大蒜種植機定向裝置的發展現狀分析

臧云飛

摘 要：由于大蒜種植時需要滿足芽上根下、立直種植的農藝要求，大蒜種植前需要對蒜種定向排序，因此，大蒜定向技術在大蒜種植機械化中十分關鍵。國內外學者對其進行了大量的研究。在此背景下，主要闡述國內外常見的大蒜定向方式與定向裝置，并給出大蒜定向裝置未來的發展趨勢，希望能夠對大蒜定向裝置的發展起到引導作用。

關鍵詞：大蒜種植機;定向裝置;研究現狀;發展趨勢

中圖分類號：S223.2??????? 文獻標識碼：A開放科學（資源服務）標識碼

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.07.015Open Science Identity（OSID）

0 引言

我國是世界上最重要的大蒜生產國和出口國，產量居世界首位，占全球總產量的70%以上[1、2]，因此，大蒜種植機械化的發展對大蒜種植尤為重要。國外大蒜種植與國內種植方式不同，大蒜種植機械也存在一定的差異。目前，以歐美國家為主的西方國家大多采取隨機種植的方式，實現了對大蒜的單粒種植[3]，但大蒜種植機械中基本沒有大蒜定向裝置;以中國、日本為主的亞洲國家大多需要芽上根下、立直種植，因此大蒜定向裝置的研究主要集中于中國、日本等亞洲國家。

1 國內大蒜定向裝置的研究現狀

目前，關于蒜種定向裝置的研究有很多[4]，對蒜種的定向效果也各有差異[5]。蒜種定向技術按定向方法可分為半自動定向以及全自動定向。

半自動定向是指人工先將蒜種按照規定的朝向依次擺入蒜種盒中或者相應的紙袋中，然后再借用機具將蒜種盒或蒜種紙袋投入土中進行種植，這樣雖然能將大蒜種植推向機械化，但是對蒜種盒的材料要求較高，需要運用可降解的材料，綜合成本高，且對土壤的破壞比較嚴重，因此不利于推廣。比較常見的具有大蒜半自動定向方式的機型為洋馬公司研制的一種多用途小型根莖類作物種植機。

全自動定向方式的研究主流方向可分為機械控制和光電控制。常見的機械控制定向方式主要有螺旋導管定向[6]、三級定向斗式定向[7]、翻轉漏斗式定向[8]、振動式定向[9]、水浮式定向等定向方式。

螺旋導管式定向是依靠蒜種與錐形螺旋導管之間的摩擦對蒜種進行定向，定向隨機性較大，定向效果不能得到很好的保證，因此，近年來這種定向方式的使用逐漸減少。

分級定向是通過將蒜種通過多級定向斗不斷地對蒜種芽尖朝向進行調整，最終使蒜種芽尖向上落入大蒜立直種植裝置中。該裝置能夠對大蒜連續定向，但是適用于芽尖較長、大蒜重心靠近根部的蒜種，對蒜種的要求較高，且經過分級定向裝置定向后，蒜種落入立直種植裝置時會出現芽尖向下的姿態，因此，分級定向裝置的定向成功率還有待提高。

翻轉式翻轉斗定向一般是安裝到排種器出種口的下方，下方的栽種鴨嘴隨著立直種植裝置的轉動推開上方的接種定向斗，隨著翻轉定向斗的不斷打開，蒜種因芽尖較長的原因形成了一個支點，使得蒜種定向。這種定向方式定向成功率高，但此定向方式比較適用于芽尖較長的特定蒜種;定向過程中翻轉定向斗與栽種鴨嘴配合打開，定向裝置的定向效率有所降低，因此翻轉式定向的連續定向能力還應進一步提升。

振動式定向主要是依據蒜種自身受到的重力與摩擦力對蒜種定向。比較常見的定向裝置為螺旋振動定向裝置。振動式定向雖然能實現蒜種的直立栽種，但是因裝置的排種管結構為僅容一粒蒜種通過的管狀型，在定向的過程中存在“卡蒜”的問題，對蒜種定向的連續性不佳，因此并沒有廣泛推廣。

