范良俊

（上海市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，上海市 201100）

0 引言

近年來(lái)，在上海市政府和各級(jí)相關(guān)企事業(yè)單位的共同努力下，以雞毛菜、米莧為代表的葉菜類蔬菜已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了“耕種收”的機(jī)械化，這也為其他蔬菜機(jī)械化生產(chǎn)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在十四五開局之年，上海市劃定了3.33萬(wàn)hm2蔬菜生產(chǎn)保護(hù)區(qū)，其中包括了6 666.67 hm2生菜種植面積，因此大力推廣生菜綠色種植技術(shù)，提高生菜全程機(jī)械化生產(chǎn)能力，是保證市民“菜籃子”工程的主要任務(wù)之一。

上海種植的生菜品種根據(jù)其物理性狀大致可分為皺葉生菜、結(jié)球生菜、直立生菜、奶油生菜等，其中以結(jié)球生菜和皺葉生菜最為常見，種植面積也相對(duì)較大。結(jié)球生菜俗稱西生菜，是美國(guó)最流行的生菜類型，常見的結(jié)球生菜有凱撒、大湖118等，其特點(diǎn)為根系發(fā)達(dá)，葉片大，葉柄短，單球可重達(dá)400～750 g，是生食生菜的主要品種之一；而皺葉生菜最主要的特征就是不結(jié)球，莖極為短縮，節(jié)間不明顯，葉柄較長(zhǎng)，葉面皺縮，單顆重約300～450 g。上海地區(qū)種植的生菜品種有意大利生菜、玻璃生菜和結(jié)球生菜，由于生菜較耐寒、不耐熱的特點(diǎn)，上海一般從8月下旬～來(lái)年5月份都可以在設(shè)施內(nèi)種植。

為了提高生菜生產(chǎn)效率，需要完善相關(guān)農(nóng)機(jī)設(shè)備的選型和研制，從而不斷提升生菜生產(chǎn)的機(jī)械化水平。生菜的生產(chǎn)主要包括整地、作畦、育苗、移栽和收獲等環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都要需要采用相關(guān)的專業(yè)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)作業(yè)。

1 旋耕

旋耕作業(yè)可以使田土充分細(xì)碎、平整種床、恢復(fù)土壤耕層結(jié)構(gòu)，通過作業(yè)將土肥摻和均勻，提高土壤肥力，同時(shí)消滅一部分雜草、減少蟲害，也為下一步農(nóng)業(yè)機(jī)械化操作提供保障。旋耕機(jī)作業(yè)幅寬從1.2～2.2 m不等，所需拖拉機(jī)動(dòng)力也有不同。

設(shè)施種植生菜一般為8 m跨度的連棟溫室和8 m單棚為主，設(shè)施種植一般采用1.2 m幅寬的旋耕機(jī)為最佳，旋耕機(jī)的作業(yè)深度需達(dá)到10 cm以上。采用2 m左右的大型旋耕機(jī)雖然可以旋耕作業(yè)的時(shí)間，但是所需拖拉機(jī)動(dòng)力較大，且機(jī)具在設(shè)施內(nèi)掉頭困難，因此不建議采用。

2 作畦

上海現(xiàn)有設(shè)施溫室所設(shè)計(jì)的跨度均為8 m，根據(jù)這一現(xiàn)狀對(duì)機(jī)械化作畦做如下分析和試驗(yàn)：為了提高土壤的利用率，也為了滿足后續(xù)移栽、收獲機(jī)械化操作的可行性，對(duì)不同畦面進(jìn)行理論分析，現(xiàn)常用設(shè)施內(nèi)作業(yè)的作畦機(jī)多為1 m、1.1 m和1.2 m幅寬規(guī)格（見圖1，圖2，圖3），通過比較分析，三種不同幅寬在8米跨度作5條畦，上述三種規(guī)格每667 m2土地有效種植面積分別為62.5%、68.8%和75%。但考慮到拖拉機(jī)輪胎寬度一般從16～20 cm不等，所以相鄰兩個(gè)畦底間距一般大于20 cm。綜上所述，1.1 m的幅寬的作畦機(jī)更加適合設(shè)施內(nèi)的作業(yè)，也更具有可操作性。

