设施农业农机装备发展的好不好，这篇文章告诉你真相！
设施农业农机装备现状与发展趋势分析
在设施农业生产中，农机装备具有十分重要的作用。现代农机装备不仅能减轻人力劳动，提高生产效率，而且能促进设施栽培技术向标准化发展，进一步提高农艺和机械化、信息化融合水平。长期以来中国设施农业机械化发展缓慢，设施生产过程中，多以人力劳动为主，无法促进设施生产效率与效益的提升，随着中国设施农业种植规模的逐渐扩大以及劳动力成本的逐渐提高，加快设施农业农机装备和技术的发展，将会变得越来越重要。
中国设施农业农机装备发展现状
近年来，国家高度重视推进农业供给侧结构性改革，大力推动绿色农业的发展，设施农业产业规模逐步扩大，特别是2012年以来，设施农业产业规模取得了跨越式的发展，取得了令人骄傲的成就。目前，中国设施农业的总体机械化水平只有31.5%，其中耕整地环节机械化水平最高为70.6%，肥水灌溉环节为54.6%，栽种环节机械化水平为15.2%，采运环节最低只有7.7%，设施环境控制环节24.4%。不仅总体机械化水平偏低，各环节机械化发展水平的严重不匹配，限制了中国设施农业整体机械化水平的提高，尤其是栽种、采运环节，装备技术远远落后于国际先进水平，这也成为今后相当长的一个时期内，提升中国设施园艺装备水平的一个突破口。
相对于荷兰、以色列等设施园艺装备发达国家，中国设施农业起步较晚，受制于经济发展水平限制，整体设施类型仍然以塑料大棚、日光温室为主，栽培模式将在相当长的一段时期内以土壤栽培为主，因此，发展适应中国设施农业栽培模式的耕整地、灌溉施肥、植保、物流输送、播种育苗、收获、环境控制等装备，将成为今后一段时期内的主要任务和方向。
耕整地机械装备
耕整地机械主要进行犁耕、旋耕、开沟、做畦、起垄、除草等工作。它通过对土地进行耕翻，把犁底层与耕作层土壤进行充分置换，改善耕层结构，提高耕作层土壤营养元素含量；松碎土壤，提高了土壤孔隙度，使耕作层土壤疏松，促进土壤中的水、肥、气、热相互协调，利于作物根系生长和种子发芽，并能够让雨水更好的渗入土层，增强了土壤蓄水保墒能力。
设施蔬菜对种植土壤有着特殊的要求，进行土地精细化耕作，才能为蔬菜种植创造下松、中塇、表细碎、高度平整的优良种床或苗床，精整机可根据不同蔬菜的农艺要求一次性完成深松、精细碎土、整平、起畦或起垄作业。自走式起垄覆膜机结构简单，操作方便，能够较好适应设施园艺的工作环境，如图1所示。
小型撒肥机
施肥是调节耕作土壤理化性状、增加肥力最直接有效的措施。目前，温室大棚内仍依靠人工抛洒的方式完成，劳动强度大，人体皮肤长时间接触化肥，危害较大；另外，由于农户多依靠经验撒肥，撒肥均匀性差，化肥浪费严重，作业质量不高。撒肥机是在整地前，将固体化肥均匀撒布于种植土地上的施肥机具，其中离心式撒肥机因其机具结构简单、重量较轻、撒肥幅宽大、工作效率高的特点，被许多发达国家和地区运用于农业生产中。离心式撒肥机采用自走式或悬挂式动力系统，由动力输出轴带动旋转的撒肥盘，利用离心力将化肥撒出，工作时可调整撒肥机构以实现单边或双边施肥，如图2所示。
土壤改良及连作障碍防控装备
设施园艺内蔬菜多年种植，会导致土壤营养不均衡，农药化肥大量使用，则会造成土壤板结、连作障碍严重，土壤理化性能失调。优质的土壤是保证高质量蔬菜生产的先决条件，土壤的杀菌消毒也是克服土壤连作障碍的重要方法之一。高温蒸汽消毒是将高温水蒸气通入土壤，将土壤中的细菌以及大部分杂草高温灭杀，由于高温蒸汽不再会形成药害残留，不会引起土壤病菌的抗药性，因此对改善土壤板结，实现土壤修复具有良好的效果，如图3所示。高温蒸汽消毒设备工作时，由拖拉机提供旋耕机和消毒机的动力，旋耕机前进时，刀具负责对土壤进行旋耕作业，将土块破碎，起到疏松土壤和减少土壤对蒸汽输送软管和蒸汽发生装置喷头的阻力；蒸汽消毒箱前进时，带动足够长的蒸汽输送软管行进，蒸汽输送软管另一端与蒸汽发生装置相通，最终发生器将高温蒸汽通入土壤。
自走式精旋土壤火焰杀虫机是利用物理火焰进行土壤消毒，实现对土壤病虫草害的有效灭杀，该土壤修复处理技术同样可为后续解决蔬菜生产连作障碍问题提供了技术支持，如图4所示。
虫情预警和防治装备
传统的害虫识别与计数主要应用人工识别法、田间调查法、诱集法等方法，由于田间环境复杂、不稳定等因素导致人工识别计数农田害虫的识别率低，计数准确性差、劳动强度大、实时性较差。南京农业大学设计了一种基于触压扰动信号的虫情监预警系统，其核心组成是自动计数双层LED诱虫灯，诱虫灯由双层高压加密电网组成，其外层电网采用间隔较稀疏的布置方式，内层电网采用间隔较密集的布置方式，虫子在受到蓝紫光的吸引触碰到高压电网后电击而死（图5）。
