第8章 设施农业机械化作业技术.doc

设施农业机械化作业技术研究第8章 设施农业机械化技术设施农业是具有一定设施，能在局部范围改善或创造环境气象因素，为动植物生长发育提供良好的环境条件，而进行有效生产的农业。设施农业包括设施栽培和设施养殖。设施栽培目前主要是蔬菜、花卉、瓜果类的设施栽培。设施有各类塑料棚、各类温室和人工气候室(箱)。目前设施养殖主要是畜禽、水产品和特种动物的设施养殖。主要设施有各类保温、遮荫棚舍和现代集约化饲养畜禽舍及配套设施设备。设施农业是农业工程学科最具典型的分支学科领域，是依靠科技进步形成的高新技术产业，也是世界各国用以提供新鲜农产品的重要技术措施。8.1 国内外设施农业的基本概况8.1.1 国外设施农业现状及发展趋势(1) 国外设施农业现状目前，全世界有大型现代化玻璃温室3万hm2，主要集中在欧洲，仅荷兰就有1.1万hm2；采用聚碳酸酯板或片材(PC)等覆盖材料的现代化温室面积有1万hm2；普通塑料温室约有35万hm2，主要集中在东亚及环地中海国家。如中国(20万hm2)、日本(4.7万hm2)、韩国(2.3万hm2)、西班牙(2.6万hm2)、意大利(2.0万hm2)、土耳其(1.0万hm2)、法国(0.6万hm2)和希腊(0.5万hm2)等。大多数国家生产上应用的以塑料温室为主，荷兰等西欧国家由于气候的原因以玻璃温室为主。温室骨架材料为钢材骨架和铝合金屋顶，覆盖材料一般都分两层，即外覆盖材料和内覆盖材料，外覆盖材料多用各种塑料薄膜、玻璃、玻璃纤维加强聚酯板和聚酸酯板；内覆盖材料有保温帘（用于冬季或夜间提高保温性能）、遮阳网或各种降温降湿材料（用于夏季降低温室内的温度和湿度）。发达国家的温室覆盖材料都具有高适光性、高保温性、无滴、抗老化、使用期长等特点，近年来日本、美国研制出的功能膜具有光谱选择、降温、杀菌、防虫等功能。在温室的管理上应用计算机对温室内的温度、湿度、二氧化碳浓度和温室外的温度、风雨、日照以及植物生长状况的自动控制，基本上实现了温室的机械化、自动化和现代化。发达国家的温室种植品种均以高附加值的蔬菜、花卉和特种水果为主，蔬菜品种以果菜类蔬菜为主，少量以无土栽培方式种植叶菜类蔬菜。 （2）设施农业的发展趋势： 1）温室大型化 随着温室技术的发展，发达国家的生产型温室不断向大型化方向发展，荷兰、比利时的温室户营规模一般为2hm2左右，每座温室的单栋面积都在半公顷以上，日本提出的温室发展方向是单栋面积0.5hm2以上的温室。 2）高新技术化、工厂化 发达国家应用于设施农业的高新技术主要有无土栽培技术、营养液调配技术、环境监测调控技术、二氧化碳施肥技术、蜜蜂授粉（生物）技术、基质消毒技术、机械消毒技术、机械化作业技术、产品采后处理技术、新能源技术、激光技术、空间技术和海洋工程技术等，使设施农业逐步向植物工厂方向发展，从而向设施农业的高级形式工厂化农业演变。 3）温室产品多样化、特色化 除蔬菜、水果和花卉等温室常规作物外，凡是能产生高附加值的如香料、特种植物、工业原料植物、药用植物、食用菌和其它观赏植物均已成为温室栽培的主要品种。8.1.2 我国设施农业的发展和存在的问题（1）国内设施农业的发展我国设施农业的发展始于20世纪50五十年代初期。1956年北京开始试用塑料薄膜拱棚，1958年华北地区先后试建了大型单栋温室。60年代初东北地区建成1hm2的大型温室。随后以阳畦、塑料中小棚、温室、日光温室为主体的保护地栽培得到了迅速发展。此后，吉林长春市郊区首先创建了占地面积为667m2的塑料大棚，内蒙古地区出现了前沟加温的改良式温室。70年代，塑料大棚遍及全国，成为保护地中的主要生产设施。1978年开始推广地膜覆盖栽培。1975年北京玉渊潭公社开始设计建造大型连栋玻璃温室.1979年北京市四季青公社从日本引进2hm2全自动化的连栋温室，屋面为丙烯酸树脂玻璃纤维加强板。1980年哈尔滨园艺研究所从荷兰引进占地0.6hm2的荷兰式现代化温室。80年代初，农业部陆续安排塑料大棚及栽培技术等单项技术研究。到1999年底我国设施农业栽培面积已达150万hm2，其中塑料中、小拱棚65万hm2，占43.3%，塑料大棚35万hm2，占23.3%；各种温室50万hm2（主要是日光温室，占99.8%），占33.3%；现代化连栋大型温室617公顷,其中引进国外产品200公顷,国产大型连栋温室417公顷,并且每年以100150公顷面积的速度递增。另外还使用遮阳网1.6亿平方米,防虫网400万平方米。随着我国农业产业结构的调整,全国各省市涌现了一批不同设施水平和不同技术特点的农业高科技示范园区,标志着我国设施农业的发展进入了新的阶段。 （2）设施农业发展中存在的问题温室生产对丰富人民的菜篮子，改善人民生活，发展农村经济具有举足轻重的作用。但是我国温室环境调控水平，装备成套水平，抗灾能力均不能满足生产实际要求，设施农业高劳动生产率，高土地利用率的效能得不到充分发挥。温室播种育苗和加热、通风降温设备没有定型产品、性能参数与温室生产要求不匹配。温室内耕种机具操纵方便性差，绝大多数还要靠人工作业，工效低、劳动强度大、费用高。我国是小型动力耕种机械的生产大国，技术成熟；温室播种育苗设备已经有了从韩国、日本引进的样机；大量使用在畜禽规模化饲养上的加热、通风降温设备只需针对温室生产要求进行总体布置和结构设计即可。完全可以依托我国机械工业基础较好，设施农业技术装备制造技术成熟的条件，经过产品技术组配集成和企业的适当重组与调整，制造出符合要求的设施农业技术装备。8.1.3 辽宁设施农业的基本概况辽宁地处北纬3943，属北方寒冷地区，过去全年有67个月没有新鲜蔬菜供应。但冬季有充足的光照资源，优于长江、黄河流域。20年前开始发展保护地(大棚、温室)蔬菜生产，现已发展到近10万hm2，约占全国蔬菜保护地面积的17%。特别是辽宁省首创的节能型日光温室，可在北纬4041地区，冬季在不加温条件下生产喜温果菜，被国内外农业学术界公认为世界先进水平。目前，辽宁省日光温室面积已占全国面积的1/3，发展速度是比较快的。虽然设施农业生产已成为辽宁省冬季蔬菜生产的主要形式，但从微观上看，一户一棚，一棚一亩，生产规模较小，生产工艺落后，配套技术不完善，产前、产中、产后不配套，特别是没能实现工厂化、标准化生产，其产品质量与经济效益较低，与世界上先进的农业国荷兰相比，温室设施数量与其相当，但效益不及荷兰的10%。主要差距就在生产设施、生产技术、管理水平远远落后。因此，将温室生产提高一个技术档次，已成为辽宁农业经济发展的当务之急。针对上述问题，结合我省经济条件和机械化生产技术水平，对蔬菜机械化生产工艺及配套技术进行了研究，提出应在费工多、经济效益显著、菜农迫切要求、又容易使用机械的作业项目上下工夫，逐步推广性能好、价格低、性能可靠的蔬菜机械。从目前蔬菜生产方式和栽培技术来看，有些作业不便实现机械化，有些不易实现机械化。因此在较长时间内，我省露地和棚室蔬菜生产机械化、半机械化和手工操作将同时并存。8.2 适合机械作业的塑料大棚和日光温室机械作业对大棚的基本要求是有适当的高度、宽度及长度，尽量减少中间障碍物。根据这一基本要求，比较适于机械作业的是钢架和装配式钢管塑料大棚及无前柱钢竹混合结构和钢架结构的日光温室。首先，这类结构的大棚和日光温室，中间无支柱，棚体较高大，作业方便。相比之下，竹木结构棚比较矮，且中间一般有36排支柱，不便于机械作业。棚室内机械作业负荷最高的是耕整地，因为蔬菜生产要求土壤耕深较大，这就给机械配备提出了难题，大功率机械体积大，难于在棚内作业，而体积小的小功率机械又难以满足耕深要求。解决这一矛盾要从两方面着手，一方面尽量增大动力机械功率，同时缩小体积;另一方面就是在棚室设计上向满足机械作业要求靠拢。除对棚室内部空间的要求外，大棚底脚的角度也应尽可能大，这样机械作业可靠近棚边，减少耕作空白区。8.2.1 适合机械作业的塑料大棚塑料大棚是用各种材料做支架，架设成一个整体结构，形成一定空间，支架上覆盖塑料薄膜，宽6m以上、长30m以上、高1.8m以上，四周无墙体的设施。（1） 钢架塑料大棚无柱钢架塑料大棚（图8-1）在北方广大地区应用很普遍，可以自行焊接建造，也有厂家配套生产，如鞍山市园艺科学研究所的鞍I型大棚。一般宽1014m，长4060m，中高2.53m。由于棚内无支柱，拱杆用材为钢材。因此，遮荫少，透光好，便于机械化作业，坚固耐用，使用期10年以上，只是一次性投资较大。较普遍采用的是直径为1216mm的圆钢直接焊接成人字形花架当拱架。上下弦之间用810 mm钢条做成人字形排列，把上下弦焊接成整体。工厂批量生产只做成半截拱架，装棚时再焊接成整体。为使整体牢固和拱架不变形，纵向用4条或6条拉杆焊接在拱架下弦上，拱架两端固定在两侧的水泥墩上。图8-1 无柱钢架塑料大棚1.上弦 2.下弦 3.水泥墩 4.上下弦间的人字形钢条 5.拉杆（2）装配式镀锌钢管大棚装配式镀锌钢管大棚（图8-2）全部骨架是由工厂按定型设计生产出标准配件安装而成。国内生产的跨度有6m、8m、10m等几种，长度3066m，高2.53m，均为拱圆形。棚体南北向，棚内无立柱。有卡膜槽、卡膜弹簧、棚头、门、侧部通风装置等，通过各种卡具组装而成。大棚拱杆是由两根弧形直径2532mm钢管在顶部用套管对接而成，拱杆距0.51.0 m，全棚用6条纵杆连接，大棚附有铁门和手摇卷膜操纵器。