全自動蔬菜移栽機的發展現狀及在貴州應用的前景

李坦東，李 杰，林蜀云

(貴州省山地農業機械研究所，貴州 貴陽 550000)

0 前言

隨著農村勞動力銳減和人口老齡化日益加劇，農業生產用工緊缺的問題日益突出，傳統的人工栽種模式已不能適應蔬菜種植規模化的需要。近年來貴州省深入推進農村產業革命，蔬菜種植作為短平快的產業，成為脫貧攻堅的主要產業，蔬菜種植產業取得突破發展，2019年底，貴州省蔬菜(不包含辣椒、食用菌)種植面積1 675.5萬畝、產量2 497.8萬噸，同比分別增長8.8%、11.8%[1]，并逐步建立成為南方重要的夏秋蔬菜生產基地、粵港澳大灣區優質蔬菜供應基地。蔬菜移栽作為蔬菜產業發展的重要環節，移栽機械化至關重要。國際上對于全自動蔬菜移栽機研發和推廣使用已經趨于成熟，而國內處于起步階段，因此蔬菜產業的發展與移栽機械化水平低的矛盾日益突出。對國內外全自動蔬菜移栽機研究現狀進行分析，引進、推廣和研制適合貴州省地形地貌、土壤結構的機型，成為解決勞動力短缺和突破蔬菜產業發展瓶頸一種重要手段。

1 國際上全自動蔬菜移栽機發展現狀

1.1 蔬菜移栽機發展概況

蔬菜移栽機按照自動化的程度，分為手動、半自動和全自動移栽機[2]。歐美和日本是世界上最早研究移栽技術的國家，上個世紀20年代，就開始了移栽技術的研究；20世紀30年代出現了手工喂苗移栽機械，50年代歐洲一些國家開始研制作物壓縮土缽育苗技術及移栽生產技術，到了80年代，半自動移栽機已經在西方國家的農業生產中得到廣泛應用，在制缽、育苗和移栽技術的有機結合下，形成了完整的機械作業系統[3]。到20世紀90年代后，科研人員將迅速發展的自動控制技術和傳感器技術應用到移栽機械中，使得移栽機的機械化、自動化程度也越來越高，全自動的移栽機械融合機、電、液、氣等一體化控制技術，實現了蔬菜作物移栽過程的全自動化[4]。以美國、意大利、加拿大、法國等為代表的大面積農業種植國家，其全自動移栽機因地廣人稀原因，以寬幅、高速的大中型農機具為主，采用氣液控制實現栽植自動化作業，生產制造成本高。而日本屬于小農業，其地塊小、人口密度大，所以生產研制的自動移栽機以輕便、靈活、作業精巧為主，專用性強，大多運用機械控制方式來達到移栽過程的自動化作業。其移栽技術主要以單行作業、精密化、專用性等研究方向為主，專用性較強。

1.2 歐美發展現狀

澳大利亞威廉姆斯公司生產的全自動蔬菜移栽機，見圖1。栽植寬度可達到16行，自動完成取苗、栽苗等動作，自動化程度高，只需要單人操作就可以完成蔬菜移栽的過程，效率高[5]。

圖1 澳大利亞williams全自動移栽機

圖2 意大利Ferrari全自動移栽機

意大利法拉利公司的 Ferrari Futura系列穴盤苗全自動移栽機，見圖2。該系列移栽機是采用頂出式的方法實現自動取苗的，成排喂苗，每列10株；最高移栽速度5 000株/行/小時；行距為28-112厘米；最小株距25厘米，連續可調；最大作業行數為6。該機型的特點是多行作業、覆膜移栽一體化，在取苗、送苗環節作業效率高，能夠對缽苗進行成排高效取送、自動化程度高，但必須采用專用的硬質育苗穴盤[6]，且制造成本高，在分苗和栽苗環節穩定性差，分苗機構堵苗現象嚴重，從而導致栽苗效果差。

美國FMC 全自動移栽機，見圖3。采用的是平置苗盤，采用推桿頂苗，缽苗通過推桿機構頂出后采用皮帶輸送的方式完成二次投苗[7]。

圖3 美國FMC全自動移栽機

英國皮爾遜公司生產的全自動移栽機，見圖4。可以同時取出整行缽苗，多行種植的，種植效率高，作業速度較快，但是整機較復雜且成本高，對育苗和穴盤要求較高。

圖4 英國皮爾遜自動移栽機

1.3 日本全自動蔬菜移栽機發展現狀

日本以久保田、洋馬、井關為代表研制的穴盤苗全自動化的移栽機，以穴盤育苗為栽植對象，由移箱、取苗、栽植機構等部件組成，多采用鴨嘴式栽植器，可用于旱地起壟和膜上打穴栽植[4]。

圖5 久保田SKP-100TC-KR蔬菜

久保田SKP-100TC-KR全自動蔬菜移栽機，見圖5。長2 150mm，寬1 360mm，高1 130mm，1壟1行種植方式，株距350-900mm，作業效率0.01-0.167公頃/小時[8]。其機型小、效率高，但結構復雜、成本高。

