基础。然后采用高效的消毒设备，对种子进行严格的消毒杀菌，有效预防各种病虫害危害。

在设施蔬菜生产中引入机械化种子处理系统，可以有效提升种子处理效率和质量。以色列Agricom公司开发的蔬菜种子清洗消毒生产线，集成了高效筛选、去杂、清洗、烘干等功能，出品率达98%以上，处理效率是人工的数倍。荷兰Incotec公司的糖衣包衣技术可提高蔬菜种子发芽率8%～12%，抗病虫害能力提高20%以上，现已应用于番茄、辣椒等设施蔬菜生产[1]。

在机械化播种方面，德国Kverneland公司的Accord精量播种机广泛应用于设施蔬菜生产，播种精度达95%以上，有效降低了种子用量[2]。浙江大学研发的气吸式蔬菜播种机，对油菜、番茄等6种蔬菜种子的适应性达90%以上，播种效率是人工的4倍[3]。与传统人工播种相比，机械化播种在精度、效率等方面具有显著优势。传统播种作业劳动强度大，且易出现漏播、重播等问题，导致种子用量偏高，出苗不整齐。而机械化播种可显著降低劳动强度，实现精确定量、定距、定深播种，有效节约种子用量，实现均匀出苗，为蔬菜的标准化生产提供了有力保障。此外，部分先进的蔬菜播种机还集成了播种穴成型、覆土镇压、喷水等功能，可实现播种作业全程机械化，减少工序衔接环节，进一步提升了播种作业效率和质量。这些先进的种子处理和机械化播种技术在设施蔬菜生产中的应用，大幅节约了人工投入，提高了种子质量和播种精度，为后续高质高效栽培奠定了基础。

2 苗期管理

苗期是设施蔬菜生长周期中最为关键而又脆弱的阶段，直接关系到后期作物的生长发育状况和最终产量。应用全程机械化技术，可以建立自动化的温室环境监控系统，对光照、温度、湿度、二氧化碳浓度等环境因素进行精准控制，模拟最适宜的生育条件，为幼苗的快速健壮生长提供理想环境。该系统配备了先进的LED光照控制装置，光合有效辐射（PAR）量可达1 000 μmol/m²/s，光谱组成可根据植物不同生长阶段需求进行调节，红蓝比例可在1～10之间动态调控，光照周期精确到分钟级[4]。同时，温室内安装有高精度的温湿度传感器和控制系统，温度控制精度达到±0.5 ℃，湿度控制精度达到±3%RH，可根据设定范围自动调节空调、通风、加湿等设备，实现全天候恒温恒湿[5]。二氧化碳浓度监测采用非散射红外（NDIR）原理，测量范围0～3 000 ppm，配合二氧化碳发生器，可将环境控制在800～1 200 ppm的理想水平，显著提升作物光合效率[6]。在水分和营养供给方面，系统采用精量型压力补偿式滴灌设备，流量控制精度达到±2%，配合多通道营养液配方施肥机，可实现20种以上营养元素的定量配比，EC值控制在1.5～2.5 dS/m，pH值控制在5.5～6.5，营养液管理实现全自动化[7]。

3 机械施肥

在设施蔬菜生产中，施肥是保证作物正常生长和获得高产高质的关键环节。运用全程机械化技术，建立自动化或机器人施肥系统，实现对肥料的精确配置和投放，大幅提高施肥效率和精度。这个先进的施肥系统包含了原料存储、配料、输送、分散等多个智能化环节，对整个过程实行自动监控和量化控制。首先，系统会根据不同蔬菜品种的营养需求特点，结合生长期的变化，计算出各种无机盐类和有机肥的最佳配比，自动配置出最优化的复合肥料。