水浮式定向主要是依據種子的浮力對大蒜定向。水浮式定向的工作效率相對于其他的定向裝置定向的效率較低，滿足不了實際的生產需要，且結構復雜，不利于實際的推廣應用。

全自動定向方式除了常見的機械控制外，光電控制也是較為常見的一種控制方式。光電控制主要是根據大蒜自身的特性，針對特定蒜種芽尖較長這一特性進行光電識別，然后通過控制電機轉向達到蒜種定向的目的。常見的光電控制主要是運用圖像識別技術以及將機械臂與單片機控制系統對大蒜定向，但目前大多處于研發階段，并沒有大范圍的推廣。

2 國外大蒜定向裝置的研究現狀

歐美等國家農業機械化程度高，多采用寬行距隨機播種，但地區人力資源較為緊張，人工成本高，因此在大蒜種植時多采用單粒精量化隨機種植，大蒜定向裝置研究較少。

歐洲種植大蒜的地區主要集中在法國、荷蘭和西班牙等國家，受各方面條件影響，這些地區研制出的大蒜種植機雖能基本保證蒜種單?；坎シN，但均無蒜種定向裝置和立直種植裝置。

法國ERME公司研制了氣吸式大蒜種植機。這種大蒜種植機采用氣吸式排種器，保證了排種的單?；欧N后蒜種直接隨機排入開溝器開好的淺溝，而后由鎮壓輪鎮壓覆土，完成種植。該大蒜種植機未能實現對蒜種的定向及立直種植。

荷蘭WIFO公司研制了多功能精密播種機，可種植大蒜、洋蔥、青蔥和小型馬鈴薯等多種經濟作物。該種植機種植效率高，能適用于多種作物種植，但該種植機并不能實現蒜種定向功能以及立直種植功能。

對大蒜入土后需要立直種植的亞洲等國家大蒜定向裝置的研究現狀與國內基本相似，在此不一一贅述。

3 大蒜定向裝置發展趨勢

（1） 大蒜種植機械定向技術與定向裝置的研究主要集中在國內，常見的大蒜定向裝置主要以機械控制為主，目前蒜種的定向技術針對特定蒜種的單一特征有較好的定向效果，在將來的研究中，蒜種的定向技術應當適用于蒜種的多個特征來進行定向，以提高對蒜種品種的適應性。

（2） 蒜種定向裝置在進行蒜種定向的過程中，蒜種定向裝置缺乏對蒜種定向失敗后糾正的過程，往往僅進行一次定向就將蒜種進行栽種，這樣的過程中蒜種的定向率不能夠保證。因此，蒜種定向技術在今后的發展中，應當會對蒜種的定向進行糾錯，對蒜種進行二次定向。從而提升蒜種的定向率。

（3） 隨著人工智能技術的進步，大蒜定向技術會與人工智能相結合，這樣就可以突破蒜種對定向裝置的限制，新型大蒜定向裝置能夠適應絕大多數蒜種的定向。

參考文獻：

[1] 丁超.我國大蒜出口現狀及對策[J].中國蔬菜，2005（4）.

[2] 崔榮江，張華，徐文藝，等.我國大蒜機械化生產現狀及發展思路探討[J].農機化研究，2015，37（3）：264-268.

[3] 林悅香，尚書旗，楊然兵.大蒜生產機械的現狀發展[J].農機化研究，2012，34（3）：242-245.

[4] 張會娟，胡志超，吳峰，等.我國大蒜機械化種植與收獲概況[J].江蘇農業科學， 2010（3）：460-461.

[5] 郭毅，張祖立，于麗穎，等.大蒜播種機械的研究現狀[J].農機化研究，2009，31（6）：221-223.

[6] 薦世春，劉云東.大蒜播種機蒜瓣自動定向控制裝置的試驗研究[J].農業裝備與車輛工程，2009（10）：28-29+37.

[7] 耿愛軍，栗曉宇，侯加林，等.自動定向大蒜播種機的設計與試驗[J].農業工程學報，2018，34（11）：17-25.

[8] 侯加林，黃圣海，牛子孺，等.雙鴨嘴式大蒜正頭裝置調頭機理分析與試驗[J].農業機械學報，2018，49（11）：87-96.

[9] 張兆磊，耿愛軍，李汝莘，等.蒜種振動排序裝置設計與試驗[J].農機化研究，2015，37（8）：138-142+147.