我国设施蔬菜有机肥撒施装备研究现状及发展趋势

第 卷第 期年 月中国农机化学报 ：我国设施蔬菜有机肥撒施装备研究现状及发展趋势许斌星，马标，陈永生，曹伟清，顾振华，吴爱兵（农业部南京农业机械化研究所 ，南京市 ，；太仓市农业机械技术推广站 ，苏州太仓 ，）摘要 ：设施园艺已经成为我国农业重大支柱性产业之一 ，其中设施蔬菜占据重要的一部分 。我国设施蔬菜占地面积广 ，产值高 ，但存在机械化程度低 ，劳动成本高 ，效率低 ，劳动强度大等问题 ，严重制约蔬菜产业的发展 ，特别是蔬菜产业链过程中有机肥料撒施环节 。本文结合我国当前设施园艺发展状况 ，介绍设施蔬菜有机肥撒施机的现状 ，并分析我国设施蔬菜有机肥撒施机的发展趋势 。关键词 ：有机肥 ；撒施机械 ；现状 ；发展趋势中图分类号 ：文献标识码 ：文章编号 ：（）许斌星 ，马标 ，陈永生 ，曹伟清 ，顾振华 ，吴爱兵 我国设施蔬菜有机肥撒施装备研究现状及发展趋势 中国农机化学报 ，（）： ， ， ， ， ， ，（）：收稿日期 ：年 月 日修回日期 ：年 月 日基金项目 ：中国农业科学院协同创新任务 （）；中国农业科学院协同创新任务 （）；江苏省三新工程（）第一作者 ：许斌星 ，男 ，年生 ，安徽宿松人 ，硕士 ，助理研究员 ；研究方向为肥料化利用 。：通讯作者 ：吴爱兵 ，男 ，年生 ，湖北浠水人 ，副研究员 ；研究方向为肥料化利用 。： 引言设施蔬菜作为改造传统农业 ，实现产业升级和推动农业现代化的主要途径 ，同时已成为农村经济增长的重要支柱 ，也是今后农业生产发展的重点 。产业化升级 、规模化经营的前提是设施蔬菜机械化程度的实现 ，我国当前的设施蔬菜机械化程度整体较低 ，虽然存在部分机器如棚内节水灌溉机械 、旋耕起垄机械趋于成熟 ，但施肥 、植保 、育苗 、移栽等环节的机械化程度有待于提高 。其中 ，施肥技术尤其是固态有机肥的撒施目前机械化程度相当低 ，主要是依靠人工操作 。针对有机肥单位使用量较大 ，人工施肥效率低 、劳动强度大 、用工多 、成本高 ，束缚了大量劳动力 ，同时其撒肥均匀性差和肥料的利用率低 ，造成了环境污染等问题 ，本文对我国设施大棚蔬菜有机肥撒施装备的研究现状与发展趋势做了介绍与分析 ，旨在为我国设施蔬菜实现有机肥机械化撒施提供参考 。 我国设施园艺产业发展现状随着农业产业结构的不断调整 ，我国设施园艺得到了迅猛发展 ，年蔬菜播种面积 ，总产量亿，其中设施蔬菜占 ，总产量亿，产值 亿元 ，占种植产业产值。据统计自年我国设施蔬菜种植面积从 到年 ，到年 预 计 能 扩 展 到 ，发展面积在不断扩大。值得一提的是 ，我国自年开始一直保持世界设施园艺第一生产大国 ，面积占世界总面积的以上 ，尤其是设施蔬菜和西甜瓜占世界总面积的以上 ，年人均供应量近，在解决我国蔬菜周年均衡供应方面发挥了巨大作用 。据农业部统计数据表明 ，年 ，全国设施蔬菜面积逾万，人均设施园艺面积仅次于以色列 ，居世界第二位 ，经过了生态 、市场和社会经济的长期综合选择发展 ，我国设施园艺产业主要集中在环渤海湾及黄淮地区，表主要是我国、年设施园艺种植面积统计情况 。虽然我国是设施园艺生产第一大国 ，但与达国家相比 ，我国设施园艺产业整体发展水平还比较低 ，主要体现在 ：缺乏统筹规划 、统一标准 ，各地发展随意性大 ，设施规格 、种植模式各异 ，设施功能和市场定位不准 ；同一区域内设施类型 、栽培作物 、季节茬口雷同 ，区域优势未能充分发挥 。