科技日报记者 马爱平
日前，辽宁省黑山县宝亮蔬菜种植专业合作社的日光温室内，一场特殊的“田间考”正在进行：电动撒肥机在温室中匀速前行，肥料均匀铺洒；自走式起垄铺管覆膜复式作业机一次进地，就完成旋耕、起垄、铺滴灌带和覆膜的整套工序；移栽机精准栽下番茄秧苗，株距误差不超2厘米……这场由沈阳农业大学牵头举办的“设施蔬菜生产装备作业现场观摩培训会”，让来自辽宁、河北等地的种植户们眼前一亮——原来日光温室蔬菜种植，也能像种小麦、玉米一样“全程机械化”。
“以前种黄瓜，南北垄才10来米长，旋耕机掉个头都费劲，起垄、栽苗全靠人工，夫妻俩管1个棚就累得直不起腰。”宝亮蔬菜种植专业合作社负责人杨荣亮蹲在新起的东西向垄旁，手指量着垄宽和作业道，“你看这1.8米的垄距，农机能从头跑到尾，1个棚地整地移栽，以前要3天，现在大半天就完事，用工能省一半！”
传统种植的“老难题”
作为我国日光温室的发源地，辽宁及北方省份的日光温室蔬菜种植，四十多年来一直沿用“南北垄”模式。“日光温室本身是东西狭长型，南北垄的长度通常只有8—15米，农机作业时‘门难进、边难耕、头难掉’，根本施展不开。”国家大宗蔬菜产业技术体系岗科学家、机械化研究室主任，农业农村部设施蔬菜全程机械化专家组组长，沈阳农业大学园艺学院教授孙周平告诉科技日报记者，更棘手的是，我国50%以上的日光温室是老旧棚，立柱多、肩高低，有的连农机进出的大门都没有。
目前我国日光温室蔬菜生产平均机械化率仅35%，即便较高水平也只有41%，远低于大田粮油作物85%的机械化率。“东部地区设施蔬菜从业人员60岁以上占比超一半，40岁以下不足10%。”孙周平团队的调研数据，点出了产业痛点，“农村劳动力老化和短缺、用工多、用工贵、效率低，已经成了制约我国设施蔬菜发展的‘卡脖子’问题。”
三维仿真破难题
从2012年起，在中国工程院院士李天来带领下，沈阳农业大学设施园艺团队就盯上了“老大难”问题。团队成员孙周平指出：“核心矛盾是‘农艺’和‘农机’脱节，必须走‘农艺—农机—设施’深度融合的路。”
团队成员、沈阳农业大学工程学院教授田素博回忆，最初提出把“南北垄”改成“东西垄”时，不少农户犯嘀咕：“东西向会不会挡光？产量能保住吗？”
为了回答“挡光与产量”的疑问，团队做了个“模拟实验”——用GroIMP开源软件搭建了日光温室和番茄生长的3D虚拟仿真模型。“我们模拟了北纬34°到46°之间，哈尔滨、沈阳、乌鲁木齐、兰州、北京、石家庄、西安等7个北方地区的日光温室内光环境，结果出人意料。”团队成员、沈阳农业大学园艺学院教授刘义玲展示的仿真数据显示，冬季晴天时，东西垄番茄植株冠层截获的太阳辐射总量，比南北垄提高5.3%；即便是半阴天，11月到次年2月的弱光季，东西垄的光截获量也全时段高于南北垄。
有了理论支撑，团队开始攻关“宜机化”的关键农艺参数。“我们比较了日光温室番茄和黄瓜等主要果菜，以及不同栽培茬口的1.6米、1.8米、2.0米三种垄距，最终确定1.8米是‘黄金尺寸’——0.8米垄宽种双行果菜，1米作业道适宜小型农机作业。”孙周平说，这个参数融合了农机与农艺两方面的需求，不仅适用于番茄、黄瓜，还能通用于茄子、辣椒、西甜瓜等主流果菜，可实现“一垄多能”的农艺标准化，为农机装备和设施结构标准化奠定了基础。