该种大棚结构合理，棚体坚固，抗风雪能力强，搬迁组装方便；无立柱，棚内操作管理方便，便于透风、透光，使用年限长达10年以上。图8-2 装配式镀锌钢管大棚8.2.2 适合机械作业的日光温室日光温室介于塑料大棚与温室之间，其保温性比塑料大棚好，造价比铝合金温室便宜。日光温室以北京改良式温室和鞍山日光温室的模式为主，其朝向为坐北朝南，东西山墙及北墙用砖或土砌成，北屋较窄。（1）无前柱钢竹混合结构日光温室透光前屋面用钢筋或钢管焊成桁架结构作为承力骨架。为了节省钢材，对前屋面承重结构的做法有多种形式：两行桁架间距3m左右，中间设3道竹片骨架。桁架和钢管骨架间隔设置，3.3m为一开间，中间设钢管骨架，钢管骨架与桁架间再用竹片骨架数道。这种结构由于前后屋面未做成整体结构，因而仍需要设置后柱，以承受主要来自后屋面的荷载，如图8-3所示。图8-3 无前柱钢竹混合结构日光温室（单位：m）1.中柱 2.拱杆 3.横向拉杆 4.钢架 5.吊柱 6.纸被 7.草垫 8.后墙、后坡（2）焊接钢管或钢筋骨架温室鞍型日光温室骨架温室（图8-4）应用较早，骨架常做成平面行桁架，上弦用厚壁管，下弦和腹杆用钢筋焊接而成，纵向设45道系杆用螺栓与桁架连接，便于安装和拆卸。室内无柱跨度大，空间大，便于机械作业，承载力强，遮挡少。图8-4 鞍型日光温室骨架由沈阳农业大学等单位研制的辽沈I型日光温室骨架（图8-5），以其设计合理、进光量大、增温快、承载力大、用钢量省，屋脊鹅顶状突起解决了施工方便和保温层在屋脊处厚度的矛盾，已形成67.5m不同跨度的系列温室骨架，并取得了国家专利，正逐步取代其他类型骨架。图8-5 辽沈I型日光温室骨架8.2.3 棚室规划与设计作为永久性保护地设施的温室建筑工程，其一次性投资、运转费用和能源消耗，都远远超过了陆地的生产栽培。因此，在决定建造温室之前，必须对建造的各个阶段进行周密的规划，这需要考虑以下基本要素。（1）场地的选择选择温室的建设地点，主要考虑气候、地形、地质、土壤，以及水、暖、电、交通运输等条件。1)气候条件气候条件是影响温室的安全与经济性的重要因素之一，它包括气温、光照、风、雪、冰雹与空气质量等。气温：在掌握各个可能建造温室地域的气温变化过程的基础上，着重对冬季可能所需的加温以及夏季降温的能源消耗进行估算。无气温变化过程资料时，可着重对其纬度、海拔高度以周围的海洋、山川、森林等对气温的主要影响因素进行综合分析评价。光照强度和光照时数对温室内植物的光合作用及室内温度状况有着很重要的影响，它主要受地理位置和空气质量等影响。风速、风向以及风带的分布在选址时也必须加以考虑。对于主要用于冬季生产的温室或寒冷地区的温室应选择背风向阳的地带建造；全年生产的温室还应注意利用夏季的主导风向进行自然通风换气；避免在强风口或强风地带建造温室，以利于温室结构的安全；避免在冬季寒风地带建造温室，以利于冬季的保温节能。对于温室，过大的风振会影响其使用寿命。由于我国北方冬季多西北风，一般庭院温室应建造在房屋的南面；大规模的温室群要选在北面有天然人工屏障的地方，而其他三面屏障应与温室保持一定的距离，以免影响光照。从结构上讲，雪压是温室这种轻型结构的主要荷载，特别是对排雪困难的大中型连栋温室，要避免在大雪地区和地带建造。对普通玻璃温室，安全是至关重要的。要根据气象资料和局部地区调查研究确定冰雹的可能危害性，从而使普通玻璃温室避免建在可能造成雹情危害的地区。空气质量的好坏主要取决于大气的污染程度。大气的污染物主要是臭氧、过氯乙酰硝酸酯类（PAN）以及二氧化硫、二氧化氮、氟化氢、乙烯、氨、汞蒸汽等。这些由城市、工矿带来的污染分别对植物的不同生长期有严重的危害。燃烧煤的烟尘、工矿的粉尘以及土路的尘土飘落在温室上，会严重减少透入温室的光照量；寒冷天火力发电厂上空的水汽云雾会造成局部的遮光。因此，在选址时，应尽量避开城市污染地区，选在造成上述污染的城镇、工矿的上风向，以及空气流通良好的地带。调查了解时要注意观察该地附近建筑物是否受公路、工矿灰尘影响及其严重程度。2)地形与地质条件 平坦的地形便于节省造价和便于管理，同时，同一栋温室内坡度过大会影响室内温度的均匀性，过小的地面坡度又会使温室的排水不畅，一般认为地面应有不大于1%的坡度为宜。要尽量避免在向北面倾斜的斜坡上建造温室群，以避免造成遮档朝夕的阳光和加大占地面积。对于建造玻璃温室的地址，有必要进行地质调查和勘探，避免因局部软弱带、不同承载能力地基等原因导致不均匀沉降，确保温室安全。3)土壤条件 对于进行有土栽培的温室，由于室内要长期高密度种植，因此要对地面土壤进行选择。选择的基本原则是：就土壤的化学性质而言，砂土储藏阳离子的能力较差，养分含量低，但是养分输送快。粘土则相反，它需要的人工总施肥量低。