尤其是不合理施肥 ，如过量施肥第 期 许斌星 等 ：我国设施蔬菜有机肥撒施装备研究现状及发展趋势 造成设施大棚连作障碍 ，土壤酸化 、滋生盐渍化 、养分和生态失衡 ，病虫害严重 。设施装备水平低 ，主要表现在小气候能力差 ，机械化程度低 ，劳动强度大 、成本高 ，人均管理面积较小 、生产率低 。表 、年设施园艺种植面积统计表 （， ）年份 类别全国设施园艺面积 小拱棚 大中棚 节能日光温室 普通日光温室 加温温室 连栋温室合计 蔬菜 果树 花卉 合计 蔬菜 果树 花卉 合计 蔬菜 果树 花卉 我国设施蔬菜有机肥施肥机械的研究现状及存在的问题 我国设施蔬菜有机肥施肥机械的研究现状设施蔬菜作为改造传统农业 ，实现产业升级和推动农业现代化的主要手段 ，已成为农村经济增长的重要支柱 ，也是今后农业生产发展的重点 。产业化升级 、规模化经营的前提是设施蔬菜机械化程度的实现 ，我国当前的设施蔬菜机械化程度整体较低 ，虽然存在部分机器如棚内节水灌溉机械 、旋耕起垄机械趋于成熟 ，但施肥 、植保 、育苗 、移栽等环节的机械化程度有待于提高 。其中 ，我国有机肥撒施主要是通过人工或简易的撒施装备进行撒肥 ，存在劳动强度大 ，成本高等问题 。同时 ，有机肥施肥机械目前处于起步阶段 ，按工作环境主要分为大田与设施大棚作业两大类 ，该两类机械在国内目前还没有十分成熟的机型推广使用 ，特别是设施大棚内有机肥撒施装备严重稀缺 ，随着农村废弃物增加及加工处理后的有机肥不仅能对农作物有增产作用 ，同时较少了环境污染 ，与此同时 ，化肥使用量逐年的增加已经成为人们心中一块心病 ，每当食用美味的蔬菜时 ，都在思考着是不是打了农药 、是不是撒了很多化肥 ，针对这一现象 ，国家已经给出了相应的政策 ，提出了 “双减 ”计划 ，即减肥 （化肥 ）减药 ，所以有机肥代替化肥使用已经成为必然趋势 ，那么有机肥机械化撒施也将是我们需要研究的一重大课题 。现有施肥机械存在施肥不均匀 ，撒粉肥时易出现扬尘漂移现象 ，工作效率低 ，机具稳定性差 ，动力消耗较大 ，对肥料适应性较差 ，并且在有限空间的设施蔬菜内存在行走困难 ，操作不方便的问题 。这样施肥机具不能满足设施园艺对有机肥撒施的灵活性 、均匀性等生产要求 。目前国内最常用的有机肥施肥技术有以下几种 。）离心式撒肥技术 ：根据离心式排肥器的原理设计的 ，它是由动力输出轴带动旋转的排肥盘将化肥撒出 。它有单盘式和双盘式种 。它的排肥机构有结构简单 、重量较小 、撒施幅度大和生产效率高等优点 ，是欧美等国家普遍采用的一种撒肥机 ，在北京举办的农机展中 ，韩国也首次在中国展出其设计的离心式撒肥机 ；图图所示均为离心式有机肥撒施机 ，图所示圆盘撒施机挂在拖拉机后悬挂上 ，通过拖拉机后动力输出带动圆盘转动施肥 ，对于设施农业而言 ，整套设备偏长 、偏高 ，调头转弯不方便 ；图、图分别为小型手推式和手扶自走式离心施肥机 ，肥箱较小 、下肥较慢 ，大都用来施颗粒肥 ，对于撒适量较大的有机肥来说 ，效率太低 。）全幅式施肥技术 ：一类是根据转盘式排肥器原理设计的 ，由多个双叶片的转盘式排肥器横向排列组成全幅式施肥机 。另一类根据链指式排肥器原理设计 ，由装在沿横向移动的链条上的链指组成 ，沿整个机器幅宽实施全幅式撒肥 。图 离心圆盘撒肥机 中国农机化学报 年图 手推式圆盘撒肥机 图 手扶式圆盘撒肥机 ）气力式宽幅撒肥技术 ：如图、图所示 ，利用高速旋转的风机所产生的高速气流 ，并配以机械式排肥器和喷头 ，大幅宽 、高效率地撒施化肥 。