岳崇勤，夏 煥，龔智峰

(1.上海市農業(yè)機械鑒定推廣站，上海 201601； 2.上海市嘉定區(qū)農機技術推廣站，上海 201800)

0 引言

設施栽培是指為了克服自然環(huán)境的條件困難，利用專門控制環(huán)境條件的設備、材料，人為創(chuàng)造適宜農作物生長發(fā)育的局部小氣候條件，進行栽培生產的一種環(huán)控農業(yè)形式。抽樣調查分析顯示，設施蔬菜生產綜合平均產值20萬元/hm2，凈產值15.7萬元/hm2，比露地蔬菜生產高3～5倍，投入產出比達到1∶4.45[1]。設施蔬菜是蔬菜產業(yè)發(fā)展的關鍵，塑料大棚是蔬菜設施的重要類型[2]。目前我國設施園藝面積位居全球第一，設施園藝在鄉(xiāng)村振興、美麗鄉(xiāng)村建設中發(fā)揮至關重要的作用[3]。

隨著國家大力推進鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，我國農業(yè)正逐漸從增產導向向提質導向轉變，“十四五”期間會加快向高質量發(fā)展轉型升級。農業(yè)生產已從主要依靠人力畜力轉向主要依靠機械動力，農業(yè)生產進入了機械化為主導的新階段。設施農業(yè)作為農業(yè)產業(yè)的重要組成部分，設施化比例是衡量菜籃子工程蔬菜生產基地建設水平的重要指標之一，在實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略中，具有非常重要的意義[4]。設施內蔬菜生產是上海菜籃子工程穩(wěn)產保供的保障，隨著蔬菜生產機械化的發(fā)展，現有設施內蔬菜生產機械化受作業(yè)環(huán)境限制，大型農業(yè)機械普遍存在“路難走、門難進、邊難耕、頭難掉、效難高”的問題[5]?；诖耍疚耐ㄟ^對上海地區(qū)綠葉蔬菜生產核心基地的蔬菜生產設施情況進行調研，并重點對蔬菜生產“機器換人”示范基地等重點蔬菜生產單位進行典型調研，聚焦蔬菜生產機械化難題，圍繞棚室改造情況和新建設施大棚宜機化情況，為上海地區(qū)在設施蔬菜大棚宜機化改造和建設方面提供可行性建議，為蔬菜生產機械化推進提供助力。

1 基本情況

1.1 核心基地設施情況

2021年1—2月，對上海在冊綠葉蔬菜生產核心基地進行了調研，全市綠葉蔬菜生產核心基地共312個，分布在全市9個涉農郊區(qū)，涉及蔬菜生產合作社275家。發(fā)出問卷312份，回收有效問卷291份，問卷有效回收率達93.3%。291個綠葉菜生產核心基地，總面積5 479 hm2，核心基地平均面積18.8 hm2。全市綠葉蔬菜核心基地設施總面積達到3 292.3 hm2，占比60.1%。其中，6型棚面積1 047.7 hm2，占比19.1%；8型棚面積1 986.5 hm2，占比36.3%；連棟棚面積258.1 hm2，占比4.7%。綠葉蔬菜核心生產基地設施菜田情況如圖1所示。

圖1 全市綠葉蔬菜生產核心基地菜田構成Fig.1 Composition of vegetable fields in the core base of green leafy vegetable production in Shanghai City

1.2 典型蔬菜生產示范基地情況

通過對18家蔬菜生產“機器換人”示范基地，以及上海星輝蔬菜有限公司、上海結球農業(yè)有限公司華固蔬菜生產基地等進行典型調研得知，綜合考慮機具通過性、改造成本，適宜機械化作業(yè)的大棚設施主要有2種。一種是在原標準8型棚基礎上進行棚室、道路改造，方便中小型機械通行和作業(yè)，18家蔬菜生產“機器換人”示范基地基本都采用了棚外路變寬、棚門變大、兩棚連接變長等改造方式，2020年宜機化改造大棚面積共150.35 hm2。另一種是連棟大棚，棚體較高，棚門較寬，機器的通過性良好。單座連棟大棚面積大多為0.1～0.2 hm2，最大的超大型單個連棟大棚面積達15 hm2。上海結球農業(yè)有限公司華固蔬菜生產基地計劃建設單個大棚面積15 hm2的大棚10個，目前已經投入使用2個，該超大型連棟大棚長度達470 m，減少了田間轉彎掉頭頻率，特別適宜大型機具作業(yè)。