针对日光温室蔬菜东西垄栽培，北侧行光照稍弱的问题，团队还研发了“高光效组合拳”：在后坡悬挂反光装置，把太阳光“反射”到北侧行；采用南北行不等高栽培，同一垄上的北侧行植株比南侧行高15厘米左右，提高北侧行植株的光截获量；选择叶片中小、节间短的宜机化品种，减少植株间遮光。“去年我试种了2个棚的东西垄番茄，产量比往年高了12%，商品果还多了6%，收购商抢着要。”北票市蒙古营镇跃进村种植户张国华说。
“小农机”适配“小温室”
“日光温室空间窄、高度有限，大田大型农机用不了，必须研发‘定制款’。”田素博指着现场演示的轨道式多功能平台车介绍，这款车能沿着作业道中间的轨道移动，既可以载着人整枝打叶，又能装着喷雾机打药，还能运输采收的果实，“以前采收番茄，要提着篮子来回跑，现在坐在平台车上伸手就能采收果实，平台车还能开到温室大门外，效率提高了30%。”
团队还针对性研发、选型了12类适配装备：电动三轮运输车解决“最后100米”运输难题；精量电动弥粉机比人工打药省药20%；灭茬机把残秧直接还田，既肥了地又解决了污染问题。
针对老旧日光温室难以机械化作业问题，团队提出宜机化设计基本要求。“适宜的温室跨度为1.8米×垄数+1米，例如跨度12米的日光温室正好种植6垄12行，可以充分利用温室宽度；温室跨度12米以内不设立柱；骨架的肩高提到1.5米以上；山墙设置‘大小门’——大门走农机，小门方便日常作业。”孙周平展示的温室设计图上，每一处细节都透着“宜机化”思维。在此基础上，通过多年的研究和实践，实现了日光温室“农艺模式—农机装备—设施结构”的融合与标准化发展，创建了日光温室蔬菜全程轻简化与机械化生产体系。
在北票市海丰高标准宜机化日光温室园区，记者看到，300多个温室整齐排列，每个棚的垄距、门宽、肩高完全一致。“这里的番茄从平地、施肥、整地、起垄到移栽，环境调控、灌溉、打药，以及果实采收，实现了全程轻简化和机械化，1个工人能管3个棚，比传统种植省工23%以上。”北票市五间房镇海丰设施园区负责人介绍，去年园区越冬茬番茄亩产量达8500公斤，比周边传统棚高了17%。
2万亩示范田显成效
如今，这项发源于辽宁的创新技术，已不再是实验室成果。“设施茄果类蔬菜机械化生产技术”“设施瓜类蔬菜轻简宜机化生产集成技术”先后入选2023年、2024年农业农村部主推技术，“日光温室番茄全程宜机化生产技术”入选2024年辽宁省主推技术。
据统计，2018年以来，在国家大宗蔬菜产业技术体系等项目支持下，日光温室蔬菜东西垄宜机化生产技术模式，已在辽宁、河北、山东、河南、陕西、新疆等15个北方省区市示范推广，累计应用面积近2万亩。
“日光温室蔬菜产业占我国设施蔬菜产值的一半，是北方农民增收、乡村振兴的支柱产业。”孙周平表示，团队下一步将继续优化技术细节，推动宜机化温室标准化建设，让更多种植户告别“弯腰种棚”的辛苦，“我们的目标是，未来5年让北方日光温室蔬菜综合机械化率突破80%，为国家食物安全和设施农业现代化提供新方案。”孙周平说。
夕阳下，黑山县的温室内，轨道式平台车还在穿梭，刚采收的番茄装筐后，通过电动运输车直接运出棚外。这场始于辽宁的“日光温室宜机化创新”，正让越来越多的北方设施蔬菜种植户，尝到科技带来的“甜蜜果实”。
（科技日报记者 马爱平 摄）
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