國內外旱地移植機械化發展及現狀分析

陶仁　程獻麗　高富強

摘要：蔬菜在我國的農業生產中占據著重要地位和作用，發展旱地移植機械化對實現蔬菜生產機械化和產業化具有重要意義。通過對國內外旱地移植機械化技術發展研究，分析制約我國蔬菜移植機械化發展的因素及存在的問題，提出加速發展我國旱地移植機械化發展的建議，為蔬菜移植機械化技術發展提供參考。

關鍵詞：移植機；蔬菜移栽；旱地；自動化

中圖分類號：S223.9 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）03-0040-03

我國是世界上最大的蔬菜生產國，蔬菜播種面積居世界第一位。蔬菜生產是一項勞動密集型產業，其中秧苗移栽是蔬菜生產過程中的重要環節，約有60%以上的蔬菜品種采用育苗栽植方式種植，但是傳統人工栽植操作技術落后，效率低，用工量大，勞動強度高，無法在短時間內完成大面積移栽。同時，人工栽植很難保證栽植株距、行距和深度均勻一致，影響作物的品質和產量。為減少人工消耗，提高移栽的質量和勞動效率，實現蔬菜栽植機械化勢在必行。研究國內外旱地移植機械化技術，分析制約我國蔬菜移植機械化發展因素，提出加速旱地移植機械化發展建議，對加速蔬菜移植機械化技術發展具有重要的參考意義。

1 國外旱地移植機械化技術發展

1.1 半自動化移栽機械化發展時期

移植技術發展比較早的國家和地區主為歐美和日本等國。早在20世紀20年代初期，這些國家就開展了缽苗移植的生產工藝研究，研制出簡單的秧苗移植機械，在一定程度上減輕了人工移植的勞動強度。30年代末至40年代初期，手工喂苗的秧苗移栽機具的人工動作被移栽機構所取代；50年代開始半自動移植技術及機械研究，不同結構的半自動移植機械和制缽機問世，送苗入土過程實現機械化；20世紀80年代，半自動移栽機、制缽機已開始在農業生產中推廣應用；80年代至今，由于穴盤育苗技術的推廣使用，育苗過程逐步實現機械化、工廠化和設施化，移栽機械發展迅猛，各種作物移栽基本實現機械化，并研制出多種全自動移栽機。

目前，國外發達國家的半自動移栽機已很成熟，移植技術已形成一個完整的機械作業體系，實現各種機具配套使用，移植后的作物能夠正常生長，基本上滿足農藝要求，移植機械的工作性能穩定可靠。栽植機構主要有鉗夾式（圓盤鉗夾式和鏈條鉗夾式）、導苗管式（導管推落苗式、導管直落苗式和導管指帶落苗式）、吊籃式、撓性團盤式及鴨嘴式等。

1.2 全自動移栽機械化發展時期

國外全自動移栽機的研究始于20世紀80年代。播種技術和育苗技術的發展，尤其是穴盤育苗技術的出現，加快了蔬菜機械化和工廠化育苗進程，也為自動取苗移栽奠定了基礎。

日本自動移栽機的研發以小型化、精密化和專用性為主要方向，生產效率高的全自動移栽機在日本發展較為迅速。日本洋馬公司、井關、久保田等主要農機企業先后研制出多款穴盤苗自動移栽機。典型機器有久保田A-500型自動移栽機和鴨嘴式全自動膜上移栽機、井關PR2和PVR-200型自動移栽機、關東KTII-70型自動移栽機、豆虎TP-1型自動移栽機等。

歐美等國農業土地較為集中、地塊較大素，其自動移栽機的研發以大型化、自動化和聯合作業為主要方向，多采用機電液一體化系統多行作業，適用于大型農場。其中較為典型的機器有美國Renaldo公司研發的基于空氣整根育苗盤的SK20蔬菜自動移栽機、RAPID公司生產的RTW系列穴盤苗移栽機、澳大利亞Transplant Systems公司研發的HD 144型自動移栽機、英國皮爾遜（Pearson）公司生產的全自動移栽機、意大利法拉利Ferrari公司生產的FU工TUR.A系列全自動移栽機等。

