國內外溫室播種育苗裝備研究存在問題及建議

背景

溫室播種育苗裝備是面向溫室內集中化、規模化的特定操作環境的農業裝備，采用流水線播種和水肥控制的方法，基于模塊化組裝技術，實現播種、灌水和施肥等功能的組合，達到一體化作業的目標。

隨著農業信息化的快速發展，國內外溫室播種育苗裝備的研究朝著智能化、自動化和輕簡化的方向發展，通過精準化、變量化和工業化手段，研究成果得以規模化生產、成本大幅度下降，為溫室種植產業的規?；a提供了科技支撐，這些裝備的規?；瘧脤崿F溫室產業與智能裝備產業的深度融合。

國外溫室播種育苗裝備研究

現代溫室的工業化播種育苗裝備先在國外發展起來。歐洲的溫室播種育苗裝備是從20世紀70年代開始逐步發展起來的一項農業系統技術，與傳統種植以及育苗方式相比，溫室機械化播種以及育苗管理更有優勢，因為其播種和育苗場地集中，采用規?；蜆藴驶姆绞?，可以保護幼苗的根系，提高成活率及出苗整齊度。溫室育苗技術使用統一標準的穴盤，對于機械播種而言就有了標準的載體。機械播種具有播種精準、工作效率高、節約成本等優點。

歐美國家設施播種育苗裝備產業發展比較早，研制的機型較多，功能較完善，自動化程度較高，配套設備齊全。例如英國的Hamilton，美國的Blackmore、Gromore，澳大利亞的Williams，荷蘭的Visser，韓國的Helper等公司的產品比較知名（圖1～3）。國外育苗精量播種機按照播種方式的不同，可分為針（管）式播種機、板式播種機、滾筒式播種機。

中國溫室播種育苗裝備研究

中國從20世紀80年代中期才開始從歐洲引進現代設施育苗技術及裝備。經過引進、消化、吸收和再創新，在溫室播種育苗裝備研究和產業化方面逐步形成特色的發展道路，經過多年的快速發展，在技術創新和產品開發方面取得顯著的進步，但總體水平還是不高，裝備發展的深度不夠、速度比較緩慢。農業農村部和科技部先后將穴盤育苗技術研究列為重點科研項目，溫室育苗播種裝置也成為了主攻對象。目前，國內的科研單位也研制出了一些育苗播種機的成品，但不能得到很好的推廣應用。擁有生產成套育苗播種裝置的企業也有很多，但總體上市場占有率偏低。常見的播種機較多，中國工業工程研究設計院和中國農業大學等單位聯合研制成功的2XB-400型穴盤育苗精量播種機，廣西農機化研究所研制的 2Z BQ-300型雙層滾筒氣吸播種機，胖龍（邯鄲）溫室工程有限公司研制的BZ30穴盤精量播種機，浙江臺州生產的YM-0911蔬菜花卉育苗氣吸式精量播種流水線。北京農業智能裝備技術研究中心研制的2款精準播種設備，播種漏播率小于3%，在北京市京郊大興區長子營等育苗合作社進行了規?；瘧?。這些機型符合中國溫室生產的實際需求，代表了國內該領域的研究與生產水平。

中國的溫室播種育苗裝備取得了一定的成果，但是在今后的發展道路上還是有很多問題需要解決。和國外相比，播種育苗裝備利用率、設備穩定性、農機農藝結合等方面還存在一定的差距。

溫室播種育苗裝備關鍵技術

近年來，溫室播種育苗裝備的研究逐漸成為熱門領域，國際上知名的溫室系統公司紛紛和科研機構合作，對該領域的關鍵技術進行深入研究和突破，主要原因有兩個：一是市場不斷成熟，大型的種植企業不斷增加，新的資本介入后對現代化的裝備需求增加，促生了傳統裝備改型換代;二是隨著農業信息化技術的快速發展，溫室精準播種育苗裝備所需的關鍵技術不斷突破，核心傳感器的價格不斷下降。這些都促進了技術和產業的二次結合，促進了該領域的蓬勃發展。

精準吸種技術

就精準播種而言，吸種的精度直接決定漏播率，是溫室精準播種的關鍵參數。吸種要解決種子振動和種子堵塞這2個核心難題。種子振動是將種子放在種盤上，利用偏振器將種盤按照一定的頻率振動，種子就會被振動到空中，便于針頭能在空中吸住種子，實現1個針頭1次只吸住1顆種子。種子堵塞的消除是依靠空氣閥的切換，將針頭的吸種負壓力切換為吹起的正壓力，將堵塞針頭的破碎種子或雜物吹走。精準吸種技術就是圍繞振動和氣閥切換來研究作業參數對種子播種精度的影響。

國外的精準吸種技術優勢在于種子振動所需的振動器性能穩定，單位時間內的振動能量變異系數很低。振動器長時間工作后種盤的振動幅度和振動頻率均勻一致。在播種裝備作業時，種子在振動作用下，彈跳的高度一致，針頭能比較容易地捕捉到單顆種子，漏播率較低。

國內的精準吸種技術優勢在于控制系統的控制方法靈活，能靈活控制氣壓閥將多余的種子吹走，每個針頭上吸附一顆種子，降低重播率。重播是指一個孔里放了2個或2個以上的種子，這會浪費昂貴的種子。國內的振動器長時間工作后發熱和振幅不均勻的問題還需要探索。