施肥系统的核心是基于多源信息的数据决策与控制模型。该模型会综合分析土壤检测结果、图像监测的植株生长状态、环境条件等多方面数据，对不同生长阶段的营养需求进行精准评估，计算出最优施肥方案，确保肥料的品种、数量和时间节点的适宜性。一旦配置完毕，施肥机构就会将肥料以高度均匀的方式施入土壤预设深度，或者通过精密控制的灌溉系统，将营养液直接精准输送至根系区域。整个过程自动化程度极高，能够避免传统人工施肥时的粗放投放造成的浪费。

4 机械整地与垄作

科学合理的整地与垄作是保证设施蔬菜获得高产优质的重要基础。采用自动化或机器人化的机械整地垄作系统，可以极大提高作业效率，实现精准标准化操作，为后续管理奠定良好基础。以番茄生产为例，在完成基本的土壤整理和熟化后，即可启动自动垄作机械进行垄畦制作。该系统集成了先进的测量定位、机械手操作和控制执行单元，通过终端编程即可输入目标垄畦的规格参数，如垄畦高度、垄沟宽度、垄行间距等，系统会自动标定整个大棚区域的坐标原点，并根据输入的参数计算出最佳作业路径[8]。

随后，垄作机器人按照预设的路径自动开展起垄畦制作作业。其配备的高精度机械手会有序高效地将土壤分隔成均匀的垄畦排列，覆盖整个大棚区域，无需人工参与。整个垄作过程标准统一，垄畦形态规范工整，为后期的整株管理、灌溉施肥等奠定了良好基础。该系统的一大优势在于高度的灵活性和可调节性。如果需要调整番茄大棚的垄畦组合方式，如增减垄畦数、改变行距等，只需在终端修改相应参数，重新设定编程即可。

5 机械收获

收获是设施蔬菜生产的最后关键环节，采用自动化收获系统，可以极大提高收获效率和质量。这套系统集成了多项先进技术，实现了从收获期识别、切割采摘、传输分级到清洗包装的全过程自动化。第一步是判断最佳收获期。系统利用机器视觉技术和图像识别算法，对每株蔬菜进行实时扫描分析，结合生长模型数据，精准判断其是否达到收获标准。一旦确认可收获，系统即自动切换至收获模式。随后，针对不同蔬菜品种的形态特点，配备了多功能机械手完成采摘作业。这些机械手的结构设计模拟人工操作，配有并联剪刀等专用切割装置，能够快速精准完成切割和抓取动作。以番茄收获为例，机械手上的并联剪刀可同时多点切割，大幅缩短单株收获时间。蔬菜经采摘后，需要通过传送装置进行转运。这些装置的转速和间距参数经过精心设计和控制，可以实现整体轻柔平稳地传送和堆积，避免产品损伤。接下来是分级环节，系统会持续扫描蔬菜图像，基于大小重量等数据实时调整分级通道，将不同等级的产品精准分拣导流，可将青、红、熟三级果实分别导入不同通道。最后是清洗包装环节。针对番茄等表面柔嫩的蔬菜，采用低压气垫清洗结构，可去除污渍和表面水分，实现轻柔包装。整个过程自动化程度极高，大幅减少了人工劳动强度。

6 智能灌溉系统

在设施蔬菜全程机械化生产中，智能灌溉系统通过整合土壤湿度传感器、气象站数据和作物生长模型，实现了精准化、自动化的灌溉管理。首先，系统会根据不同蔬菜品种的需水特性，建立相应的灌溉模型。这些模型考虑了作物在不同生长阶段的需水量、土壤水分状况、蒸发量等多个因素。例如，对于叶菜类蔬菜如生菜和菠菜，系统会更注重保持土壤表层湿润，采用频繁但浅层的灌溉策略：而对于果菜类蔬菜如番茄和黄瓜，则会根据其深根系特点，调整灌溉深度和频率，采用少次数但大水量的灌溉方式，以促进根系向下生长。