圖1 作畦分布圖（1 m）

圖2 作畦分布圖（1.1 m）

圖3 作畦分布圖（1.2 m）

通過選取了兩種不同形式的作畦機(jī)進(jìn)行作業(yè)對(duì)比，對(duì)畦面緊實(shí)度、平整度、效率等數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。常用的作畦機(jī)有兩種成型模式，一種為成型板拖拽成型，另一種為液壓滾筒成型。具體型號(hào)參數(shù)如表1所示：

表1 兩種作畦機(jī)各項(xiàng)參數(shù)

通過作畦作業(yè)后對(duì)畦面的比較發(fā)現(xiàn)，由于成型板拖拽成型的作畦機(jī)屬于被動(dòng)式成型，對(duì)于畦面沒有施加壓力，畦面和兩側(cè)面相對(duì)松散，表面有一定的魚鱗狀，而帶液壓作畦輪做的作畦機(jī)屬于主動(dòng)式，通過液壓滾筒的擠壓而使畦面成型，所以畦面相對(duì)平整且不易塌陷，更有利于機(jī)械化的移栽和采收環(huán)節(jié)。兩種畦面效果如圖4所示，圖中左側(cè)畦為成型板拖拽成型的畦面，右側(cè)為液壓滾筒成型的畦面。

圖4 兩種作畦機(jī)作畦效果

此外，通過溫濕度儀器和堅(jiān)實(shí)度儀對(duì)兩種畦面的堅(jiān)實(shí)度進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)見圖5，圖6。

圖5 兩種作畦機(jī)前后含水量對(duì)比

圖6 兩種作畦機(jī)前后堅(jiān)實(shí)度對(duì)比

由于生菜對(duì)水分要求非常嚴(yán)格，所以栽培上必須經(jīng)常保持土壤濕潤(rùn)，通過對(duì)兩種作畦機(jī)在作畦前后含水量和堅(jiān)實(shí)度的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在相同旋耕深度情況下，帶液壓鎮(zhèn)壓的作畦機(jī)由于對(duì)畦面有鎮(zhèn)壓功能，作業(yè)時(shí)需要控制一定速度來(lái)保持一定堅(jiān)實(shí)度，行走速度相對(duì)慢，但因此其碎土效果反而會(huì)更好，保水效果也更高。更加適意生菜的生長(zhǎng)，其次堅(jiān)實(shí)度相對(duì)較高也會(huì)使得畦面平整度有所提升，這樣為之后的機(jī)械化收獲也帶來(lái)一定的優(yōu)勢(shì)。

3 育苗及移栽

生菜的種子非常小，而且發(fā)芽時(shí)間一般在5～10天，同時(shí)生菜的種子價(jià)格昂貴，采用撒播方式播種用種量較大，尤其是大面積種植時(shí)，難以保證田間幼苗生長(zhǎng)一致性，也無(wú)法培育壯苗，對(duì)生菜后期生長(zhǎng)一致性不好控制。所以育苗移栽種植更加適合，播種可采用蔬菜精量播種流水線，播種效率可以高達(dá)400～500盤/h，播種精度最高可以達(dá)到99%。播種后的生菜需要在催芽室放置一至兩天，再移到設(shè)施內(nèi)進(jìn)行育苗，根據(jù)天氣情況一般15～30天可以進(jìn)行移栽種植。

經(jīng)過調(diào)研，以加州大速生為例，可在1.1 m畦面上種植4～6行，通過篩選選擇兩種適合1.1米畦面種植的移栽機(jī)進(jìn)行移栽對(duì)比試驗(yàn)，具體參數(shù)見表2。

表2 兩種移栽機(jī)參數(shù)