2 存在的問題

2.1 存量單體棚性能分析

據筆者調研，現存的棚室面積中，6型棚和8型棚比例在90%以上，但建造時間大多在10年以上。建造標準主要考慮采光、保溫、通風等，建設標準較低，建設之初沒有將“適宜機械通過”因素納入到基礎設施建設的標準中[6]。標準6型棚寬度6 m，長度30 m，兩側作業(yè)有效高度低矮，甚至有些在1 m左右。標準8型棚相對6型棚，在長度、寬度、高度方面稍好，標準8型棚寬度8 m，長度40 m，兩側作業(yè)有效高度一般在1.5 m以上。大棚端部的棚門設計之初較少考慮機具通過，棚門寬度一般為1.5～1.8 m。上海處于多雨氣候，為防止大棚受到臺風和洪澇的不利影響，棚外道路與棚門之間設有明溝排水溝，棚門處架設簡易的過道板，連接排水溝兩側溝渠，過道板鋪設寬度一般在1 m左右，甚至有些過道板只能行人通過。目前現有部分道路和棚室不利于拖拉機等中大型機械通過，制約了蔬菜機械的推廣和使用。

2.2 存量8型棚改造后性能分析

由于6型棚本身過于低矮短小，這一先天性不足，即使經過改造也難以保證農機具的通過性，因此從適用性、經濟性等方面通盤考慮，蔬菜大棚改造僅僅針對8型棚，不建議對6型棚進行改造。針對8型棚的改造主要包括以下方面。針對門難進問題，在保證大棚主體結構安全、穩(wěn)固的基礎上，擴大8型棚的開門寬度，甚至采用全開門等方式；把縱向對應門對門排列布局的2個大棚聯(lián)通起來，增加大棚長度，與原來大棚相比，至少減少一半的作業(yè)死角，增加有效作業(yè)面積，減少一半的掉頭次數，提高了作業(yè)效率。改變傳統(tǒng)的逐個大棚依次作業(yè)模式，把拖拉機棚內掉頭改為了部分棚外掉頭，解決了單棚作業(yè)時因棚內掉頭遺留作業(yè)死角的難題。拓寬進棚過道板，與改造后棚室門寬度相當或略寬，方便中大型機具順暢進出。

經過改造以后，在方便機械化作業(yè)的同時，對葉菜種植有利有弊。益處是夏季通風好，減少夏季高溫對蔬菜生產的不利影響，但對冬季來說，優(yōu)點變成了缺點，尤其全開門的方式在冬季存在保溫性不好的弊端，端部全開后，使得門底部無法固定，與地面之間產生了約20 cm的間距，另外與傳統(tǒng)移門相比，這種開門方式兩側邊無法與棚體連接處近似一條曲線，不能嚴絲合縫的完全契合，會留有縫隙，這兩個弊端使棚室冬季保溫效果大打折扣。葉菜(尤其是靠近棚門生長區(qū)域)會因遭遇低溫冰凍天氣而出現凍傷，進而出現減產。另外，若不改成全開全閉式棚門，僅僅把原來的推拉門改寬，由于推拉門自重增加，移動的摩擦力增大，淤泥現象嚴重，造成人工推門費時費力，甚至卡死造成無法移動的情況。

2.3 連棟大棚性能分析

普通連棟大棚對中小型機械友好，機器作業(yè)效率高、效果好。對于連棟大棚來說，棚室面積大小合適，既能發(fā)揮機械化、規(guī)?；鳂I(yè)的最佳效用，又能與成本收益、通風光照相平衡，顯得尤為重要。并不是說棚越大，效果越好。如15 hm2的單座連棟大棚，棚體長度達470 m，非常適合大型機械停放、掉頭、作業(yè)、管理，但由于棚體太長，給通風、排水帶來了挑戰(zhàn)。由于風機功率有限，在如此大的空間內，無法起到良好的通風效果，雖然冬季保溫效果大大優(yōu)于普通單棚，但在夏季高溫天氣，不采取消耗能源降溫的情況下，太高的棚內溫度對蔬菜生長非常不利，同時對蔬菜生產工人是極大考驗。在排水上，超大型連棟大棚需要的排水溝比普通單體連棟溫室需要的排水溝更加寬，考慮到上海地區(qū)夏季容易遭遇臺風內澇，極端天氣下極端時間的強降雨，排水溝的壓力較大，排水設施的暢通性對大型單體連棟大棚顯得尤為重要，否則棚內地塊容易互相影響，造成積水。積水后，水泡過的蔬菜大多不能正常生長，甚至造成絕收，而水泡的菜田會出現板結，土壤肥性流失，嚴重影響下一茬蔬菜的生長。

3 設施宜機化建議

推進設施菜田宜機化，是促進蔬菜生產機械化的基礎和關鍵，設施建設標準決定了后續(xù)機械化作業(yè)技術模式，據調研得知，根據機器作業(yè)幅寬、土地利用率、農藝配套便利、生產習慣等因素，建議采用畦面寬度1.1 m的5畦/棚作業(yè)模式，基于此，提出以下建議。

