从国外到国内，看设施园艺装备化作业生产如何发展？
设施园艺装备化作业生产
现状及发展建议
近年来，中国连栋温室园艺种植面积逐年增加，特别是2012年以后表现出跨越式增长（图1）。设施园艺生产是指为种植对象提供适宜环境和条件，以摆脱自然环境和传统生产条件的束缚，从而获得高产、优质、高效农产品的农业生产活动，具有高投入、高产出、高效益的特点。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、装备化、智能化及信息化生产。
设施园艺作业装备是装备化生产的执行者、智能化的体现者及信息化生产数据的收集者，是规模化生产效率和品质的保证。设施园艺生产主要包括栽培环节作业（基质处理、播种、移植等）和生产资材（基质、穴盘等）搬运2种作业类型，完成栽培环节作业的设备统称为节点作业装备，如基质搅拌机、穴盘基质填充机、精量穴盘播种机、种苗移植机、嫁接机和穴盘清洗机等，将这些节点作业装备连接起来，进行资材搬运、输送的设备统称为物流输送装备，如输送带、提升车、苗床输送线、天车等（图2）。传统装备化生产主要依靠节点作业装备，解决了生产节点作业效率低的问题，降低了劳动强度，但是，在各节点装备之间生产资材的输送仍靠人力，设施园艺生产作业的整体效率并未得到显著提高，人力使用量也未能显著减少，难以实现智能化生产；物流装备化生产利用物流输送装备将各节点作业装备连接起来，构成了物流装备化生产系统，可满足规模化、智能化和信息化的设施园艺生产。
1.设施园艺装备化作业生产现状
下面结合设施园艺生产实例，介绍装备技术水平较高的荷兰、连栋温室规模宏大的美国和中国在连栋温室进行装备化作业生产的情况。
1.1荷兰LevoPlantB.V.公司盆栽花卉生产
LevoPlantB.V.是盆栽蝴蝶兰种植企业，温室栽培面积5hm2，生产环节主要包括种苗移植、栽培管理、蝴蝶兰包装出货等。图3为蝴蝶兰种苗移植环节，种苗在基质填充机上进行移植作业，蝴蝶兰种苗根系粗大、形态不规则，移植作业由人工与基质填充机配合，移植后将种苗送入机器视觉分级系统，根据种苗叶片面积分成大、小两级，分级后通过输送带分别送至不同盆花装床机，摆入不同级别苗床，接着再利用苗床自动输送系统分别送入温室不同区域进行培育。
进入开花期的蝴蝶兰，利用苗床升降机或苗床搬运车通过苗床输送轨道输送至作业车间，人工进行捆绑支柱作业，操作人员站在流水线式输送带旁，输送带将盆栽蝴蝶兰送至其面前，人工捆绑支柱后，依据开花数和花朵大小再次进行机器视觉分级，不同级别蝴蝶兰进入不同的盆花装床机后会被装入不同级别苗床，同时实施拉大盆间距的疏盆作业，之后再次送入温室进行花期培育（图4）。
温室内桁架搬运天车将出货蝴蝶兰栽培苗床由温室送至包装车间，包装车间内盆栽蝴蝶兰的输送靠输送带自动完成，盆栽蝴蝶兰包装可由人工完成，也可利用大型自动包装机包装并装盘。包装好放入托盘的蝴蝶兰装入人力搬运车后送入货柜卡车发货（图5）。
1.2荷兰VanderLugt公司蔬菜种苗生产
该公司主要生产蔬菜种苗，生产面积为17hm2，种苗栽培基质为岩棉，灌溉方式为潮汐式。蔬菜种苗生产主要包括精量播种、嫁接作业、嫁接苗愈合、嫁接苗移植和温室培育等环节。如图6所示，播种使用精量播种生产线进行，穴盘采用发泡聚苯乙烯材料，便于叠垛和搬运等自动化作业。播种后，采用电瓶牵引车拖拉搬运车将穴盘送入培育温室。嫁接作业环节中，嫁接用苗用电瓶车由温室送入嫁接作业车间，嫁接作业人员在由输送带构成的嫁接生产线两侧固定位置进行嫁接，嫁接用苗和完成嫁接的嫁接苗均在生产线同一端输入或输出，嫁接作业人员从输送带上取嫁接用苗，完成的嫁接苗再放回不同层的输送带上，输出的嫁接苗集中放入多层穴盘搬运车，待装满后送入嫁接苗愈合装置内进行愈伤培育。