井關(guān)（2ZY-2A）兩行移栽機(jī)由一人操作，在1.1 m畦面作業(yè)需要掉頭一次，而禾田（A5-1200）八行高密度移栽機(jī)可以通過改變移栽行距實(shí)現(xiàn)四行移栽。在相同前提情況下作了作業(yè)對(duì)比，具體數(shù)據(jù)見表3。

表3 兩種移栽機(jī)作業(yè)參數(shù)比較

由上述數(shù)據(jù)導(dǎo)致機(jī)械化移栽不合格的原因一般是由于缽苗在下苗的過程不暢，出現(xiàn)堵苗的情況，所以為例避免這一情況，在育苗時(shí)控制苗的大小尤為重要；其次現(xiàn)有的移栽機(jī)大部分采用鴨嘴式的投苗裝置，再通過覆土滾輪覆土，投苗裝置的頻率、開合大小等參數(shù)和覆土裝置的合理性直接決定了是否存在倒苗的情況；關(guān)于移栽效率，在1.1 m畦面移栽，由于A5-1200移栽機(jī)需要兩人作業(yè)，實(shí)際操作時(shí)無(wú)法保證兩個(gè)人速度同步，所以單程移栽效率方面，2ZY-2A的效率更高，但是由于所移栽的行數(shù)限制，兩行比四行需要多走一次，總體效率較低。

4 收獲

生菜相比其他綠葉菜而言，生根較淺、單球重、節(jié)間不明顯，割刀需要緊貼土壤進(jìn)行切割作業(yè)，因此在割頭的形式上選擇，擺刀更適合生菜的采收作業(yè)。相比較剪切式和帶刀式，擺刀可以入土或?qū)崿F(xiàn)貼地收割，將生菜完整收獲。擺刀的運(yùn)動(dòng)軌跡一般由偏心軸承和連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，擺動(dòng)刀頻率應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)，由于生菜單顆重量較重，在割臺(tái)的傾斜角不能過大，輸送帶要有一定阻力，防止生菜下落。根據(jù)上述特點(diǎn)和要求，選擇了兩款典型收割機(jī)，在上海嘉定百蒂凱生菜專業(yè)生產(chǎn)的合作社進(jìn)行收獲試驗(yàn)。詳細(xì)參數(shù)見表4。

表4 兩種作收割機(jī)各項(xiàng)參數(shù)

兩款綠葉菜收割機(jī)無(wú)論從結(jié)構(gòu)、行走方式、控制方式等方面都有很大不同，因此我們對(duì)生菜采收設(shè)備的每個(gè)環(huán)節(jié)做了比較試驗(yàn)，結(jié)論如下。

4.1 行走方式

4UM-120A葉菜收獲機(jī)為壟上行走的手扶式收割機(jī)，4GCZ-100葉菜收獲機(jī)為壟下行走的乘坐式收割機(jī)，前者的轉(zhuǎn)向通過人工轉(zhuǎn)向和糾偏，行走部件除了后輪差速器驅(qū)動(dòng)，前輪為導(dǎo)向輪，在工作時(shí)容易發(fā)生偏轉(zhuǎn)，對(duì)人為糾偏的過程產(chǎn)生一定影響，但整體結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單；后者為履帶自走式，通過電動(dòng)手柄控制電比例泵來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，操控相對(duì)簡(jiǎn)單，但設(shè)備體積較大。

4.2 割刀參數(shù)

兩臺(tái)收割機(jī)均為擺動(dòng)式鋸齒刀，在設(shè)計(jì)時(shí)擺動(dòng)幅度和頻率尤為重要，頻率過高使整個(gè)機(jī)身都產(chǎn)生晃動(dòng)，降低設(shè)備使用壽命，頻率太低無(wú)法有效切割菜根，作業(yè)效果大打折扣，其次，過大的擺動(dòng)幅度也會(huì)導(dǎo)致設(shè)備機(jī)構(gòu)晃動(dòng)過大，使設(shè)備整體的穩(wěn)定性降低，控制在5 cm以內(nèi)即可。經(jīng)過多次收割試驗(yàn)，擺動(dòng)頻率達(dá)到500次/min，就可實(shí)現(xiàn)生菜的切割作業(yè)。相比兩款收獲機(jī)，4UM-120A手扶式收割機(jī)擺動(dòng)頻率可調(diào)可以因地制宜的根據(jù)不同菜品調(diào)整割刀的擺動(dòng)頻率，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。

