國內外設施種植種苗移植技術的發展現狀＊

辜 松，周澤坤（華南農業大學，廣州 510642）

種苗移植是農業生產的重要作業環節，其特點是作業量密集、勞動強度大。因此種苗移植作業裝備一直是農業裝備研究人員的重點開發對象。隨著農業技術的發展，農業生產除了露地種植以外，近年設施種植發展迅速。在此條件下，種苗移植作業就分為兩大分類，即露地生產種苗移植作業和設施生產種苗移植作業。圖1 所示為露地種苗移植機作業情況，主要以蔬菜種苗移植為主，苗的形態主要集中在穴盤缽苗形式；圖2為設施種苗移植機作業情況，設施生產采用機械化移植的種植對象主要集中在種植期短、作業量大的花卉穴盤種苗、水培葉菜穴盤種苗，以及組培和扦插等無根莖條或帶根的無基質裸苗。目前，設施承擔著絕大多數農業（林業）種植對象的育苗生產，苗體形態與種植模式千差萬別，移植機的形式也各不相同。另外，設施內的作業環境相比于露地清潔、可控，因此，設施種苗移植機使用了大量先進的工業技術。因此，本文下面將主要以設施種植（非土壤）種苗移植技術為對象進行介紹和討論。

圖1 露地種苗移植機作業

圖2 設施種苗移植機作業

國內外設施種苗移植技術現狀比較

設施種苗移植機的開發始于20 世紀80 年代末、90 年代初，日本和英國一些大專院校針對穴盤苗和組培苗的移植技術展開了研究，20 世紀90 年代末21 世紀初荷蘭設施生產裝備老牌生產企業Visser 公司、TTA 公司等開始生產穴盤苗移植機械，經過20 多年的發展，涌現出Flier、Daros、Ubinati、Tea Project 等一批歐洲設施移植機生產企業，功能由穴盤種苗移植、穴盤苗分級、穴盤苗剔苗補苗向分級移植和無基質裸苗移植等方向擴展，同時針對自動化移植作業，開發出了輔助移植作業的紙缽苗、高腳塑料硬質穴盤、硬質扦插苗帶，提高了扦插作業質量和作業生產率，帶動了設施生產種苗移植技術的發展。

國內穴盤苗移植技術起步較晚，設施園藝種植模式不統一，生產標準化程度不高，并且與國外設施園藝使用的生產資材存在差異，因此直接引進國外裝備難以實用。在此情況下，21 世紀10 年代后期，沈陽農業大學、南京農業大學、北京工業大學、華南農業大學、浙江大學、浙江理工大學等院校針對穴盤苗移植手開展了多方面的研究，北京工業大學、華南農業大學、浙江大學及浙江理工大學等隨后也相繼推出了穴盤移植機試驗樣機。21 世紀20 年代后期，北京工業大學、華南農業大學及浙江理工大學相繼推出設施種植水培葉菜穴盤種苗移植機，其作業性能與國外產品基本相當。

目前，國內設施種植穴盤苗移植技術與國外相比，水培葉菜穴盤苗移植技術差別不大，但在花卉、無基質裸苗移植技術方面還存在較大差距。其原因主要在于國內設施園藝裝備總體技術發展起步較晚，技術積累薄弱，同時設施種植模式標準化差，裝備開發難以推進，而以往設施種植規模不大，對于裝備技術需求不緊迫。另外，大部分設施生產裝備都是圍繞具體生產流程和模式非標定制的，設施種植企業對國外技術不了解，針對自己的生產模式不能提出適合生產需要的技術開發要求，阻礙裝備技術開發的農機農藝融合，這也遲滯了中國設施種植穴盤苗移植技術的開發與發展。近年，國家對設施種植生產的關注度顯著提高，并加大相關技術研究與開發項目的支持力度，加之近年歐洲先進設施園藝生產裝備技術的引進與示范，設施種植企業對新技術逐步了解，這既為針對國內設施中之模式開發穴盤移植技術提供了有力的前提條件，也將促進相關穴盤苗移植技術的發展。

主要設施種植種苗移植技術

設施種苗移植裝備的功能是將標準穴盤苗或無基質裸苗移植到大規格標準穴盤、花盆及種植槽中，其核心技術主要集中在如何拾取苗和如何將苗成功插入種植目標地，因此，對于移植裝備來講，其關鍵部分是移植手，隨著計算機技術和機器視覺技術的引入，目前移植機作業的智能化程度不斷提升。

花卉穴盤苗移植技術

花卉穴盤苗移植是目前設施移植機的主流，主要針對盆栽花卉生產，目的是將穴盤苗向種植花盆內移植（圖2），也有由密植穴盤向稀植穴盤移植的情況（圖3），穴盤一般尺寸為300 mm×280 mm，孔穴數在50～510 之間，對于大花盆可進行多株穴盤苗拼盆移植（圖4）。由于花卉種類繁多，其中種苗的形式千差萬別，移植機的關鍵技術點也集中在其末端執行器移植手上，移植手設計時主要考慮穴盤基質塊的尺寸及種苗形態等因素。穴盤基質塊尺寸決定移植機械手的大小，機械手尺寸大小不同導致其結構與作業驅動方式存在不同的類型。拾取種苗基質塊時，種苗形態影響移植手結構是否需要考慮避讓苗莖葉以免傷苗。目前，為有效提高移植機的作業效率，部分移植機的移植手數已提高到16 個以上，有些已達到36 個移植手，移植作業生產率可達30000 株/h，穴盤穴數和移植機移植手數越大，作業生產率越高。另外，72 穴穴盤苗移植技術比較成熟，作業性能穩定，但對于288穴密植穴盤種苗的移植手技術要求非常高，以荷蘭TTA 公司的移植機作業性能最為穩定。