图7为将嫁接苗移植到岩棉块中作业环节。嫁接苗移植作业使用种苗移植复式作业线，人工利用液压搬运车将岩棉块整垛送入复式作业生产线解垛工位，岩棉块以单层形式送入生产线输送带，岩棉块在输送带上完成充水作业后，进入嫁接苗移植工位，在此工位上人工将嫁接苗由穴盘移入充水后的岩棉块中，移植工位上可10人同时进行移植作业。为保证种苗直立生长，移植后种苗岩棉块于插签工位自动插入支撑签，然后由专用搬运铺放车送入温室，依据不同栽培要求调整岩棉块之间的铺放间距，自动铺放。种苗完成培育出货时，将岩棉块种苗放入固定规格的塑料箱中并就地堆垛，最后利用叉车运送入货柜卡车。
1.3美国MetrolinaGreenhouse公司盆栽花卉生产
MetrolinaGreenhouse公司种植面积为60hm2左右，该公司积极引进自动化生产技术，其装备化生产水平是全美最先进的企业之一。如图8所示，该公司在基质处理、种苗移植等方面使用了自动化节点作业装备，基质填充设备为美国制造，种苗移植设备为荷兰TTA公司生产，小苗使用移植机移植，大苗移植采用人工作业，生产中还使用轻简化穴盘苗顶出装置协助种苗移植作业，作业车间内苗盘的输送均由输送带完成。由于种植面积大，该公司在生产作业车间与培育温室之间采用了超大型苗床，温室内配置多台超大型桁架天车搬运苗床，采用燃油发动机驱动，温室之间种苗盆栽花卉的输送采用电瓶车牵引搬运车。
1.4中国广东缤纷园艺公司盆栽花卉生产
缤纷园艺公司主要生产小盆栽花卉，图9为其广东省从化生产基地的装备化生产情况。该公司独立自主开发研制，并在实际生产中应用了地面小盆栽洒水车、基质破碎机、花盆基质填充机、移植作业线，托盘自动装车复式作业生产线，穴盘搬运车牵引车以及独特的穴盘搬运车物流轨道输送系统。
该公司广泛采用独自研制的地面轨道行走灌溉洒水车，以电瓶驱动，通过地面轨道和子母车形式，1台灌溉洒水车可以在整个温室各跨间换位使用。生产资材输送该公司有3种模式，一是人工推送搬运车输送，二是电瓶车牵引多台搬运车输送，三是该公司开发的搬运车轨道输送系统，轨道将各栽培温室与种苗移植作业区域连接起来，移植盆栽种苗装入搬运车后，通过这套搬运车物流系统沿轨道送至各温室，轨道搬运车以电瓶驱动，轨道变换通过人工扳道岔实现。中国云南云秀花卉有限公司盆栽玫瑰生产云南云秀花卉有限公司在盆栽玫瑰生产中，借鉴荷兰物流化生产模式，自主开发出简易苗床栽培与轨道电动运送系统（图10）。
2.国内外设施园艺装备化作业生产的特点
2.1荷兰装备化作业生产
荷兰是温室园艺现代生产技术领导者，借助欧洲先进工业自动化技术，在温室节点装备和物流装备方面开发出世界领先的技术装备。装备化作业生产的特点是：①荷兰温室生产栽培面积不大，一般都在10hm2以下，其装备形成较为封闭的智能化自动化生产体系，自动化作业程度非常高，但在作业时部分物流输送设备仍需要人工值守，当出现卡堵现象时需要进行人工处理；②不同的栽培对象，不同的栽培模式，其装备化作业生产系统各不相同，均为非标定制装备系统；③设施园艺生产中，盆栽花卉装备化作业生产系统的自动化程度较蔬菜装备化作业生产系统高。
2.2美国装备化作业生产
美国大型设施园艺温室生产公司发展比较快，一般种植面积几十公顷以上，为适应超大型的规模化生产需要，物流化作业生产系统的特点如下：①物流输送装备大多采用运送能力强的苗床输送系统，满足规模化生产资材的输送需求；②物流输送装备系统中，关键作业点引进荷兰作业设备（如种苗移植机），其他基质处理设备和输送带等为国产；③由于生产面积大，装备系统大多未构成封闭的自动生产、物流输送系统，并且生产中注重实用性，轻简化装置与自动化生产装备串联使用，这种装备系统构建模式值得中国借鉴。
2.3中国装备化作业生产