2 國內旱地移植機械化技術發展

2.1 半自動化移栽技術研究級裝備發展時期

我國的旱地栽植機械試驗研究工作始于20世紀60年代。20世紀80年代，研制了2ZYS-4型油菜移栽機、2ZL-2型聯合移栽機、2ZSZ-2型蔬菜無缽移栽機等半自動化蔬菜移栽機，還從國外引進了多種適合于移栽蔬菜、煙葉、甜菜等經濟作物的移栽機械，但由于國內育苗技術落后，農機與農藝脫節，而未能得到推廣應用。20世紀90年代，隨著農業經濟的快速發展和農行生產機械化水平的提高，機械化育苗和移栽技術研究備受重視，中國農業大學、吉林大學、山東工程學院、新疆農墾科學院、黑龍江省八五農場等科研單位，先后研制出多種類型的移栽機械。但令人遺憾的是只有極少機型投入小批量生產。

近年來，栽植機械伴隨著旱地育苗移栽技術的研究和推廣而發展起來，已成為科研和生產部門關注的問題之一。截至目前，國內己有多家單位成功研制出不同類型的半自動移栽機，其中部分機型己經小批量投產。典型產品有中國農業機械化研究院現代農裝科技股份有限公司生產的2ZY-2A型吊杯式半自動移栽機和2ZB-2型行星輪系鴨嘴式半自動移栽機，山東青州華龍機械科技有限公司生產的2ZY- 2型半自動移栽機，南通富來威農業機械裝備有限公司研制的2ZQ—4型油菜移栽機等。

目前，國內已經研制開發的缽苗移栽機主要以半自動為主，機械類型包括鉗夾式移栽機、鏈夾式移栽機、撓性圓盤移栽機、導苗管式移栽機和吊蘭式移栽機，機型大多是國外產品的仿制品。全自動移栽機因結構復雜，成本高而處在研究起步階段。

2.2 自動移栽技術研究及裝備發展階段

目前，對于自動移栽機的研究我國正處于探索階段，主要是針對國外的自動移栽機技術進行改進研究，尚未有成型的機型應用。浙江理工大學研制的2種蔬菜自動移栽裝置，一種由穴盤苗輸送機構、頂苗機構、分苗機構和栽植部件等組成，作業時頂苗機構一次將穴盤中的秧苗頂出，落入分苗機構，然后喂入導苗管并落入苗溝，完成蔬菜穴盤苗移栽；另一種移栽裝置采用橢圓行星輪系機構，完成從穴盤中取苗和放苗動作。兩套機構需要同開溝器和覆土鎮壓輪配合完成移栽作業。

新疆農業大學韓長杰研制的旱地自動移栽機，通過夾取缽苗莖桿的方式取苗，采用氣動控制，投苗機構使用吊杯式栽植器。由于采用夾取苗莖的方式取苗，對苗莖的粗壯程度和韌性要求較高。

江蘇大學毛罕平等在引進日本全自動蔬菜移栽機的基礎上設計了一種由連桿機構、行星齒輪機構和凸輪機構組合而成的取苗機構，通過供苗裝置和栽植機構配合實現兩行移栽，但整體結構比較復雜，工作可靠性有待進一步研究。

沈陽農業大學邱立春等在穴盤苗移栽設計中，借鑒工業中機械手搬運工作原理，研制氣壓驅動鏟狀指針結構的機械手及穴盤苗輸送裝置。中國農業機械化科學研究院現代農裝公司進行了基于PLC的缽苗自動輸送技術研究，研制出指鉗式鋪膜移栽機，同時還進行了齒輪-五桿自動取苗技術研究。此外，吉林大學孫廷蹤等及江蘇大學郁玉峰也先后對穴盤苗移栽機器人進行了研究。

3 影響旱地移栽機械化發展因素分析

我國對移植機的研究已經取得了一定成果，但與發達國家的移植技術相比，我國的研究起步較晚，在發展中受各地自然條件、氣候特點、經濟基礎、農機工業水平等諸多因素影響與制約，推廣比較緩慢且不均衡。

