浅谈设施农业中的机械化应用问题

内容摘要:设施农业是通过采用现代农业工程和机械技术,改变自然环境,为农业生产提供相对可控制甚至最适宜的温度、湿度、光照、水和肥等环境条件,在一定程度上摆脱对自然环境的依赖进行有效生产的农业,本文着重分析设施农业中的机械化应用方面的发展现状。

关键词:设施农业 机械化 摆脱 发展现状

中图分类号S232.3:文献标识码:A

一、设施农业的技术体系

设施农业包含塑料大棚、温室和工厂化栽培3种不同的技术层次。目前发展和应用较多的主要有塑料大棚、温室大棚和连栋温室,也有少量采用先进工程技术的智能型温室和大型温室。前者反映现阶段设施农业的技术水平,而智能型温室则更接近“工厂化农业”,代表设施农业的发展方向,是设施农业的最高技术层次。

二、设施农业机械的现状

适合设施农业耕作、栽培和收获等农艺特点并主要在各类设施中工作的农业机械简称为设施农业机械。我国设施农业起步晚,相比之下,设施农业机械发展较慢,应用较少,配套水平也不高。国外对温室中作业机具进行了系统的开发、研究、推广和应用,许多作业项目如耕整地、播种、间苗、中耕和除草都已实现了机械化。我国设施农业的机械化作业水平低,所有劳动和作业均为原始的手工劳动,强度大,工作环境差,效率低,人均管理面积仅相当于荷兰的1/4,而且作业质量差,产出不尽如人意,平均单产约为荷兰的1/3～1/4,与发达国家相比存在很大差距,是综合设施技术中的薄弱环节,对设施技术的进一步发展已形成制约。

1.耕作机械

我国设施农业机械特别是各种栽培方法所需作业机具有些还是空白,而设施或大棚内的耕作机械更是用户急需的,现有产品的机型不多,应用不普遍,多为借用现有的露地用小型耕耘机械,其适应性差,生产效率低,而且作业质量不稳定。近几年针对温室、大棚等特殊耕作环境,国内研制生产了一些小型耕作机械,有的微耕机还设计有多种作业功能,考虑了兼顾露地作业,提高了机械的使用效率。但是由于产品大多存在以下问题,均未能很好地推广。①外型尺寸及结构质量大,操作不灵便。特别是从露地简单转移到大棚内的机械,在设施内转向和转移都十分困难,而且边角地带无法工作,漏耕严重。②生产率低,适应性较差,当土壤含水率较高(超过20%以上)时,其碎土性能就会变差,耕作阻力变大。③作业性能、可靠性和耐久性等方面还存在一些问题。

2.配套栽培机械

设施内作物的栽培方法各种各样,与之配套的作业机械也各有特点,各不相同。

(1)移栽机。设施内钵苗栽植技术关键是钵苗移栽机,配套机械主要有穴盘育苗及钵盘育苗设备、高效机械化制钵机等。移栽机能保证移栽深浅一致、间距均匀,有利于作物成活和生长,促进高产。德国、意大利等国的小型移栽机广泛应用于设施内作物的栽培,动力为2.94~4 . 41 kW的汽油机。我国目前尚无此类小型移栽机。国家“九五”攻关课题“机械化育苗移栽工艺和机具设备的研究”已研制成功4行自动钵苗移栽机、2行半自动钵苗移栽机及配套高效机械化制钵机,并取得了较好的试验效果,但不是明确针对设施农业而研制开发的,不能进入设施内作业。

(2)穴盘播种成套设备。地膜作物精播机和施肥铺膜播种机有不少单位研究,也有成熟产品,但也仅限于露地作业。国产穴盘播种机主要是真空吸附式播种器,播种精度不高,而且大多数穴播机不能满足播种时行距和穴距可调的要求,急需开发小型精密或精量播种机,要求行距、穴距及播深可调,且控制准确,能适应设施内的作业要求。与钵盘育苗播种成套设备配套的高效机械化制钵机生产率达5万钵/h,可依次完成钵盘装土、刮平、压窝、播种、覆土和浇水等多道工序,已由南京农机化研究所研制成功,该机大大降低了劳动强度,提高了生产率,有利于培育健壮的钵苗。

3.其他机械

与耕作及栽培有关的配套设施农业机械还有地膜(残膜)回收机、农作物嫁接机等。机械回收残膜有利于降低劳动强度,提高生产率,保护设施内土质,使其符合环保要求。合理嫁接可培育优良品种,生产名优产品,提高设施栽培效益。目前这些配套机械的研制正处于起步试验阶段。

三、近期的研究方向及发展重点

我国设施农业机械的发展应根据各地的气候特点及土壤环境,在汲取国外先进经验的基础上,注重与设施农业的特殊农艺紧密结合。近期的研究方向及发展重点有以下几点。

(1)开发专用微耕机,合理选择配套动力。要求机体和质量小、动力足,操作舒适,符合人机工程学的设计原理,减轻操作者的劳动强度,尽量减少发动机对设施环境的污染。动力以2. 21～4.41 kW为宜,最好是汽油机。

(2)增强作业功能,提高配套比。要求配套机具性能稳定,工作可靠,操作方便,更换便捷,能分别进行旋耕、犁耕、开沟、做畦、起垄、筑埂、中耕、培土、铺膜、打孔、播种、植保、灌溉和施肥等多种作业,操作手柄能上下左右调整,以适应设施内的工作条件并方便田间转移。

(3)开发穴盘育苗播种成套设备。在机械化育苗移栽工艺和机具设备研究成果的基础上,着重研究与微耕机配套的小型钵苗移栽机,先以半自动机型为主,逐步向标准化、系列化和规范化方向发展。

(4)研制适合设施内作业的小型精密或精量播种机和地膜回收机。要求精播机行距、穴距及播深可调,且控制准确,能适应设施内的作业要求。

(5)兼顾露地作业,作业机械可用于蔬菜露地、苗圃及果园的作业,提高机械的利用率。

四、发展前景展望

设施农业的环境由人工控制,条件比一般大田简单得多,智能化仪器、设备和机器等人工智能技术得到普遍应用,所以智能化系统有可能在智能型温室中率先实现。智能型设施农业机械大量采用机电一体化技术,使传统机械无法作业的项目实现了机械化。

21世纪农业工程的发展重点是农业人工智能化。智能化技术在设施农业上的研究运用将直接推进智能型设施农业机械的发展,使设施农业整体机械化水平大大提高。