大蒜播種機專利技術綜述

劉黎黎

摘 要： 由于大蒜的幾何形狀具有不規則性，在播種過程中，需要考慮鱗芽朝上根部朝下的農藝需求，這就對大蒜播種機械的結構提出了特殊的要求。本綜述分析了大蒜播種機的技術發展歷程、專利申請情況、技術熱點及發展趨勢，為相關人員了解本領域提供參考。

關鍵詞： 大蒜播種機；技術發展；專利申請；技術熱點

一、大蒜播種特點及分類

大蒜蒜瓣包括了鱗芽尖、弓形膨大體和根部，具有明顯的方向性，在插播的過程中，一般要求蒜瓣的鱗芽尖直立朝上。

雖然鱗芽尖朝下、朝上和平躺時，大蒜均能順利出苗，但是，對于朝下和平躺播種的情況，出苗時間明顯遲于正立的蒜瓣，因此，蒜瓣的朝向是大蒜種植的一個重要指標，直接影響大蒜的生長質量和產量。目前，大蒜機械種植技術主要有三種：

（1）大蒜點播技術，先用壓穴錐壓穴，然后用機械送種到種穴，大蒜在送種過程中，鱗芽朝向處于自由狀態，蒜種投送到種穴內時， 鱗芽方向完全由落種瞬間朝向及落種位置隨機確定。

（2）半自動大蒜栽種技術，該技術基本上滿足了大蒜栽植鱗芽向上的種植要求，但前提是必須事先將蒜瓣按芽上根下的方式逐瓣用人工裝入蒜種盒，工作效率與人工栽植差不多。

（3）全自動大蒜栽種技術，該技術采用特定機構扶正蒜瓣，解決了蒜種輸送過程中要求鱗芽根部向下的技術問題，但方向控制可靠性差。

二、大蒜播種機技術發展歷程

1972年，自羅馬尼亞研制出世界上第一臺大蒜播種機以來，大蒜播種技術經過了40多年的發展，最初僅僅只是關注如何實現大蒜播種功能，現今的重點則轉到如何提高大蒜播種的質量，技術上是從簡單到復雜，從整體到局部來逐步完善大蒜播種機的性能。

2.1 國外發展歷程

發達國家如美國、法國、德國等，大蒜種植面積較小，主要是專業化、規模化種植，其栽植機械不適于在我國在大蒜生產中使用，國外現有大蒜栽植機械主要以韓國、日本為代表。其中，日本對大蒜播種機的研究始于1995年，第一臺大蒜播種機（JP特開平9-107726A）考慮了播種深度及播種間隔的問題，通過使用播種帶預先將蒜種固定排列在帶體上，這樣，蒜種的位置不容易改變，從而保證大蒜播種的間隔和深度。2008年，日本研制了一臺帶有大蒜夾持裝置的大蒜播種機（JPU3142590），當蒜種落下時，夾持裝置中的彈性環將蒜種夾住，起到一個緩沖作用，保證播種過程平穩進行。2012年，日本研制了一臺鱗芽朝上直立入土的大蒜播種機（JP特開2013-233124A），如圖1所示，該播種機中也帶有一夾持裝置，通過安裝在導管內的播種桿將蒜種壓入土壤。總的來說，日本大蒜播種機的研制以整機為主，結構復雜且龐大，出于對入土直立度要求的考慮，播種方式以壓穴式居多。

而韓國對大蒜播種機的研究則始于1996年，同日本一樣，韓國大蒜播種機的研制也主要以整機為主，播種方式也是以壓穴式居多。2001年，韓國研制了一種對蒜瓣方向進行調整的裝置（KR2002-0097300A），如圖2所示，當鱗芽朝上時，調整板對其運動不產生影響，保持原方向進入下落管；當鱗芽朝下時，調整板改變蒜種的方向，調向后的蒜種進入下落管。同時，韓國生產了代表國際先進水平的YD1500型大蒜栽植機，該機械通過取蒜頭機構、排蒜頭機構、方向控制機構和防擠壓機構保證蒜頭的自動喂入、鱗芽向上直立入土，有效解決了排種時發生的堵塞和損傷蒜頭等常見問題，并通過控制回土的流向及落點的方向，保證蒜頭直立固定，滿足了大蒜栽植的農藝性要求。

2.2國內發展歷程

1993年，褚洪柱研制出我國第一臺大蒜播種機（CN2152381Y），該大蒜播種機已經考慮了需對鱗芽朝下的蒜瓣的方向進行調整及防堵輸送的問題。直到1999年，王連增研制出我國首臺通過蒜種盒來實現蒜種調頭的半自動大蒜播種機（CN2405408Y），事先將蒜種按芽上根下的方式逐瓣裝入蒜種盒中，蒜種盒是由一列列直徑與蒜種瓣當量直徑相應、只允許蒜種瓣相互頭尾稍有重疊、但不能橫過來的種管組成，當將蒜種盒傾斜倒置在機架上時，蒜種呈芽上根下狀在自重和機械振動下滑入上滑道中。