我國的蔬菜生產條件、種植模式、作物品種等存在明顯差異，這些客觀因素增加了移植技術研究與產品開發的難度，制約著移栽機械的推廣應用。與糧食作物生產機械化相比，我國旱地移植機械化技術研究時間較短，在借鑒國外成功經驗，學習、消化和吸收國外先進技術過程中，仿效較多，自主創新不足，生產上缺少技術先進、性能可靠、生產適用的機型。

受農機制造水平因素制約，國產栽植機械的性能單一，制造質量粗糙，常用零部件的通用性和互換性較差。由于缺乏統一標準，制缽、育苗與栽植環節相互分離，自成體系，育苗沒有形成標準化和規模化。移植機械以半自動化為主，需要較多的輔助人員，作業效率低，成本高。

農機與農藝脫節嚴重。發達國家與移栽相配套的育苗技術已非常成熟，而我國的育苗機具和設施非常薄弱，尤其是適于營養缽苗和盤苗的高效精量播種設備匱乏，技術相對落后。

受蔬菜品種和農藝特點的影響，農機的普及和使用受到限制。蔬菜復種指數較高，可套種作物很多，在葉菜類、根莖類、瓜果類等作物間輪番間作，機械作業肯定會對套種作物有或多或少的損害，這種損害亦影響農機使用。育苗標準化技術、水肥一體化技術、病蟲害綠色防治技術等都需要調整更新傳統蔬菜生產方式。

受蔬菜生長環境、食用部位、溫度要求和鮮嫩程度因素制約，技術上很難開發出通用的大型綜合機械。一方面，這些機械的適用性影響農機大面積推廣。結球葉菜類收割機械、馬鈴薯聯合收獲機等對大片露地種植的卷心菜、馬鈴薯等作物發揮作用，茄果類采摘機械受空間限制難在溫室大棚中施展手腳，適用性受到限制。另一方面，機械的耐用性、安全性和售后服務也影響農機推廣。

4 加快旱地移栽機械化發展的建議

縱觀國內外移栽機械化的發展與應用情況，結合我國具體國情，研制性能優越、價格合理的高速移栽機將是今后國內蔬菜移栽機的發展趨勢。為使移栽機能夠滿足生產需要并盡快實現產業化，提出幾點建議：

4.1 基礎研究與實踐應用相結合

移栽機的核心是栽植機構，對其進行動力學分析，確定其運動軌跡。在實驗室進行模擬試驗，然后在試驗地進行大量測試及考核作業，針對出現的問題進行改進，確定確實行之有效的方案。產、學、研多部門聯合研發是加快移栽機研制開發及成果轉化的重要途徑。建立移栽技術及移栽設備發展產業戰略聯盟，形成移栽技術發展體系，將移栽技術作為一項系統工程。

4.2 國外先進技術與國內技術相結合

國外移植機械化發展時間早，經驗豐富。國外的移栽設備技術先進，但是價格相當昂貴，且不適合國內的生產條件和種植模式。結合國內移栽生產技術需求現狀，學習國外先進設備的先進技術和設計理念，然后進行技術再創新，研發適合我國國情的新型移栽設備，可縮短研發時時間，加快研發速度，早日實現產業化。

4.3 農機與農藝相結合

各地域的土壤環境、氣候條件、選育品種各不相同，這些是設計人員必須考慮的。農機與農藝結合，農機為農藝服務。在產品設計時，充分考慮區域生產特點，注重農藝要求，研發的移栽設備的適用性、適應性、通用性才能更加合理，才能被廣大用戶所認可。

4.4 通用型與專業型相結合

鑒于目前國內移植機的適用性比較低，應使通用型移植機與專業型移植機結合，以通用型移植機為主，并向標準化、系列化、規格化方向發展，結構力求簡單、功能齊全、成本低廉、秧苗移植質量好。半自動機移栽機作業需要較多的輔助人員，移栽速度有限，生產率不高。移植機研制需要將育苗和移植有機結合、機械與電子有機結合，著重解決移植過程中自動化問題，逐漸自主研制出全自動、全智能的移植機械。