这种撒肥装备是目前国外应用最广的一种新式的 ，集自动化和电子化为一体的撒肥机 ，此类撒肥机主要针对化肥和液体肥 ，无法撒施有机肥 ，且由于幅宽较大无法进入温室大棚作业 。图 约翰迪尔气力式液体施肥机 图 气力式颗粒肥施肥机 ）种肥施肥技术 ：如图所示 ，在谷物播种机上装置施肥排肥器 ，在播种的同时播施种肥 。目前在国内的谷物条播机 、玉米播种机带有施肥装置 。在欧洲等国家同样都在播种机上配备有施肥器 。图 播种施肥机 ）追肥施肥技术 ：农作物追肥是将化肥施在作物根系的侧深部位 。追肥施肥机就是在中耕机上安装排肥器和施肥开沟器 。在国内一般追肥施肥机采用侧方表施方法进行作物追肥 。国外发达国家多采用微灌方法施肥 ，形成了一个全新的施肥模式 水肥灌溉 。图所示为美国生产的比例式施肥机 ，滴管系统进行施肥 ，直接接触植物根部 ，可以避免浪费 。自动施肥系统应用已经非常广泛 ，施肥器受计算机或小型控制器控制 ，以实现精确施肥 。但其成本较高 、适用范围较为局限 ，目前在国内还未得到开发运用 。图 美国多美滴比例式施肥机 我国设施蔬菜有机肥施肥机械存在的问题如前所述 ，目前国内使用的肥料撒施机虽然种类较多 ，但是基本是基于大田肥料撒施的基础上研制 ，同时在农业机械化起步迟 、起点低的背景下 ，我国施肥机械化技术的发展同样远远落后于其他技术的应用 ，从化肥的剂型 、使用方式到施肥机械的研究开发 ，以及施肥技术规程等各个层面都有相当大的差距 。归纳起来存在以下方面问题 。第 期 许斌星 等 ：我国设施蔬菜有机肥撒施装备研究现状及发展趋势 ）施肥机种类多 ，但适应性差 。每种机型对撒施肥料的适应性 ，撒施田块的地形 、规模以及作物品种 、耕作方式的适应性不广 。如离心式撒施机适应流动性强的干燥 、颗粒肥料 ，而湿度大 、块状肥料则易出现堵塞 、抛洒不均匀的问题 ；链板式螺旋撒施机适合块状 、湿度较大的农家肥 ，但对于颗粒状或粉状肥料则易出现泄露问题 ，造成肥料的浪费 。）施肥机械化技术研究滞后 ，不能满足现实生产的需要 。目前生产中常见的施肥机械 ，大多数沿用传统的作业机械 ，其中不少是在运输机械 、播种机械或中耕管理机械上小改小造 ，缺少科学系统的设计研究 。作业的技术及性能指标落后 ，施肥作业的效果不能适应不同耕作模式 、不同作物 、不同生长阶段的农艺要求 。另一方面 ，随着现代农业尤其是设施园艺种植的快速发展 ，各地对作物生产中的施肥环节的机械化已经产生了现实的紧迫需求 。 我国设施蔬菜施肥机械的发展趋势农业部贯彻党中央决策部署 ，年打响了农业面源污染治理攻坚战 ，提出了 “一控两减三基本 ”的目标任务 ，取得了良好的效果 。今年农业部进一步聚焦重点和关键 ，启动实施畜禽粪污资源化利用行动 、果菜茶有机肥替代化肥行动 、东北地区秸秆处理行动 、农膜回收行动和以长江为重点的水生生物保护行动等 “农业绿色发展五大行动 ”。基于国家政策提出果菜茶有机肥替代化肥这一行动 ，针对我国设施蔬菜整体上呈高度分散 ，机械化程度低现状，精量化按需施肥技术 、有机肥均匀撒施技术 、电动低矮遥控通用底盘技术 、智能化控制技术 ，一机多用多功能等技术是未来的发展趋势 。 精量化按需施肥技术精量施肥技术在国外已经趋于成熟 ，我国引进使用的精量施肥机存在费用昂贵 ，同时缺乏相应的技术支撑 。目前 ，国内针对农作物生长过程中 ，提倡有机肥代替化肥同时 ，要求实现精准变量施肥 ，根据农作物对肥料的需求 ，按需对应施肥 。这样一方面可以提高肥料的使用效率 ，减少肥料使用量 ，另一方面可以促进了农作物同步生长 ，增加农作物产量 。