3.1 存量8型棚宜機化改造

因地制宜采取雙棚連接、短并長、小并大、門加寬等方式，盡可能滿足主推蔬菜機械順暢通過和作業(yè)，改造后棚門高2.0～2.2 m，寬3.0～6.0 m，為保證強度，可以在門橫梁與頂拱之間安裝連續(xù)斜桿，形成大桁架結構，保證管棚斷面垂直方向的結構強度，門橫梁向棚內安裝兩根斜支撐連接到二道梁上，保證管棚斷面水平方向的強度。改造較為適用的移門方式，移門門框分上下兩部分，上半部覆蓋防蟲網，下半部覆蓋薄膜，另有一扇薄膜活動窗，當活動窗移動到門框上半部時為密閉保溫狀態(tài)，活動窗移動到門框下半部時為通風狀態(tài)。取消地面導軌，門框關閉時采用局部門擋固定。

3.2 新建機械化生產單體棚

單型棚相對連棟棚便于生產管理、便于安排茬口等優(yōu)點，在高溫高濕持續(xù)時間較長的上海地區(qū)，大面積的連棟大棚具有一定的風險，連棟大棚同一時間的不同茬口蔬菜，在棚內小氣候影響下極易出現蟲害、病害，而單個單型棚內一般種植一個蔬菜品種，生長期一致，需要的環(huán)境基本一致，即使出現蟲害和病害，也容易控制。充分考慮機械化作業(yè)的條件，發(fā)揮機械化作業(yè)的高效化、規(guī)模化、標準化、信息化等優(yōu)勢，建議建設一批長度≥80 m，棚內有效作業(yè)寬度8 m的單體棚，拱與地面夾角≥82°，肩高>1.8 m，新建單棚門高度≥2.2 m，寬度3～6 m，該參數大棚既滿足了上海地區(qū)自然環(huán)境下蔬菜生長的需要，又適合機械化生產，是蔬菜生產農藝和機械化生產的有機結合。

3.3 新建連棟大棚

大棚生產過程中對蔬菜生產起作用的小氣候環(huán)境與土壤農作物是一個有機統(tǒng)一體，要取得豐收，其中每一個因素都不可缺少。在生產過程中必須根據不同蔬菜在不同生育期對環(huán)境條件的要求，及時科學地控制調節(jié)蔬菜與小氣候、土壤等環(huán)境的關系，才能實現優(yōu)質、高產[7]。而大棚內的空氣流動性不強，濕度較高，光照較差，這些都使病菌侵染速度加快，極易蔓延成災，這也是大棚蔬菜病害傳播速度快的主要原因[8]。若大棚建設過大，將加大小氣候環(huán)境的管控難度，增加病害、蟲害的風險，導致蔬菜產量下降、品質變差[9]。新建連棟棚不宜過大，0.2～0.4 hm2為宜，長度≥80 m，單跨度有效使用寬度8 m(不包括水泥基礎立柱)，大棚門洞超過3 m×3 m，肩高≥3 m，該參數連棟大棚既滿足了機械化作業(yè)，又防止了大棚太大難以農藝管理。

3.4 道路溝渠等配套設施建議

建設水泥混凝土結構路寬4～5 m的干道和路寬2.5～4.0 m的支道，道路標高與種植面標高之差≤20 cm，道路與種植設施之間連接過道板寬度≥3 m，坡度≤8°，方便機具安全進出。

3.5 設施農業(yè)智能化

智慧農業(yè)的應用為大棚蔬菜種植模式指明了未來發(fā)展方向，其主要由監(jiān)控、檢測、實時圖像視頻監(jiān)控3類功能組成[10]。通過智能化生產管理，實現大棚管理科學化、自動化、少人化，根據棚內蔬菜對需水、需肥、需溫等小氣候的需要，及時、自動地噴淋灌溉、撒施肥料、調控溫度、控制外遮陽和內保溫的展閉等，根據蟲害情況，及時反饋，并開展殺菌除蟲作業(yè)。

4 結束語

設施菜田宜機化是推進蔬菜生產機械化的基礎，在推進蔬菜生產機械化過程中要通盤考慮，把滿足機械作業(yè)的設施建設標準納入新建設施大棚建設規(guī)范，設施的標準決定了后續(xù)機械化作業(yè)技術模式。存量設施大棚建設標準較低，當時沒有將“適宜機械通過”因素納入建設標準中去，從適用性、經濟性等方面綜合評判，對體量較大的8型棚及道路溝渠等配套設施進行宜機化改造，是推進蔬菜生產機械化的關鍵。新建設施大棚要體現蔬菜產業(yè)高質量發(fā)展的要求，滿足棚內小氣候對蔬菜生長的需要，充分考慮機械化作業(yè)的要求，引進智慧農業(yè)新技術，促進農機農藝融合。