科技日报记者 马爱平
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；移栽机精准栽下秧苗，株距误差不超2厘米……这是科技日报记者近日在辽宁省锦州市黑山县宝亮蔬菜种植专业合作社日光温室内看到的场景。在此举行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、玉米一样进行机械化作业。
“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。”黑山县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说，“东西垄垄长更长，垄距也更宽。你看这1.8米的垄距，农机能从头跑到尾，1个棚撒肥、整地、起垄和移栽，以前要3天，现在大半天就完事，用工能省一半！”
三维仿真破解“老难题”
40多年来，辽宁等北方省份一直沿用南北垄模式进行日光温室蔬菜种植，传统上认为，这种模式有利于采光，也便于人工管理。“日光温室本身具有东西狭长特点，南北垄的长度通常只有8—15米，由于垄长过短，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位科学家、沈阳农业大学园艺学院教授孙周平告诉记者，更棘手的是，我国50%以上的日光温室是老旧棚，立柱多、空间矮小，大部分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42.6%，远低于大田粮食作物85%以上的机械化率。孙周平介绍，团队调研发现，东部地区60岁以上设施蔬菜从业人员占比超一半，40岁以下不足10%。农村劳动力老化和短缺、用工多、用工贵、效率低，已成为制约我国设施蔬菜发展的痛点。
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盯上了发展设施蔬菜的“老大难”问题。作为团队成员，孙周平提出，“核心矛盾是农艺和农机脱节，必须走‘农艺—农机—设施’深度融合之路”。
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？”
为了解答“挡光与产量”的疑问，团队进行了三维仿真模拟实验——用GroIMP开源软件搭建了太阳辐射、日光温室结构和番茄群体生长的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7个北方地区日光温室的内光环境，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说，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，比采用南北垄提高5.3%；即便是半晴天，11月到次年2月的弱光季，东西垄的光截获量也高于南北垄。
有了理论支撑，团队开始攻关日光温室果菜东西垄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1.6米、1.8米、2.0米的3种垄距，最终确定1.8米垄距是‘黄金尺寸’。其中，0.8米垄宽双行栽培，可以满足所有果菜生长需求，1米作业道适宜小型农机具作业，兼顾作物生长和农机作业需求。”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，还适用于茄子、辣椒、西甜瓜等主流果菜，可实现“一垄多能”的农艺标准化，为农机装备配套和设施结构标准化奠定基础。
针对日光温室蔬菜东西垄栽培，同一垄北侧行光照稍弱的问题，团队还研发了植株高光效利用“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；选择长势中等、叶片中小、节间短、坐果集中的宜机化品种，也可降低每垄上南侧行对北侧行植株的遮光影响。“去年我试种了2棚东西垄番茄，产量比往年高了12%，商品果还多了6%，收购商抢着要。”辽宁省朝阳市北票市蒙古营镇跃进村种植户张国华说。
宜机化改造提质增效
“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’。”田素博介绍，轨道式多功能平台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%。
团队还针对性研发和选型12类适配小型农机装备：电动三轮运输车解决“最后100米”运输难题；超微弥雾自动打药机和精量电动弥粉机比人工打药省药30%，减少用工80%；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，团队提出日光温室结构宜机化设计基本要求。孙周平介绍，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。孙周平展示的温室结构设计图上，每一处细节都透着宜机化思维。在此基础上，团队通过多年研究和实践，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。
在北票市五间房镇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，每个棚的脊高、跨度、门宽、肩高完全一致。“这里的番茄种植，从平地、施肥、整地、起垄到移栽，从环境调控、灌溉、打药到果实采收，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。”该园区负责人陈久瑞介绍，去年园区越冬茬番茄亩产达8500公斤，比周边传统棚效益提高17%。
如今，这项发源于辽宁的创新技术，已走出实验室。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年农业农村部农业主推技术名单，日光温室番茄宜机化生产技术入选2024年辽宁省农业主推技术名单。
据统计，2018年以来，在国家大宗蔬菜产业技术体系、国家重点研发计划等支持下，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、甘肃、新疆等15个北方省（区、市）示范推广，累计应用面积2万多亩。
“日光温室蔬菜产业产值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，丰富和完善设施—农机—农艺技术规范，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60%，为国家粮食安全和设施农业现代化提供新方案。”
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