4.3 前進(jìn)速度

由于生菜株距較大，無(wú)法靠后排菜的擠壓實(shí)現(xiàn)收獲，且割刀不同的收獲高度也應(yīng)該采用不同的前進(jìn)速度。以4UM-120A手扶式葉菜收獲機(jī)為例，由于沒有仿形系統(tǒng)，一般采用土下收割的方式，這樣收割高度基本恒定，且土下收割收獲的菜品相對(duì)完整；而4GCZ-100自走式葉菜收獲機(jī)帶后置式仿形系統(tǒng)，不建議土下收割，一旦土下切割就會(huì)將基準(zhǔn)破壞，仿形作用也隨之失效，只可貼地切割。由于生菜單顆重，根莖較粗，速度太慢會(huì)推到生菜導(dǎo)致菜品不完整，所以前進(jìn)速度要相對(duì)快，經(jīng)過測(cè)試，速度控制在30 mm/s以上收獲效果較理想。但速度不宜過快，過快后設(shè)備的操作性難度上升，作業(yè)難度加大。

4.4 割臺(tái)參數(shù)

割臺(tái)輸送帶的輸送速度和收獲角度也尤為重要，且與前進(jìn)速度有一定的關(guān)系，割臺(tái)輸送帶的線速度基本與前進(jìn)速度一致，且割臺(tái)與地面的角度小于30°，根據(jù)不同生菜品種角度應(yīng)該適當(dāng)降低，生菜單顆重量越大，高度越小。

4.5 收獲效果

綜合對(duì)比兩款收割機(jī)的作業(yè)效果（表5，圖7，圖8），得出如下結(jié)論。

圖7 自走式綠葉菜收獲機(jī)

圖8 手扶式綠葉菜收獲機(jī)

表5 兩種作收割機(jī)作業(yè)參數(shù)

1）擺刀的割刀形式最適宜生菜的收割，且擺動(dòng)頻率不低于500次每分；

2）割臺(tái)角度不易過大，否則會(huì)導(dǎo)致生菜運(yùn)輸時(shí)下落影響收獲效果；

3）相比手扶式，自走式地盤的操控性更高；

4）土下收割方式不適宜帶后置式仿形系統(tǒng)，會(huì)破壞基準(zhǔn)影響收獲效果；

5）土上或貼地收割方式可以帶仿形系統(tǒng)，來(lái)提高收獲效果；

6）無(wú)論是否帶有仿形系統(tǒng)，為保證采收質(zhì)量，一定要有相對(duì)平整的畦面。

5 制約因素

通過本次調(diào)研及各項(xiàng)測(cè)試，基本總結(jié)了適用于生菜機(jī)械化生產(chǎn)的機(jī)械設(shè)備。但由于各個(gè)生菜生產(chǎn)的合作社并沒有統(tǒng)一生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，所以要想實(shí)現(xiàn)生菜機(jī)械化生產(chǎn)還有一些制約因素。

5.1 傳統(tǒng)設(shè)施制約

上海現(xiàn)有的設(shè)施以傳統(tǒng)的8 m單棚為主，還有不少6 m單棚，棚門高不足2 m，兩側(cè)斜度較大，機(jī)械設(shè)備操作空間小、難度大。

5.2 土地利用率低

傳統(tǒng)單棚長(zhǎng)度一般不超過50 m，由于機(jī)械操作需要一定的調(diào)頭空間，所以土地利用率相對(duì)傳統(tǒng)人工生產(chǎn)還有一定差距。

