基質塊育苗移栽技術與裝備發展現狀*

崔志超，管春松，徐陶，楊雅婷，許斌星，陳永生

(1. 農業農村部南京農業機械化研究所，南京市，210014；2. 江蘇省農業科學院農業設施與裝備研究所，南京市，210014)

0 引言

我國蔬菜種植面積和產量分別占世界總量的40%和50%以上，長期穩居世界前列，但我國蔬菜種植機械化程度并不高，尤其移栽環節仍以人工作業為主，存在作業效率低、用工量大等制約問題[1-3]。

近些年，隨著育苗工藝的不斷創新，基質塊苗因帶基定植緩苗期短、成活率高、機械移栽效率高等優點逐漸得到關注。基質塊育苗也稱營養塊育苗，是以泥炭—土混合物為主要原料，輔以緩釋、控釋配方肥，采用定向壓縮回彈膨脹技術生產的營養均衡、理化性狀優良、水氣協調的育苗基質塊，能保證秧苗栽培質量，達到早育、早熟、早上市、高產增效的目的，還能節約種子、肥料、農藥及勞動力，在農業生產中有諸多優點[4-5]。與穴盤育苗相比，基質塊制作工藝簡單、取材廣、成本低，機械化移栽時利于取、投苗，移栽效率高、適應性好。作為蔬菜移栽的一種新興方式，與穴盤育苗移栽相比可實現成排多塊取苗，有助于提高移栽效率，因此，基質塊育苗移栽技術的探索將有利于拓展蔬菜移栽研究方向，也為蔬菜機械化種植水平提供技術支撐。本文歸納總結基質塊育苗移栽的關鍵技術，闡述國內外基質塊育苗裝備和移栽裝備的發展現狀、特點和應用情況，以青花菜為例，分析基質塊育苗移栽的經濟效益、應用前景，指出基質塊育苗移栽存在的問題，并針對問題提出發展建議，以期為基質塊育苗移栽裝備的研究提供參考。

1 育苗與自動移栽技術

1.1 育苗技術

基質塊是育苗的母體，基質塊成型也是育苗的關鍵技術之一。盡管我國在20世紀80～90年代對棉花、玉米等作物的制缽有過研究，但缽體主要以土壤為原材料，對泥炭或基質與土壤的混合材料制成基質塊育苗還鮮有研究，國內育苗多以穴盤苗為主，所以相關專家學者在穴盤苗的育苗技術上研究較多，對基質塊育苗的研究僅有少數學者探索過。

基質塊的育苗工藝參數對秧苗的生長質量和機械移栽效果影響較大。農業農村部南京農業機械化研究所設計了一種小型沖壓式基質塊成型機，可以通過調節沖頭位置和模盤尺寸來變化基質塊壓縮比和尺寸，Guan等[6]以此機型為試驗器材，采用基質與土壤配合試驗得出配比1∶2、壓縮比0.6、含水率16%時，基質塊三維尺寸穩定性為95.83%、散坨率為6.45%、抗破壞力為82.33 N、幼苗根冠比為0.24、壯苗指數為0.225、綜合值評分為0.78，能夠滿足青花菜的常規育苗和機械化移栽的生產要求。

辛明金等[7]以黃瓜為試驗對象，采用育苗基質和水稻秸稈的混合物為原料，對理論最優工藝參數進行調整及試驗驗證，得到最優工藝參數：含水率為21%，壓力為4.5 kN，秸稈長度為10 mm，秸稈質量分數為12%，該組合條件下的基質塊抗破壞強度為23.03 N，尺寸穩定性為82.83%，符合黃瓜育苗的農藝要求。