日本洋馬農機乘坐式全自動蔬菜移栽機PF2R，見圖6。在進行兩行作業時，由單行回轉臂驅動取苗器取苗進行插土、夾持、提苗、回轉移位、松土落苗等操作，落苗在開孔器上方，由鴨嘴式開孔器完成深度控制移栽，再由覆土滾輪對秧苗進行培土。整個過程操作簡單，實現了全自動移栽，移栽后成活率高。移植株距可實現在260—800毫米之間無級調節；移植深度有10檔調節，可適應多種秧苗移栽；根據作業行距、株距、畦距不同，單畝作業密度可在1 500—4 500株之間進行調整[9]。

圖6 洋馬全自動蔬菜移栽機PF2R

2 國內發展現狀

2.1 國內蔬菜移栽機發展歷程

國內從20世紀60年代起開始學習仿造蘇聯的CP-6及CPH-4型移栽機，80年代成功研制出了半自動蔬菜移栽機及從國外引進多種作物的移栽機械。近年來由于大量的研究和推廣應用，國內蔬菜移栽機得到快速發展，但大都以仿制和改進國外的穴盤苗半自動移栽機型為主，取得較為顯著成果的有山東華龍公司和江蘇富來威公司。其中華龍公司生產的 2ZBLZ-4A/6A/10A 型系列旱地移栽機，可同時進行 4、6、8 行移栽作業，富來威公司生產的 2ZB-1移栽機，采用鏈夾式栽植機構，屬于煙草專用型半自動移栽機械，華興2ZY-2雙行自走式移栽機，眾榮hb-ss20甜菜移栽機等，這些半自動移栽機在我國都得到不同程度的推廣，但是仍需要人工輔助來完成蔬菜移栽作業，自動化水平不夠高。全自動蔬菜移栽機仍處于實驗室研究階段，沒有成熟的產品上市。

2.2 全自動蔬菜移栽機研究現狀

我國對于全自動移栽機的研究處于起步階段，主要是針對國外引進機型進行優化改進。江蘇大學毛罕平教授團隊在引進日本全自動移栽機的基礎上，自主研制了相關穴盤苗全自動移栽機，設計了穴盤苗全自動移栽機運動協調控制系統，提高了喂苗成功率[10]。浙江理工大學研制了旱地蔬菜缽苗自動移栽機，采用橢圓-不完全非圓齒輪行星系旋轉式取苗機構、橫向縱向間歇送苗機構、偏心圓盤吊杯式栽植器等組成，其作業效果較好，株距變異系數、栽深、直立度合格率、漏栽率等滿足行業標準[11]。謝守勇等針對蔬菜移栽機取苗機構的運動控制特點，研究一種基于單神經元PID算法的取苗點定位過程的控制系統[12]。袁挺等針對我國全自動蔬菜移栽機取苗、投苗機構復雜等問題，設計了一種蔬菜移栽機氣吹振動復合式取苗機構及其配套苗盤，由送苗裝置、振動裝置和氣吹裝置等組成，各部分配合完成自動取苗、投苗工作。

3 貴州在全自動蔬菜移栽機的應用前景及建議

由于貴州土地破碎，相當多的蔬菜種植地塊存在設施空間小、不標準，作業機械下地難、頭難掉的問題，直接影響農機作業的效率，增加蔬菜種植成本，一直以來蔬菜產業發展受到機械化水平低的影響。2019年貴州省將蔬菜列為12大特色農業產業重點發展，全省聚焦優勢單品、優勢時段、優勢區域，突出規模化生產，蔬菜產業取得突破發展。引進廣州江楠集團、粵旺集團和上海蔬菜集團等國家級農業龍頭企業，組建貴州蔬菜集團，培育壯大貴陽農投集團、安順綠野芳田等省內行業領軍企業，全省蔬菜產業省級龍頭企業81家，在各地大力推廣“龍頭企業+合作社+農戶”組織方式的基礎上，為蔬菜大規模種植奠定了堅實的基礎。同時由于500畝以上壩區產業發展和高標準農田的建設，又為貴州省蔬菜移栽創造了良好的環境，因此全自動蔬菜移栽機在貴州的應用前景廣闊。為了加快全自動蔬菜移栽機推廣應用，貴州應該堅持農藝與農機相結合，建立互相適應的機制，充分發揮各自優勢，統一種植行距與株距、統一栽培模式等標準。配置農機盡量以通用為主、專用為輔在土壤耕作、植物保護、施肥和灌溉等作業方面與大田作物基本相同，因而大部分機械可以通用。農業園區配套農機具要以中型為主，小型為輔根據田塊大小統一規劃，因地制宜的引進歐美和日本全自動蔬菜移栽機，合理布局作業機具，標準化作業，提高蔬菜移栽效率，體現農業機械化的優勢。