对于现代高密度种植作物而言需要精确而又迅速地达到施肥效果，因而选用砂土比较合适；土壤的物理性质包括土壤的团粒结构好坏、渗透排水能力快慢、土壤吸水力的大小以及土壤的透气性等都与温室建造后的经济效益有密切的关系，选择时要选择土壤改良费用较低而产量较高的土壤。值得注意的是，排水性能不好的土壤比肥力不足的土壤更难于改良。4)水、电及交通条件 水量和水质也是温室选址时必须考虑的因素。虽然室内的地面蒸发和作物的叶面蒸腾比露地要小得多，然而用于灌溉、水培、供热、降温等用水的水量、水质都必须得到保证，特别是对大型温室群，这一点更为重要。要避免将温室置于污染水源的下游，同时，要有排、灌方便的水利设施。对于大型温室而言，电力是必备条件之一，特别是有采暖、降温、人工光照、营养液循环系统的温室，应有可靠、稳定的电源，以保证不间断供电。温室产品如能及时运送到消费地，便可保证产品的新鲜，减少保鲜管理的费用。因此，温室应选择在交通便利的地方，但应避开主干道，以防车来人往，尘土污染覆盖材料。（2）场地的规划建设单栋温室，只要方位正确，不必考虑场地规划，如建设温室群，就必须合理地进行温室及其辅助设施的布置，以减少占地、提高土地利用率、降低生产成本。1)建筑组成及布局 一定规模的温室群，除了温室种植区外，还必须有相应的辅助设施，才能保证温室的正常、安全生产。这些辅助设施主要有水暖电设施、控制室、加工室、保鲜室、消毒室、仓库以及办公休息室等。在进行总体布置时，应优先考虑种植区的温室群，使其处于场地的采光、通风等的最佳位置。辅助设施的仓库、锅炉房、水塔等应建在温室群的北面，以免遮阳；烟囱应布置在其主导风向的下方，以免大量烟尘飘落于覆盖材料上，影响采光；加工、保鲜室及仓库等既要保证与种植区的联系，又要便于交通运输。2)温室的间距 为减少占地、提高土地利用率，前后栋相邻的间距不宜过大，但必须保证在最不利情况下，不至于前后遮荫为前提。一般以冬至日中午12时前排温室的阴影不影响后排采光为计算标准。纬度越高，冬至日的太阳高度角就越小，阴影就越长，前后栋间距就越大。3)温室的方位 在温室群总平面布置中，合理选择温室的建筑方位也是很重要的，温室的建筑方位通常与温室的造价没有关系，但是它同温室形成的光照环境的优劣以及总的经济效益都有非常密切的关系。所谓温室的建筑方位就是温室屋脊的走向，朝向为南的温室，其建筑方位为东西。我国对玻璃温室的初步研究成果表明，随着温室所在地理位置的不同，纬度增高则东西方位温室的日平均透光率比南北方位的日平均透光率将增大。经过分析，大致可以归纳成如下规律：对于以冬季生产为主的玻璃温室（直射光为主）温室，以北纬40为界，大于40地区，以东西方位建造为佳；相反，在小于40地区则一般以南北方位建造为宜。对于东西方位的玻璃温室，为了增加上午的光照，以利于植物在光合作用强度较高的时段的需要，建议将玻璃温室朝向略向东偏转5100为宜。8.3 设施农业中的机械化设施农业中的机械化是农业生产服务的工程技术体系，主要包括耕整地机械化，种植机械化，农产品加工、处理机械化和环境控制机械化等。农业机械化的发展首先是引进国外通用农业机械，然后再研制和推广专用机械。西欧和美国等国家在蔬菜生产各个环节机械化水平很高。前苏联、东欧和日本等也都很重视蔬菜生产机械的应用和推广工作，生产水平也较高。在日本，小型旋耕机和双向犁等在温室耕作中发挥了重要作用；英国不但研制了精密播种机，而且还成功研制了液体播种催芽种子的方法及其机具；美国把种子包衣材料制成饼片，用于蔬菜的精量播种；荷兰、日本等国发展自动化温室。因受到空间、技术水平和经济能力等因素的限制，我国设施农业起步比较晚，相应的机械化和自动化程度也很低。8.3.1 机械耕整地耕整地作业是蔬菜生产过程中重要环节，它包括翻耕、旋耕、深松、起垄、作畦等。其目的是疏松土壤，恢复土壤团粒结构，以便积蓄水分和养分，覆盖杂草、肥料，防治病虫害，为蔬菜提供土、肥、水、气等方面良好的生长发育条件是蔬菜获得优质高产的基础。土壤耕作在设施农业中极为重要，是恢复和提高土壤肥力的重要措施。(1) 翻耕棚室内翻耕作业有两种方式：小四轮拖拉机配套1LXF220型悬挂翻转双铧犁；工农51、长江61型小手扶拖拉机配套1L120型单铧双向犁。标准钢架式大棚内两种方式均可完成作业，但在立壕式大棚内只能采用后一种的小型手扶拖拉机作业。翻耕作业的农艺要求是：土垡翻转良好，立垡、回垡率不大于3%；耕后地表残株、杂草和肥料应能充分覆盖，地表干净；耕深一致，作业深度达到农艺要求。(2) 旋耕旋耕是耕整地作业的主要方式。旋耕机旋耕后，地表平整，土壤细碎，一次即可完成耕耙作业。