随着我国生态农业 、绿色农业发展的需要 ，对精量施肥的要求也会越来越高 。开发和研制国产的精量施肥技术装备 ，对我国施肥技术的改进与升级很有必要。 有机肥均匀撒施技术有机肥均匀撒施是对有机肥撒施机的基本要求 。由于目前有机肥撒施量比较大 （左右 ），现有有机肥撒施机基本属于粗放式撒施 ，均匀性较差 ，导致农作物生长不一致 ，影响产量 。研究有机肥均匀撒施技术 ，提高有机肥撒施的均匀性是有机肥撒施装备必备的基本特性 。 电动低矮遥控通用底盘技术研究电动低矮遥控通用底盘技术 ，一方面提高作业机器在设施蔬菜大棚里的通过性 ，另一方面改善大棚里的环境 ，减少因汽油或柴油燃烧造成的棚内空气污染 。将有机肥撒施装备安装在电动低矮遥控通用底盘上 ，和现有有机肥撒施机相比能使机器结构紧凑 ，在相同外形尺寸前提下由于减少驾驶室而增大肥料箱容积 ，提高作业效率 。 智能化控制技术智能化控制技术包括测土配方技术 、无人驾驶技术 、定位技术等 ，这些技术的运用将更进一步提高有机肥撒施的高效性 、精准性 。 结束语综上所述 ，我国有机肥撒施机的研制还处于起步阶段 ，设施蔬菜有机肥撒施机的研究更是缺少 。近年来 ，国家大力发展绿色农业 、生态农业 ，采取的举措之一是推进化肥 、农药双减政策 ，其中以有机肥替代化肥是化肥减施的重要途径 。在农村劳动力越来越紧缺的条件下 ，以机械代替人工撒施有机肥已成为落实以上政策必备的条件 。因此 ，加强有机肥撒施机的研制 ，提高有机肥撒施机械化程度市场需求巨大 ，具有重要的现实意义。经反复调研 、试验 ，证明机器代替人工 ，可以有效的提高工作效率 、降低人工劳动强度 、减少农村废弃物造成的环境污染等 ，促使了我国一批批的有机肥生产厂家的诞生 ，从而带动了机械产业的发展 ，为我国农业发展做出了巨大贡献 ，为设施蔬菜全程机械化中的撒肥环节迈出了重要一步 。参考文献刘志雄 ，邱正明 ，闵勇 ，等设施蔬菜“三减三增 ”健康栽培技术 长江蔬菜 ，（）：张真和 ，马兆红我国设施蔬菜产业概况与“十三五 ”发展重点 中国蔬菜 ，（）：张志斌我国设施园艺发展现状、存在的问题及发展方向 蔬菜 ，（）：白由路国内外施肥机械的发展概况及需求分析中国土壤与肥料 ，（）： ，（）：李秋国 ，张秀平有机肥撒施机撒肥装置的研究河北农机 ，（）： 中国农机化学报 年李洁 ，吴明亮 ，汤远菊 ，等有机肥施肥机械的研究现状与发展趋势 湖南农业大学学报 （自然科学版 ），（）：李 秋 国 ，张 秀 平地轮驱动式固体有机肥撒施机的研究 河北农机 ，（）：张帆 ，李姝 ，肖达 ，等中国设施蔬菜害虫天敌昆虫应用研究进展 中国农业科学 ，（）： ， ， ， ，（）：陶磊 ，褚贵新 ，刘涛 ，等有机肥替代部分化肥对长期连作棉田产量 、土壤微生物数量及酶活性的影响 生态学报 ，（）： ， ， ， ， ，（）：吴宁有机肥撒施机开发研究北京：中国农业机械化科学研究院 ， ： ，蒋卫杰 ，邓杰 ，余宏军设施园艺发展概况、存在问题与产业发展建议 中国农业科学 ，（）： ， ， ， ，（）：樊羿有机肥资源利用现状调查与施用有机肥对土壤环境的影响研究 郑州 ：河南农业大学 ， ： ，孙繁涛中国蔬菜产业未来发展态势展望蔬 菜，（）：郭世荣 ，孙锦 ，束胜 ，等我国设施园艺概况及发展趋势 中国蔬菜 ，（）： ， ， ， ， ，（）： ， ， ， ， ， （ ， ，； ，）： ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ： ； ；