1993-2009年間，大蒜播種機的研制以整機為主，但由于大蒜種植的特殊性要求，給大蒜播種的機械化進程帶來困難，現有的大蒜播種機都沒有很好地解決蒜種播種后鱗芽向上根部向下的問題，導致已研制出的大蒜播種機不能得到廣泛的推廣和應用。2010年以后，人們開始關注影響大蒜播種質量的關鍵零部件的研究，其中，如何調整種植過程中的蒜尖方向、保證出芽率是所有科研人員共同面臨的一個難題，為此，許多技術人員從不同的角度做出了嘗試。2010年，高遲研制了一種大蒜蒜瓣鱗芽方向識別播種裝置（CN101828449A），輸蒜種管的中部設有測出在限定時間內是否有單個蒜瓣通過的對射式光電傳感器，在輸蒜種管的下口上對接上可翻轉的漏斗形口，在可翻轉的漏斗形口的底口部設有判定蒜鱗芽的對射式光電傳感器。同年，高遲還研制了一種可識別和控制大蒜蒜瓣鱗芽方向的大蒜播種機（CN102027822A），如圖3所示，也是采用機械與光電傳感檢測技術相結合的方式來解決蒜尖方向的識別與控制。2011年，山東五征集團有限公司研制了一種蒜瓣定向控制裝置（CN202050676U），由于蒜瓣形狀上尖下粗，重心位于蒜瓣下半部最厚處，利用氣體一定的流量及流速使蒜瓣處于半懸浮狀態，蒜瓣在氣體的作用下緩慢下降，依靠蒜瓣重心偏下結構特點及氣體作用使蒜瓣在下落過程中實現蒜尖朝上。

與此同時，如何保證取蒜時不傷種、不重種、不漏種，則是科研人員面臨的又一個難題。2008年，遼寧省農業機械化研究所對大蒜的排種器進行了研究（CN201345816Y）。2014年，山東五征集團有限公司和青島農業大學共同研制出了一種大蒜種植機取種器開合裝置（CN103477764A），放置在種箱內的蒜瓣經過出種口落到扇形門上，取種勺自扇形門的下方向上旋轉并將扇形門打開，扇形門上方的蒜瓣進入取種勺，取種勺離開時，扇形門在開合復位裝置的作用下復位關閉，蒜瓣存放在扇形門的弧形面上，不會對蒜瓣造成損害。

三、大蒜播種機專利及技術熱點分析

圖4是全球歷年來大蒜播種機專利申請量，其中，國外申請量的波動比較平緩，而國內申請量的變化則非常明顯，這與我國的國情密切相關。從圖中可以看出，國內的申請情況總體可分為三個階段：起步階段（1993-1996年），第一臺大蒜播種機誕生于1991年，年均專利申請量不足1件；穩步發展階段（1997-2006年），較第一階段稍有增加，但年均專利申請量僅有1.2件，之所以會出現這種情況，這是因為在這兩階段農村勞動人口多，勞動強度在可承受的范圍內，農業主要以人工為主，市場對農業機械的需求量并不大，導致這兩階段的大蒜播種機的專利申請量都不大；高速發展階段（2007-2014年），自2007年起大蒜播種技術專利申請量呈急劇增長趨勢，至2013年高達38件，在該階段，政府提倡農業機械化，并出臺多項優惠政策，加之農村勞動人口減少，人均勞動強度增大，市場對農業機械的需求量增大，促進了社會對大蒜播種技術的研究。

圖5顯示了大蒜播種機在美國、歐洲（包括法國、意大利、西班牙等）、日本、韓國以及中國的總體分布情況，從圖中可以看出，大蒜播種機的專利申請的88%集中在中國、日本和韓國，這種分布反映出上述國家和地區是專利申請的主要目標國或地區。雖然世界上第一臺大蒜播種機出現在歐洲，但是，自1993年來，國內科研人員逐步進入該領域，加強在該領域的研究工作，使我國成為了最大的專利申請國家，占到55%。從研究內容上來看，中國、日本和韓國大蒜播種機的專利申請主要集中在整機的研發上，雖說整機都會涉及調向和取種等關鍵技術，但中國將這兩項技術從整機中分離開來，單獨進行了專利申請，這是一種進步的體現。當投入大量資源進行整機研發而不能取得很好的播種效果時，將關鍵技術分解開來，逐個進行解決，也可達到提高播種效果的目的。

在我國大蒜播種機的專利申請中，主要申請人是個人，占總申請的56%，其次是學校/研究所，占總申請的25%，公司申請僅占19%。鑒于個人和學校/研究所的生產及制造能力不及公司，申請人的這種分布情況不利于大蒜播種技術的推廣與發展，這也是我國大蒜播種技術呈現多樣化而不能有效地利用已有成果的原因所在。為了提高大蒜播種技術的播種質量，必須加強公司對該技術的重視程度及研發力度。

圖6是我國大蒜播種機專利申請主要區域，其中，山東省、江蘇省和安徽省是大蒜播種技術專利申請最多的省份，這三個省份是我國大蒜種植規模比較大的地區，圖中的數據也從另一個方面反映了市場對大蒜播種技術的需求，正是因為有了這種需求，才使得種植面積比較大的山東省、江蘇省和安徽省在該技術上的研究更為活躍。其中，位居國內前11位專利申請人的山東五征、山東農機科研院、梁開星、李剛、高遲、山東農大及青島農大均來自山東省，其專利申請量占前11位專利申請人申請總量的76%，這也進一步印證了山東省在大蒜播種技術領域的活躍度。

四、大蒜播種機發展方向

1、智能化

由于大蒜種粒不規則，智能化大蒜播種機的設計十分復雜，需要考慮很多問題，其中，比較重要的問題是保證機器能夠識別大蒜種粒的鱗芽和根部，這包括規則的種粒和不規則的種粒，最好能夠識別出大蒜種粒的大小，這樣可以篩選出優質的大蒜種粒。在此基礎上，還要考慮取種質量，保證每一次只抓取一個大蒜種粒，并且也要做到無損傷地直立種入土中。

2、效率化

完成大蒜機械栽植需要一定的時間，使大蒜栽植機械的工作效率受到了一定的限制，因此，在提高大蒜栽植機械的作業可靠性、地區適應性，保證取種、調頭、輸送、定向穴播栽植的工藝流程通暢的基礎上，還要合理設置每個流程環節的工作時間，提高大蒜播種機的栽植效率。■