机具配备有三种形式：小四轮拖拉机配套GL-70型旋耕机；工农51型、长江61型小手扶拖拉机配G500型、1G700型后置式旋耕机；MI3型、青岛41型等半轴式自走式旋耕机。第一种机组为标准钢架大棚主要作业机具，后两种机组主要用于立壕式大棚内作业。作业质量标准：旋耕深度12cm以上，菜田平整细碎，地表土直径不大于3cm，深度一致，不重耕，不漏耕，松实适宜。(3) 深松为加深耕层，增加棚室内土壤通透性，采用1015马力小四轮拖拉机趟沟扣垄犁，配装松土铲作业。最大耕深可达32cm。不足之处是此机组只能在标准钢架式大棚内使用。农艺要求：要有良好的翻士、碎土性能，土壤细碎，地表平整，表层松软，下层密实。采用该机组作业，可以在清除干净的原茬地上翻耕并起出新垄，也可在旋耕后的菜田上扣出新垄。二者均起到深松作用。(4) 起垄棚室蔬菜垄作直播时，首先要进行起垄作业。标准钢架式棚室内以小四轮拖拉机配LJ1.5三铧犁或趟沟扣垄犁作业为主；立壕式大棚内以1LZ1B型手扶拖拉机为主，作业效率为24亩/小时。农艺要求：垄壁应坚实光滑，垄形规整，垄沟清洁。垄高1215cm，垄距5060cm。(5) 作畦标准钢架式大棚可采用小四轮拖拉机配2B-6型作畦播种机，作畦、播种等环节一次性完成。立壕式大棚内采用长江-61型手扶拖拉机配起垄作畦机作业，效率为1亩/小时，作畦宽度为0.51m。(6) 农用管理机我国的许多企业都在研究小型轻便、多功能、经济实用的农用管理机。目前国内的管理机产品基本分4个档次(表8-1)。1）国产自制简易型 这种管理机产品结构简单，功能少，性能低，价格便宜，大多数农民能够接受。但没有发展前途，产品寿命周期短。2）引进国外技术样机自制型 该产品为引进美国、台湾、日本、韩国等国外样机进行测绘，国产化制造。该产品结构、技术性能先进，但存在制造精度低，使用性能和可靠性能差等缺点。3）引进国外产品经销型 该产品为国外整机进口，性能、质量、可靠性均较好。但价格太贵，普通农民家庭不能接受，市场销路很小，缺乏竞争力。4）合资型 中外合资生产，性能、质量及可靠性较好，价格稍贵，有较强的市场竞争能力。表8-1 四种类型管理机的国内调查汇总表产品类型产品型号功率功能生产厂家国产自制简易型DTJ拓牛管理机5PS旋耕、开沟、除草、收割山东青岛精达公司MI3耕耘机4PS旋耕、开沟、除草、收割北京通县挂车厂41Y型耕整机4PS旋耕、开沟、除草、收割河南农康拖拉机厂1DN微耕机6PS旋耕、开沟、除草、收割广西柳州蓝天公司引进国外技术自制型农丰管理机5PS多功能（引进韩国样机）扬州农丰公司小金牛管理机6PS多功能（引进韩国样机）福州登宏公司东风管理机6PS多功能（引进韩国样机）常州拖拉机广杰农管理机6PS多功能（引进台湾样机）滞坊兴农公司国外产品经销型小牛管理机6PS多功能（进口机）上海云蜂公司中外合资型金牛管理机7PS多功能（进口机）沈阳与韩国合作因温室内空间比较小，所以使用的耕耘机械动力比较小，一般为2.2kW左右，且应满足体积小、重量轻、转弯灵活、操作方便等要求。一般温室内用的小型旋耕机分成带驱动轮行走式和不带驱动轮行走式两种。日本、韩国使用的多为有驱动轮式，而我国多采用后者。不带驱动轮行走式旋耕机（图8-6）工作原理是：发动机的动力经变速箱减速后传至旋耕机刀轴，由刀轴带动的圆形刀片在旋耕作业过程中起切土、碎土和翻土等作用。同时，由于土壤对旋耕机刀片的反作用力，使得旋耕机能够向前行驶。因此，这种旋耕机无须专门的行走机构。它的优点是机构简单、操作方便、造价低。但是当土壤比较坚实时，如果刀轴转速选择太低则会使耕深很小，达不到要求；当土壤比较松软时，如刀轴转速选择太高，会造成刀片原地转、机器不前进的问题。因此，在使用中应根据土壤情况选择合适的工作档位。日本、韩国产的带驱动轮行走式旋耕机（图8-7）主要有发动机、变速箱、驱动轮、旋耕刀和扶手等组成。其优点是驱动性好，不会产生耕深不够和不能行驶等问题。但机构复杂，造价比较高，功耗较大 图8-6 不带驱动轮行走式旋耕机 图8-7 带驱动轮行走式旋耕机8.3.2 土壤消毒土壤病虫害是影响蔬菜正常生长的主要因素之一。连年耕种的菜田，土壤中常常留有某些病毒和虫卵，因为多数蔬菜栽培作物品种单一，调节倒茬期较长，土壤温度相对较高，这些条件有利于土壤中有害病菌的增长，严重影响下茬蔬菜的正常生长。因此，播种前，进行土壤消毒是十分必要的。长期以来人们采用轮作，灌水处理，以至更新土壤等栽培或耕作方法来消除这种危害。但是，由于土地利用率不断提高，上述措施往往不容易实现，而采用物理和化学方法进行土壤消毒是行之有效的、也是积极的。土壤消毒机械化技术就是利用土壤消毒机将药液与土壤均匀混合，采用喷雾、旋转搅拌的方法。常用的药液是由多菌灵、五氯硝基苯等加水配成的。