圖3 種苗由密植穴盤向稀植穴盤移植

圖4 種苗由穴盤向花盆拼盆移植

水培葉菜移植技術

水培葉菜種苗移植與花卉穴盤苗移植相比較為簡單，水培葉菜種苗種植一般為兩種形式，一是利用基質培育種苗，國內一般利用穴盤種植，以歐洲為代表的國外一些企業利用基質塊種植；二是將海綿或基質放置于種植杯內種植。前者種植作業環節較為簡單，但是種苗移植后基質塊不固定容易反轉，導致種植的水培葉菜生長形態不佳，后者采用種植杯可減小夾持種苗的對位難度，并可利用種植槽孔位固定種苗，使水培葉菜生長形態正常。

無性繁殖裸體種苗移植技術

圖5 水培葉菜基質塊種苗移植

圖6 水培葉菜種植杯種苗移植

無性繁殖主要指扦插、嫁接及組織培養，而扦插和組織培養育苗基本都離不開移植作業環節。近年來，無性繁殖育苗在種苗生產中的規模不斷發展壯大，因此，對于扦插和組織培養的移植采用機械化作業的需求也越來越大。扦插與組織培養培育的種苗有一個非常大的特點，即幼苗均是不帶基質的裸苗。穴盤苗移植時可通過夾持基質塊，避開直接接觸苗體，達到不損傷種苗的目的，而對于裸苗，直接觸碰柔嫩苗體極易造成損傷，這給機械移植作業夾持苗體帶來困難。為解決夾持裸苗易損傷的問題，荷蘭ISO Group 公司針對柔嫩的菊花扦插種苗扦插作業，利用彈力鋼片開發出一種結構復雜的柔性裸苗夾持手，如圖7 所示，機械手通過多個疊加在一起的氣缸驅動，在機器視覺引導和一個機械手臂帶動下，完成單個裸苗撿拾、穴盤定位扦插動作，其作業速度可達人工3 倍以上。圖8 是針對扁平類蟹爪蘭扦插種苗，利用負壓吸附進行柔性撿拾，進而進行扦插作業。圖9 為對扦插用玫瑰種苗枝條進行剪枝和向花盆內扦插作業的扦插機器人，剪枝在機器視覺引導下完成。圖10 為對組培苗進行向穴盤基質內移植的移植機，該移植機作業形式與花卉穴盤苗移植機的工作原理類似，移植手不直接觸碰苗體，通過培養基間接夾持種苗，但是，培養基極易破碎，如何夾持住培養基是技術難點。通常，帶培養基進行組培苗移植的作業不常見，生產中在進行組培苗移植前，都要對組培苗個根的培養基進行清洗。

圖7 扦插菊花苗向穴盤移植

圖8 負壓吸附扁平扦插苗向穴盤移植

圖9 玫瑰枝條剪枝扦插移植

圖10 帶培養基組培苗向穴盤移植

未來展望

為提高農業生產裝備作業效率與智能化作業水平，隨著工業先進技術的不斷發展及引入，設施種植種苗移植技術近年在向以下四個方向發展。

高效化

規模出效益，這是設施企業都在追求的種植形式，而生產的規模化必將一直對裝備的生產效率提出更高的要求。近年，國外知名移植裝備生產企業，為提高作業效率，不斷增加作業移植手的數量的同時，變以往單盤移植作業為多盤同時作業，一些移植機的穴盤苗移植生產率已達到50000 株/h。

智能化

機器視覺技術的引進，大大提高了穴盤苗移植機作業的智能化程度。基于機器視覺技術，Visser、TTA 等公司的移植機可以完成穴盤苗分級、剔苗和補苗作業，并可在移植作業過程中進行分級移植。這些作業以前必須依靠人工來完成。

復雜化

扦插與組織培養具有育苗效率高、出苗量大的優勢，但這帶來了巨大的扦插移植和組培苗移植作業量，迫切需要解決無基質裸苗的自動化移植作業問題。荷蘭ISO Group 公司針對以上問題，基于機器視覺識別待扦插苗的撿拾位置，在工業機械手臂帶動下，利用多個微型氣缸疊加驅動柔性鋼片扦插手，完成裸苗柔性撿拾夾持、穴盤基質作穴、裸苗柔順扦插和柔性退柔性鋼片扦插手等多個復雜動作，模擬出了復雜的人工扦插動作過程，很好地解決了裸苗扦插的技術問題。

輔助化

穴盤苗扦插作業與許多因素有關，涉及到種植模式。在這方面為輔助穴盤苗自動化移植作業實現保質、保量、高效作業，歐洲設施種植生產裝備與資材生產企業開發出多種輔助性資材，如開發硬質穴盤便于移植作業時穴盤精準對位（圖11）；開發出紙缽苗便于移植時夾持苗體穩定、作業成功率高（圖12）；開發出裸體苗夾苗卡帶（圖13），避免移植過程中直接夾持裸苗造成損傷，并可簡化復雜作業環節，提高移植作業效率。

圖11 塑料高腳硬質穴盤對位準確

圖12 紙缽苗移植基質塊團塊性好

圖13 采用等距卡條固定無基質裸苗