穴盤精準打孔技術

穴盤打孔就是利用圓柱形外形的機構在鋪滿土的穴盤正中壓出來一個一定深度的孔，將種子放入孔中間。這里面的問題是打孔深度和打孔位置。穴盤精準打孔技術是利用精準控制確保打孔深度和打孔位置一致和均勻。打孔深度不均勻，會導致出苗后高度不整齊。打孔位置偏離，會導致出苗后大小不整齊。

國外的穴盤精準打孔技術通過對穴盤的精準定位和輸送帶的精準暫停來確?？状蛟诿總€穴孔的中心位置，基于紅外傳感器探測和氣動元器件快速響應等手段，對位置誤差的消除有一整套完整的技術方案。

中國的穴盤精準打孔技術借鑒了國外的技術手段，又根據國內實際需求現狀，對功能進行了創新，適合中國的國情。國內的技術創新集中在輸送帶驅動電機的響應速度和穩定性，氣缸的穩定性等環節上。

肥水精準噴淋技術

肥水噴淋是指在完成播種和蓋土后，穴盤被均勻地噴淋一定量的營養液作為種子的底肥。這里面的問題是噴淋均勻性和噴量。肥水精準噴淋技術就是通過壓力閥調控、電磁閥開閉、PWM脈寬調制和PID流量調控等手段，讓每個種子獲得均勻的營養液，把好播種作業的最后一道關。

國外肥水精準噴淋技術原理簡單可靠，技術手段單一，確保水流均勻即可，這方面符合大規模生產減少成本的要求。中國的肥水精準噴淋技術采用了少量多次、扇形噴嘴、定量噴淋、在線監控等多種技術手段，對營養液的精準調控技術領先國外。北京市農林科學院等單位已實現水肥藥一次噴淋，并在京郊進行推廣應用，水肥藥精準控制誤差小于3.5%。

物聯網管控技術

物聯網管控是指利用多種傳感器對溫室種植育苗裝備的作業效率、工作狀態、工作時段、穴盤統計、設備故障、漏播統計、溶液余量、電機溫度等作業參數在線監控，并將作業參數通過網絡傳送給作業人員手機，利用手機軟件對播種數據進行分析，根據分析結果結合數學決策模型對參數進行動態調整及自動化管控，增加自學習功能，不斷優化控制參數，提高裝備自動控制系統的魯棒性。這里面的問題是傳感器篩選和網絡維護。傳感器篩選要在成本能接受的前提下，充分選擇穩定性高的傳感器，對傳感器的接口進行精準地定義，確保數據傳輸和地址的設定不會受干擾。網絡維護要考慮穩定性和經濟性。

國外播種育苗設備的物聯網管控技術尚處于起步。中國播種育苗設備的物聯網管控技術不斷創新，基于Web的移動端管控技術已成熟應用于溫室播種裝備中，處于全球領跑的地位。

面臨問題及相關建議

面臨的問題

溫室播種育苗裝備快速發展的同時，在利用率、農機農藝結合、設備穩定性等方面還需要進一步探索。利用率方面主要是社會化服務的規模和輻射面還太小，需要農業補貼政策加以引導。農機農藝結合方面存在的問題較突出，此方面研究及推廣人員大多是栽培、溫室結構設計、經濟管理等背景，無法對裝備設計進行整體把控，具有農科院校的機械設計及自動化知識背景的專業人員彌足珍貴。人才的脫節是農機農藝融合問題的本質，設備穩定性是最大的難題。重點進行分析，主要面臨的問題包括傳感器抗干擾性能低、氣動元件響應速度慢和振動器穩定性較低等問題。溫室播種育苗裝備系統存在誤差較大、系統不穩定等特點。

相關建議

針對以上問題建議采取以下幾種對策：一是利用系統工程，消除各個傳感器和氣動元件精度和穩定性的問題，發揮系統優勢來提高播種育苗裝備的整體性能;二是通過批量生產提高傳感器等關鍵部件的性能，同時降低傳感器的成本;三是培養一流的操作人才，定期對播種育苗裝備進行校準，提高系統整體精度。具體如下：

（1）國家應鼓勵從事溫室播種育苗裝備研究的科研院所及大專院校建設中試基地，來對最新科研成果進行規?；a，一方面是檢驗科研成果的性能，二是通過批量化生產來促進技術成熟化。

（2）科研機構、推廣部門和企業通過多種形式組織播種育苗裝備的現場演示，通過生動有趣的播種育苗演示代替落伍的展銷會視頻宣傳，對市民進行科普，擴大智能裝備的宣傳效果，增進產品的社會影響力，提高科研成果的社會效益，提高科學研究的科普價值。

（3）在戰略高度認識溫室播種育苗裝備的價值，認清“機器換人”的必然性，促使全社會高度重視溫室播種育苗裝備，吸引社會資本投資來開展相關研究，提高該領域的產業價值。

*項目支持：北京市果類蔬菜創新團隊崗位專家項目。

[引用信息]馬偉.國內外溫室播種育苗裝備研究存在問題及建議[J].農業工程技術，2020，40（10）：49-51.