土壤消毒机与小四轮拖拉机配套，由药箱、胶管、喷嘴、旋耕机等组成，主要在标准钢架式大棚内使用。药箱由耐压钢筒制成，安装固定在驾驶员座位后的安装架上。拖拉机刹车装置的气泵通过胶管与药箱相通，气压由此传向药箱，同时药箱通过胶管连接多个喷嘴，安装在拖拉机后、旋耕机前，离地表约15cm，药液在压力作用下，通过喷嘴均匀地喷洒在地表，旋耕机随即进行旋耕作业，将药液搅入土中。耕深可达到11.5cm，机械作业效率可达1.5亩/小时以上。经过土壤消毒机喷洒、旋耕作业后的菜田，可以进行正常的蔬菜生产。国外用于土壤消毒的蒸汽、热风消毒设备等发展比较快。目前的土壤消毒机可以把液体药剂注入土壤达一定深度，并使其汽化扩散。土壤消毒机有人力和机动两种。人力土壤消毒器（图8-8）由活塞、药液箱、吸排液阀、注入针、喷头等组成，适用于小面积作业。机动土壤消毒机（图8-9）安装在手扶拖拉机上，由药液箱、液泵、注入棒、压封滚轮等组成。由动力将注入棒打入土壤一定深度(15m左右)再点注药液。左右相距30cm的两根注人棒交替进行，以减少机体振动。注入棒达到最大深度时，喷头喷出药液，其后以滚轮压封土壤表面，减少汽化药液的泄露，这种机具效率比较高。 图8-8人力土壤消毒机 图8-9机动土壤消毒机 药箱2.手扶拖拉机3.注入棒8.3.3 播种在播种机的选用上，应根据作物品种、播种方式、地块大小等因素来选择适用机型。目前可供选用的机型主要有三种。LJ-B2型起垄播种机：该机适于播种芸豆、白菜、萝卜等，可与小四轮拖拉机配套，作业效率0.33hm2/h。在深耕或旋耕整地基础上，一次完成起垄、开沟(压沟)、播种、覆土、镇压等作业。2B型小双行垄上播种机：该机适于播种芸豆、白菜、萝卜等，与8.8kW的小四轮拖拉机配套，作业效率0.330.4hm2/h。在趟沟扣垄整地或LJ1.5型三铧犁起垄的基础上，一次完成开沟、播种、覆土、镇压作业。 2B型作畦播种机：该机适于播种菠菜、葱、小白菜等，与8.8kW小四轮拖拉机配套，作业效率0.270.33 hm2/h。在旋耕整地基础上，一次完成作畦、平畦、筑埂、压埂、开沟、播种、覆土、镇压等作业。8.3.4 地膜覆盖 地膜覆盖栽培是一项有效的农业增产措施，在蔬菜种植上已大面积应用，但铺膜作业工序较复杂，占用人工多，工效低。采用机械铺膜可有效地缓解这些问题，如3DL1.0(1.2)型地膜覆盖机用于垄上铺膜，与人工铺膜相比，可提高工效49倍。由于机械铺膜拉伸均匀，地膜铺得严密，紧贴垄面，作业质量优于人工铺膜，同时，与人工铺膜相比，每亩节省地膜0.81kg。垄作铺膜机在机械化套种栽培新工艺中是必不可少的。其铺膜的农艺要求为：薄膜两侧边分别压埋在垄侧壁上。要求薄膜与垄面贴合紧密，膜的纵向、横向拉伸适宜，无皱折，覆土均匀，覆盖高度达到畦高的3/4以上，以不超过畦面为原则。3DL1.0(1.2)型地膜覆盖机：该机与8.8kW小四轮拖拉机配套使用，可完成开沟、铺膜、压膜、培土等项作业，行走路线为梭形。2.3DF1.2L型地膜覆盖机：该机与奔野-25型拖拉机配套使用，机组形式为2011Z型旋耕机后接地膜机，在拖拉机右侧偏悬挂。行走路线为顺时针环形离心路线，机组从地块（作业小区）的中间进入，使两侧宽度一致，到地头后右转弯。8.3.5 灌溉保护地栽培蔬菜灌溉方法有下列五种：（1）沟灌：棚室栽培中黄瓜、番茄等作物，在成株期间耗水量大，一般都用沟灌。通常是开明沟引水入棚室，水量以不超畦面，水分应通过畦侧，渗透灌入畦内。沟灌切忌大水漫灌。（2）壶浇：在保护地设施中进行蔬菜育苗，一般都用喷壶浇水。其优点是能根据当时当地实际情况，酌情增减浇水量，如塑料薄膜棚内四周因水汽凝结后落下，土壤水分多，温度低应少浇，相反地棚的中间温度高，水分少应多浇。（3）喷灌：现代化的蔬菜温室在屋梁上装有自动人工降雨设施，需灌溉时只需按电钮，梁上喷水设施在室内自行来回喷水，至水量足够后关闭。在温室内用流动喷水车，在温室中间走道上来回往复喷灌。（4）渗灌：蔬菜保护地栽培的条件最好是空气中相对湿度较低，土表干燥，中下层土壤水分充足，这样有利于根系的发育和减少杂草、病虫害的发生。因此，先进的保护地设施中常常采用地下埋设带孔的塑料管道或素烧陶瓷管道。土壤中缺水时可以打开阀门，水分通过带孔的管道，均匀地灌到土壤中下层；土壤积水时，可以通过管道排水。这种地下管道可以灌排两用，减少明沟，提高土地利用率。（5）滴灌：滴灌是一种新型的灌水方法，它是将水加压过滤，通过一系列的管道，使水一点一滴地浸润蔬菜根系附近的土壤，水滴缓慢地滴向作物根部，湿润根部附近的土壤，减少棵间蒸发的损失，避免地表径流和渗漏，省水保墒，具有明显的增产效果。