中国一些中型规模设施园艺企业受困于规模化生产的需求与劳动力成本攀升，基于荷兰物流化生产模式，自行开发出的物流化复式作业线和资材物流输送设备结构简单、成本低廉，在生产中起到了减少劳动力、降低劳动强度、提高作业生产力的作用。但是，由于物流输送设备结构简单，输送能力有限，难以适用于大规模生产。另一方面，近年我国设施园艺温室生产规模不断扩大，天津大顺花卉园艺、上海大地园艺种苗、内蒙蒙草集团、云南爱必达园艺等大型温室园艺生产企业相继在设施园艺生产中构建了先进的温室园艺装备化作业生产系统，前期是全套引进，目前已可以做到关键生产装备进口，物流输送设备国产化，设计思想基本是研学荷兰温室园艺装备化作业生产模式。目前，国内已有一些温室装备生产公司，借鉴国外先进技术，并结合国内具体栽培模式的需要，开发出一批温室节点作业装备与物流输送装备，图11为北京华农农业工程技术有限公司相继开发出的苗床输送轨道系统、苗床输送天车、穴盘装床机、盆栽花卉装床机、穴盘清洗机和苗床清洗机等。
3.中国设施园艺装备化作业生产发展建议
2018年中央一号文件明确指出，今后农业发展需用现代设施、装备和技术武装传统农业，优化产品产业结构，推进绿色生产方式，壮大新产业新业态，强化科技创新驱动，补齐农业农村短板，并希望在2035年实现农业领域生产现代化。设施园艺是农业现代技术结构合理调整和科技新技术应用的重要领域之一，装备化作业生产是提升设施园艺综合生产效益和竞争力不可缺少的手段。在此，提出以下几点设施园艺装备化作业生产发展的建议。
3.1正确引导社会资金
近年在设施园艺生产效益和安全因素的推动下，大量社会资金流入设施农业生产，为设施园艺温室生产带来了活力，提升了设施与装备水平，带动了整体技术装备的升级换代，这部分资金是农业现代化转型的可持续性经济推动力，政府应给予明确的政策优惠，并通过政策引导杜绝表面投农业实际商业圈地的不良现象。
3.2以设施园艺种苗生产为核心提升设施、装备技术水平
种苗生产是设施园艺生产的龙头，作业量密集，对行业生产效益影响大。近年，种苗生产中虽大量引入了精量播种机，但是整体技术水平仍然非常低，主要作业仍以人工为主，通过装备化作业生产，种苗生产质量、效率均将有较大的上升空间。在基质处理、精量播种、嫁接、愈合、种苗移植、水肥一体化和种苗分级方面，研学国外先进装备技术，系统开发适合国情、稳定性好、可靠性高的装备体系，切实有效提高我国设施园艺种苗生产装备的技术水平。
3.3大力开发物流输送装备，提高综合生产效率
设施园艺生产规模带动效益，规模化生产的重要基础是依靠装备化生产，使用节点作业装备（播种机、移植机等）固然可以提高节点作业环节的生产率，但忽视输送生产资材（基质、穴盘苗等）的物流输送装备投入，仍难以提高整体生产的综合效率、降低人工成本。物流化装备是目前现代工业生产的常规技术，就装备本身来讲，开发技术难度不大，但是，物流化生产装备与栽培农艺合理融合是难点，融合解决不好，将会导致生产效率难以发挥，甚至无法生产，因此，物流化生产装备的开发要结合国情、具体企业的栽培农艺流程，进行融合开发。
3.4装备化作业生产系统的构建要内外结合
完整的装备化作业生产系统由节点作业装备和物流输送装备构成，节点作业装备一般为完整性较好的单机产品，其技术成熟、自成作业体系，可独立完成某项作业，故障率较低，而物流输送装备则是需要根据设施园艺生产的具体栽培流程非标定制设计，其技术虽不复杂，但是设备布置区域大，作业状态信号传送与接收点多，保养维护工作较为繁琐，生产作业中出现故障的概率较大。据此，在构建装备化作业生产系统时，为获得理想的生产作业效果，可以选用国外作业稳定、性能可靠的节点作业设备；在物流输送装备方面，建议依据自身栽培流程委托国内设施园艺装备生产企业定制物流设计方案、采购国内物流输送装备产品、享受国内低廉便捷的售后服务，以避免物流输送装备出现故障影响正常生产。
3.5促进国产节点作业装备的开发
国外节点作业装备技术先进、作业稳定、可靠性高，但是存在价格高以及与国内栽培模式不配套等问题，国内引进的一些装备受基质类型、基质坨状态、嫁接方式和穴盘形式等因素的限制，导致进口装备难以在实际中应用。因此，在研学国外节点作业装备先进技术与理念的基础上，结合物流输送理念，国内大专院校和科研单位应切实结合中国的栽培农艺独立开发，针对关键机构进行深入研究，打破国外技术的垄断局面，以满足中国设施园艺装备化生产的实际需要。
作者：辜松，华南农业大学教授，博士生导师，主要从事设施园艺智能装备系统相关研究。