5.3 機(jī)械設(shè)備自身存在缺陷

帶整壓的作畦機(jī)雖然作畦平整度高，但是要求作畦速度慢；半自動(dòng)移栽機(jī)雖然能夠改變?nèi)斯澭ぷ鞯臓顟B(tài)，但是效率較低，省力不省功；收獲機(jī)械相對(duì)于人工收獲的合格率還是存在一定差距。

5.4 對(duì)機(jī)械化生產(chǎn)需求不平衡

由于上海各個(gè)地區(qū)勞動(dòng)密度不同，有些地區(qū)勞動(dòng)人員相對(duì)充足，這就導(dǎo)致很多合作社還是采用最傳統(tǒng)的人工為主的生產(chǎn)模式。但有些地區(qū)的合作社已經(jīng)很難招到合適的大量的人員，對(duì)于機(jī)械化作業(yè)相當(dāng)迫切。

5.5 農(nóng)機(jī)人才培養(yǎng)滯后

傳統(tǒng)生菜生產(chǎn)人員對(duì)于農(nóng)機(jī)的操作還停留在操作拖拉機(jī)的階段，且年齡較大，對(duì)于新型機(jī)械化生產(chǎn)設(shè)備消化能力較慢；而青年農(nóng)機(jī)機(jī)手人數(shù)較少，整個(gè)人才梯隊(duì)培養(yǎng)滯后。

6 生菜機(jī)械化生產(chǎn)建議

6.1 加快設(shè)施宜機(jī)化改造

對(duì)于設(shè)施單棚改造刻不容緩，過溝板的加寬，端門的擴(kuò)大，甚至全開式端門都利于機(jī)械化的操作，且一定程度上增加了土地的利用率。

6.2 推動(dòng)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合

有些生菜品種單顆重、生根較淺、節(jié)間不明顯，這些都不利于機(jī)械化的作業(yè)，所以可以從農(nóng)藝上選育一些產(chǎn)量高、抗病強(qiáng)且適合于機(jī)收的品種。

6.3 加強(qiáng)機(jī)械化整體生產(chǎn)模式推廣

生菜生產(chǎn)過程中，部分環(huán)節(jié)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化作業(yè)，但是要實(shí)現(xiàn)整體機(jī)械化生產(chǎn)模式，還需要將每個(gè)環(huán)節(jié)相互配套，特別是為了采收環(huán)節(jié)的機(jī)械作業(yè)，前期的整地、作畦等工序就應(yīng)該選擇相應(yīng)配套的設(shè)備，來(lái)保證采收時(shí)畦面的平整度和堅(jiān)實(shí)度等問題。

6.4 提高機(jī)械化設(shè)備適應(yīng)性

針對(duì)不同生菜的物理特性，在機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)上應(yīng)該多考慮不同品種的通用性和適用性，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，滿足合作社不同品種生菜機(jī)械化生產(chǎn)的需求。

6.5 提升機(jī)械化設(shè)備自動(dòng)化水平

在設(shè)備設(shè)計(jì)和選用過程中，應(yīng)不斷提升設(shè)備自動(dòng)化水平，特別是生菜機(jī)械化移栽、收獲的環(huán)節(jié)中，解決省力不省功的情況，提高作業(yè)合格率的問題，努力提升設(shè)備可靠性和自動(dòng)化水平，也為將來(lái)智能化轉(zhuǎn)型做好充足準(zhǔn)備。

7 結(jié)語(yǔ)

上海作為一個(gè)2 400萬(wàn)常住人口的超大型城市，保證蔬菜自供能力是基本前提，而機(jī)械化作業(yè)的生產(chǎn)方式是最好的方法之一。上海的生菜的機(jī)械化生產(chǎn)還在起步階段，存在種植方式差異化、設(shè)施和機(jī)械配套難度大和各個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)備相對(duì)較少等情況，還需要不斷的試驗(yàn)優(yōu)化，加大推廣力度，為實(shí)現(xiàn)生菜機(jī)械化生產(chǎn)做足準(zhǔn)備。