滴灌系统（图8-10）由控制首部、输水管路和滴头三部分组成。控制首部设在供水水源处，控制首部包括水泵、压力表、流量计、肥料罐。水先与化肥混合，然后经过过滤消除杂物，输送入管路系统。压力表检查通过过滤器时的压差，估量过滤器的堵塞情况。流量计测量进入输水管路的水量。滴灌系统工作压力一般为13巴，采用低功率的离心泵即可。肥料罐的容积一般为50100L。把肥料和水拌和，在一定压力下把含有肥分的水注入主管。过滤器中的滤网用铜丝或塑料丝做成，每平方厘米的孔数在30个以上，使用时过滤器应常加清洗，以防堵塞。图8-10 滴灌系统示意图1.水源 2.水泵 3.压力表 4.肥料罐 5.过滤器6.流量计 7.主管 8.支管 9.毛管 10.滴头11.作物管路系统包括主管、支管和毛管。主管、支管一般用硬聚氯乙烯管、软聚氯乙烯管、陶瓷管等材料，不要用容易沉淀化学物质的铁管、铝管或石棉管。毛管材料多采用掺有炭黑的中、高密度聚乙烯半软管，有的采用低密度聚乙烯管或聚丙烯管。管道布置一般是支管与主管相垂直，毛管和支管相垂直，毛管在支管两侧相对布置，以防滴头滴水不匀。为防止老化，延长使用寿命，主管、支管一般埋在地下。毛管大部铺在地面，直接与滴头相连。毛管布置应与作物耕作方向相平行。灌溉水通过滴头成点滴方式滴入土壤。滴头安装在毛管上，间距一般为0.51.0m。滴头有管式滴头、插式滴头、孔滴头和发丝孔口式滴头等。8.3.6 植保病虫害是造成蔬菜生产大幅度减产甚至绝收的主要原因之一，也是降低蔬菜品质、造成降值减收的主要原因。棚室蔬菜种植品种单一，一般以产量、产值较好的黄瓜、番茄、茄子为主。连茬种植，使土壤中某些致病菌积累。另外，棚室密封条件好，相对湿度大，温度较高，给病菌创造了适宜的生长环境。加之保护地作物生育期提早、延晚，也使一些致病菌活动期延长，并有利于其越冬。因此，植保是棚室蔬菜生产中至关重要的作业环节。喷施化学药剂的机械有喷雾机、喷粉机、喷烟机以及喷撤固体颗粒制剂的喷撒机等。喷雾机的功能是使药液雾化为细小的雾滴，并使之喷洒在农作物的茎叶上。田间作业时对喷雾机的要求是：雾滴大小适宜；分布均匀；能达到被喷目标需要药物的部位；雾滴浓度一致；机器部件不宜被药物腐蚀；有良好的人身安全防护装置。喷雾机按药液喷出的原理有：压力式喷雾机、离心式喷雾机、风送式喷雾机和静电式喷雾机等。此外，如按单位面积施药液量的大小来分还可以分成高容量、中容量、低容量、很低容量和超低量喷雾机。（1）喷雾机 小四轮拖拉机配打药机：该机利用小四轮拖拉机的刹车气泵对药箱充气形成喷雾压力，结构简单，可连接2个喷头，输液胶管长度可达百米，由人手执喷雾，药箱容积为56L，生产率达到12亩/小时。 金蜂40型担架式机动喷雾机：工农51型手扶拖拉机配带金蜂40型担架式机动喷雾机，并配0.5t挂车（安放盛装0.5t药液的药箱）；配工农36型担架式机动喷雾机和1t挂车（盛装1t药液箱）；采用金蜂40活塞式隔膜泵的机动喷雾机，流量达到40 L/min，吸水高度为4m，工作压力12.5MPa，最大耗用功率2.6kW，喷雾量2.23L/min。MI-3型手扶拖拉机也可在牵引架上配装药泵，由动力输出轴通过皮带传动，药液箱放在挂车箱内。背负式喷雾喷粉机：东方红18型背负式弥雾喷粉机由一台1kW发动机、一个风机、药液箱和喷头等组成，整机重9kg左右，射程达9m以上，通过更换不同形式的喷头等部件该机还可进行喷粉作业。如图8-11所示，药液箱通过一个软管与风机的高压出口相连通，在喷粉作业时，其内的药液由药箱经另一个软管流向喷头。喷头上带有叶片，在风机产生的高压气流作用下能高速旋转，转速一般为800012000r/min。药液先在圆盘中形成水膜，利用高速旋转产生的离心力把水膜分散成细小的雾滴向四周飞溅出去。因喷出去的药液雾滴很细(80100m)，故可实现超低量喷雾。（2）喷粉机 喷粉机喷撒的粉状固体制剂，颗粒在351m左右。喷粉的优点是作业效率高，不需要载体物质，不用加水，因而节省劳力和作业费用。喷粉的主要缺点是粉粒在植株上的附着性差，容易滑落。喷粉机按照工作原理可以分成：射流式、吹送式和离心式等。图为一种吹送式喷粉机，它实际上是东方红-18型背负式弥雾喷粉机的一种工作形式。如图8-12所示。 图8-11 喷雾机 图8-12 喷粉机 1.喷头 2.喷管 3.输液管 4.开关 5.风机 1.叶轮 2.壳体 3.进风门 4.滤网6.药箱 7.滤网 8.调量开关 9.喷嘴轴 10.分流锥 11.驱动叶轮 12.齿盘组件 5.药粉 6.喷粉管 7.出粉管风机产生的高速气流，大部分吹向弯头，小部分吹至粉箱底部的吹粉管，从吹粉管的小孔吹出，并将药箱底部的药粉吹松散，送至粉门。