智能灌溉系统的核心是一套复杂的决策支持系统。它通过实时监测土壤含水量、空气湿度、温度等环境参数，结合作物生长模型，动态计算出最佳灌溉时间和用水量。例如，在番茄生产中，系统会根据果实膨大期的需水特点，适当增加灌溉频次和单次灌水量。而在采收期，则会根据果实品质要求，适当控制灌溉量，以提高果实糖度。这种精准控制不仅确保了作物在各个生长阶段获得适量水分，还能有效预防因缺水或过度灌溉导致的生理障碍。在黄瓜种植过程中，开花结果期，系统会采用交替干湿灌溉策略，既保证产量，又能提高果实品质。

7 病虫害智能监测与防控

在蔬菜生产中，病虫害防控一直是一个重要而复杂的问题。全程机械化生产技术的应用，为此提供了创新性的解决方案。智能病虫害监测与防控系统通过整合多种先进技术，实现了对病虫害的早期预警和精准防治。系统的核心是一套基于机器视觉和深度学习的图像识别技术。高清摄像头会定期对植株进行扫描，捕捉叶片、茎秆、果实等部位的微小变化。这些图像数据会被输入到预先训练好的深度学习模型中进行分析。模型能够识别出早期病症，如叶片的轻微变色、不规则斑点等，甚至可以检测出肉眼难以察觉的微小病斑。

同时，智能温室系统集成了多种先进传感器，包括温湿度、二氧化碳浓度、光照强度、土壤湿度和pH值以及叶面湿度传感器等，实现了对大棚环境的全面监测。系统利用大数据分析和机器学习算法，将实时环境数据与历史数据、作物生长模型和病虫害发生规律相结合，进行复杂的预测分析。例如，当检测到湿度持续偏高时，系统会发出灰霉病高发风险预警；温湿度组合达到特定阈值可能触发白粉病预警；CO2浓度异常升高则可能预示害虫大量繁殖。一旦检测到病虫害，系统会根据类型、位置和严重程度，启动精准防控程序。对于局部发生的病虫害，自动喷药机器人会精确定位受影响区域进行定点施药，既确保防控效果，又减少农药使用量，降低环境污染风险。此外，系统还能根据预警信息自动调节大棚环境参数，如控制通风系统降低湿度，调整补光设备优化光照条件，从而创造不利于病虫害滋生的环境，实现病虫害的智能化预防和精准管理。

8 结语

全程机械化生产技术在设施蔬菜生产中的应用，为农业生产带来了巨大的变革。通过对全程机械化生产技术在种子处理与播种、苗期管理、机械施肥、机械整地与垄作、机械收获智能灌溉系统、病虫害智能监测与防控等方面的应用进行分析，我们可以看到其在提高生产效率、降低劳动强度、保障生产质量等方面的优势。随着技术的不断进步和农业现代化的推进，全程机械化生产技术在设施蔬菜生产中的应用前景十分广阔，将为农业生产带来更多的机遇和挑战。

参考文献

[1] 王亚茹.设施叶类蔬菜机械化生产技术与装备应用[J].农业工程技术，2023，43（18）：41-42.

[2] 顾旭东，程玉龙，陈东海.设施蔬菜全程机械化生产技术应用探析[J].江苏农机化，2022，（04）：12-15.

[3] 邱沛韩，岳丹丹.蔬菜生产全程机械化发展现状与建议——以广东省为例 [J]. 南方农机，2024，55（03）：55-57.

[4] 金芳.大蒜生产全程机械化技术特点与农机选型研究[J].南方农机，2024，55（02）： 82-84+102.

[5] 郭翠琴.设施蔬菜生产机械化技术发展探析[J].南方农机，2020，51（04）：32.

[6] 李强.设施蔬菜高效机械化生产关键技术[J].农业工程技术， 2023， 43（33）：24-25.

[7] 陈永生，刘先才.2019中国蔬菜机械化发展报告[J].中国农机化学报，2020，41（03）： 46-53.

[8] 周原.加大扶持力度 强化机艺融合 积极推进蔬菜生产机械化[J].江苏农机化，2019， （06）：9-11.