此款诱虫灯最大的特点在于能够实现精准计数以及虫子体型的大致判断：当虫子落在金属丝上面会将相邻两个金属丝之间的电阻短路，由于电路采用的是恒流源和相同阻值的电阻串联，所以数字电压表的电压值是线性变化的；如果同一时刻有两个电阻被短路，则可判断虫子的体型较大，测得的相关信息通过移动互联可发送到用户手机或者电脑客户端，虫情监控系统如图6所示。
国家农业智能装备工程技术研究中心开发出多功能植保机（图7），以满足设施园艺生产对病虫害防控需要，不同于普通的臭氧发生器，多功能植保机主要利用利用黄、蓝色光源把害虫成虫吸引到设备附近，再利用强大风力将其吸入设备中，设备内高压及局部高浓度的臭氧杀死害虫。多功能植保机主要通过高压放点电离的方式产生臭氧，利用臭氧灭菌和抑菌作用，实现对病虫害的防治。根据害虫不同时期的活动习性、分部特征以及发生规律，分别采用间歇式、分布式和差异化三种不同的防控策略，以实现设施蔬菜虫害物理防治。
叶菜收获机械
蔬菜的收获过程以叶类蔬菜的劳动强度最大，在我国主要依靠人工完成，目前叶类蔬菜收获过程机械研制工作进展顺利，尤其是江苏省，在省内各类科研计划的支持下，已有多款针对不同叶菜的收获机械在进行田间试验。其中茎叶类蔬菜有序收获机针对的茎叶类蔬菜，主要对其收获过程实现有序化，是一种茎叶兼收，电动高效，自走式有序收获机具（图8），其结构简单、紧凑、合理工作效率高，改善了设施园艺内茎叶类蔬菜收获条件。
改进型茎叶类蔬菜有序收获机则是针对鸡毛菜、金花菜、茼蒿等茎叶类蔬菜收获机械，工作效率可达2~3667m2/h，割台宽度为1500~1800mm。此外，不同科研单位针对菠菜、秧草、韭菜等也开发了不同类型的收获机械，对于设施园艺内大多数叶菜实现了机械化、有序收获（图9~11）。
蔬菜的清洗和加工装备
蔬菜清洗是蔬菜加工和净菜生产的关键环节，其主要目的是洗净蔬菜表面的泥沙、虫卵等杂质，在不损伤蔬菜的同时，对蔬菜表面的农药残留进行降解。蔬菜清洗环节可以延长蔬菜的储藏时间，有效提高蔬菜食用安全，对蔬菜深加工产业发展具有重要意义。传统的蔬菜清洗机主要通过浸泡、物理漂洗和喷淋完成蔬菜的清洗。目前新型的蔬菜清洗装备包括气泡清洗机、超声波清洗机和巴氏杀菌流水线清洗机，对于提高蔬菜清洗效率，降低能耗方面有着不错的效果。蔬菜加工装备是对清洗干净的蔬菜继续进行后续加工的机械设备，对于不同种类蔬菜的加工环节，其生产加工设备种类繁多，由于食品安全的相关政策，加工装备多采用不锈钢材质，特别是对于要求严格的生产环节，设备表面还被要求喷涂可食用涂层，防止加工设备对蔬菜造成污染（图12）。
设施农业农机装备技术未来发展方向
设施农业的发展正趋于规模化、多样化，这就为设施农业机械技术的发展带来了契机，规模化生产的目的，一方面降低生产成本，提高生产效率，另一方面，工厂化生产运营对于农产品质量的提高有着深远的影响。我国设施农业的发展正逐步从粗放型向着精细化方向发展，这些是单靠人工是很难实现的，因此，设施农业装备技术的革新有着现实的需求。
机械化发展需求旺盛
发展设施农业农机装备是推进农业供给侧结构性改革的重要部分，随着农村人口向城市转移，农村劳动力成本日益增加，设施农业内装备发展有着现实的意义。对比发达国家的设施园艺水平，中国目前的设施园艺机械化水平还不高，自动化水平不足，智能化程度较低。从整体来看，中国设施内农机装备有效供给不足，中低端产品产能过剩，而高端农机装备尚处于实验室研发阶段，无法有效地运用于实际生产中；结合实际的生产来看，中国农机农艺融合不够，品质选育、栽培制度、种植方式与农机装备的适应性有待加强，特别是受温室大棚结构和道路、沟渠等的限制，使得机具在设计时，一定要考虑好行走机具的应用问题，做到机具、设施结构与栽培模式相结合。
智能化发展需求为农业的发展带来了革命性的变化，也为设施农业农机装备的发展带来深远的影响。“智慧农业”的发展模式是建立在机械化及自动化的基础上，对设施园艺的装备要求更高，生产效率也更高，可以完成从耕整地到作物育苗移栽，中耕管理，环境因子检测及网络化数据传输，作物生长过程现代化管理，果实采收分级的全产业链机械自动化生产。不仅可以引领设施园艺内作物向着高产出，高效益、安全优质、低碳环保方向前进，而且对提升设施农业的抗风险能力和市场核心竞争力发挥着着积极的作用。
作者：汪小旵、杨昊霖（南京农业大学工学院）
蔡国芳（江苏省农业机械试验鉴定站）
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