同时由于大部分气流通过弯头时，在输粉管出口处造成一定的真空度，药粉通过粉门、输粉管被吸入弯头，与大量的高速气流混合，经喷管喷出。这种喷粉机水平射程最高达到30m。（3）喷烟机喷烟机产生直径小于50m的固体或胶态悬浮体。烟雾的形成分为热、冷雾和常温烟雾三种方法。热雾是将很小的固体药剂粒子加热后喷出，粒子吸收空气中的水分，使之在粒子外面包上一层水膜。冷雾则是液体汽化后冷凝而产生的烟雾。常温烟雾机是指在常温下利用压缩空气使药液物化成510m的超微粒子的设备。由于在常温下使农药雾化，农药的有效成分不会被分解，并且水剂、乳剂、油剂和湿剂等均可以使用。与热烟雾机相比，不苛求某种特定的农药，无需加扩散剂等添加剂，故可扩大机具的使用范围。主要用于防治在温室内的作物的病虫害。图8-13为日本研制的CF77型常温烟雾机。图8-13 喷烟机 1.喷头 2.风筒 3.搅拌电机 4.轴流风机 5.空气压缩机6.空气室 7.压力表 8.药箱 9.送液管 10.空气管该机的核心部分是气液喷头，它由喷头体和喷头帽组成。压缩空气首先进入喷头体中的共鸣腔，产生涡流，适当选用喷头体和喷头帽的间隙，可使压缩空气以接近声速的高速喷出。同时，在排液孔的前端产生负压，药液被吸入喷头体中。共鸣箱产生超声波作用，增强雾化效果。药液微粒化的关键在于提高排气量与排液量的比值，气液比越大，则粒子越细，这主要靠适当选用间隙值来实现。8.3.7 机械中耕中耕除草是棚室蔬菜生产的重要环节之一。其作用是疏松土壤和铲除杂草，达到抗旱、蓄水保墒和提高地温的目的；同时防止土壤板结和碱化，促使土壤微生物活动，有利于提高土壤肥力。另外，将铲除的杂草埋入土中，能增加土壤的有机质含量，还可以避免杂草与蔬菜争肥、争水，保证蔬菜旺盛地生长。标准钢架式大棚内，在蔬菜生长苗期，采用小四轮拖拉机配中耕犁铧在垄沟间进行中耕。蔬菜生长到一定高度，则采用马力自走中耕犁1LZ-1B，手扶自走犁作业。自走犁也可在垄面与棚面平行的立壕式大棚内中耕作业。农艺要求：要求耕深、耕宽稳定，不漏耕。耕深12cm，垄沟土壤疏松，作业时不损伤垄上作物。8.3.8 喷施气肥（1）棚室中浓度变化特点是绿色蔬菜作物进行光合作用形成有机营养的主要原料。蔬菜作物对的吸收与光照强度有关，随着光照的加强，作物就能吸收利用较多的，光合作用加强。室外大气中的浓度比较稳定，约为300ppm，而棚室是相对密闭的栽培场所，其空气中的浓度与外界有明显差异。一般认为果菜类蔬菜的饱和点约为1.02.0mL/L，叶菜类蔬菜则为0.61.0mL/L。而密闭的蔬菜棚室，如栽培黄瓜的日光温室，早晨揭草苫前室内的浓度最高，可达1.11.3mL/L；而揭开草苫2小时后的10时左右，浓度降到0.25mL/L以下；放风前的11时左右降到0.15mL/L，以后由于放风，室内浓度又逐渐增加，可基本保持在0.3mL/L左右。盖草苫后，浓度又逐渐增加，直到第二天早晨又达到最高值。棚室生产蔬菜多在冬季、深秋和初春，外界气温较低，为保持棚室内的温度，经常处于密闭状态，棚室内浓度最低时只有60ppm，相当于自然空气中的1/5，蔬菜作物长时间处于饥饿状态，严重影响了蔬菜的正常生长，限制了产量和品质的提高。如能给密闭的棚室喷施一定量的，在作物净光和率较高时维持室内较高的浓度，则可达到增产的目的。（2）施用方法及设备国外一些发达国家应用增施技术较早且很普遍，施放设备都达到了定时、定量自动控制水平。由于这些设备价格较高，尚难在我国推广应用。目前，国内进行试验、示范和推广的施用方法有固态法、液态法、碳氢燃料燃烧法和化学物质反应法等。下面以大连产的DQZ-16型多功能发生器为例说明其工作原理。 DQZ-16型发生器包括过滤桶、反应桶、硫酸桶、阀门和导气管等。过滤桶桶内装入清水，反应桶内装入碳酸氢铵，硫酸桶注入硫酸，将反应桶盖的旋钮转到“开”的适当位置，化学反应开始。其反应式为：2（NH4）HCO3+H2SO4 (NH4)SO4+2H2O+2CO2反应副产物为硫酸铵，也是一种氮肥。将发生器置于棚室中部，根据棚室的长度确定左右排气主管的长度，将左右排气主管接在三通上，并固定在棚顶上，而三通与主管连接，左右排气主管水平距离三通24m外每隔1m打35mm的排气孔，开孔在排气管两侧。试验证明，DQZ16型发生器操作方便，使用安全，价格合理。对蔬菜棚室喷施气肥，促进作物的生长发育，使作物根系发达、茎粗、叶面积大，座果率高，果实品质好，增产30%以上，经济效果显著。8.4 蔬菜机械化生产工艺研究8.4.1 垄作直播栽培蔬菜机械化生产工艺研究垄作直播蔬菜主要有大白菜、芸豆和萝卜等，我们以大白菜为垄作直播栽培蔬菜的代表，进行机械化生产工艺研究（图8-14）。清理菜田施基肥整地播种管理收获清除前茬