劉洪杰[5]以農作物秸稈替代泥炭，結合生物質膨化黏合成型技術，研究出基質塊成型能力和抗破壞能力最強、育苗質量最高的生產農藝參數：秸稈含量60%，秸稈粒度3 mm，秸稈添加粘接劑量為40 g/kg，并設計了一種基質塊成型裝備，實現基質塊育苗機械化作業，提高生產效率。尹業宏等采用滾筒的方式研究設計了一種新型連續式營養缽體制缽機。該機具能一次完成對營養缽的上料、打種孔、壓實、投出等加工，效率高(10 800個/h)，同時營養缽的尺寸、形狀和強度等方面都滿足高速機械化移栽的要求。

Tringovska等[8]發現蚯蚓堆肥由于其高pH值和導電性，不能單獨用作種植番茄移栽的基質，建議將蚯蚓堆肥與泥炭和珍珠巖混合，可將營養物質保持在可接受的最佳范圍以便番茄移栽；Prasanna Kumar等[9]指出可使用雙層立方體紙盆(體積為50 cm3)，填充25%蚯蚓堆肥和75%土壤和沙子等比例的盆栽混合物，制備適合機械移植的優質紙盆苗；Dihingia等[10]研究了盆栽混合料初始壓實對番茄幼苗生產所需水量、株高和土塊強度的影響，發現盆栽混合料與30%的蚯蚓堆肥在100 cm3的托盤槽中，壓實至0.88～0.90 g/cm3，其基質塊高度和強度最適合番茄苗機械移栽。

國內外對基質塊育苗技術的研究大部分集中在創新育苗基質方面，探索農業廢棄物替代商品基質，或將商品基質與其他材料混合以降低育苗成本；基質塊成型機的研究則是為探索不同材料基質塊育苗效果而研發的半自動機型，自動化、智能化的育苗裝備是推動基質塊育苗普及的發展方向。

1.2 自動移栽技術

自動取苗是實現自動移栽的核心技術。當前國內自動取苗技術主要以72穴或128穴的穴盤苗為對象，按照取苗原理可以分為頂出式、夾(扎)取式和頂夾組合式[11]，上述3種取苗方式為剛性取苗，存在損壞苗缽和植株的現象，為此有學者采用氣吹或機械振動使缽苗與苗盤松脫后再與剛性取苗方式相結合，從而減小傷苗率[12-14]。

基質塊苗在苗盤內呈獨立個體放置，苗塊之間存在一定間隙但無隔擋，且基質塊為方體狀塊體硬度適中，因此，廖慶喜等[15]針對基質塊苗的上述特點設計了一種往復夾取式取苗裝置，該裝置每次取苗只能取1株，臺架試驗表明，取苗成功率為93.33%，脫苗率為2.86%，基質損失率為3.75%。國內外現有基質塊苗移栽機的常用的取苗方式是采用取苗鏟整排取出放置在輸送帶，由分苗機構區分、栽植，對自動取苗的研究較少。根據現有取苗方式可以發現，基質塊苗形狀規則且具有良好地站立穩定性[16]，此特點可為自動取苗創造良好的條件，可采用多塊整排取出或整排推送的方式，將基質塊苗放入輸送帶，完成自動取苗動作，實現自動移栽。

2 育苗與移栽裝備

2.1 育苗裝備

國外對基質塊育苗裝備的研究起步較早，開發的機型較多，功能完備、自動化程度較高。國外基質塊育苗從上料、壓塊、播種、覆土、裝盤、轉運多為流水線操作，配套設施完善，因此作業效率可達到500～600盤/h，且基質塊壓縮比可根據基質物料配比自由調節，切塊質量和育苗成活率高，利于機械化移栽。

目前，市場主流機型以意大利、德國、荷蘭等國家生產的基質塊育苗流水線為代表，該類機型工作時，把配置好的營養土基質放入攪拌機的上料箱內，經輸送機傳送后將土攤平，經沖壓機構進行壓實并壓制種穴，然后由切割機構切成一定尺寸的基質塊，播種機構在每個基質塊的種穴內點播1粒種子，經覆土機構覆土后，帶有種子的基質塊被裝入育苗盤中，經傳送帶轉移，最后運至溫室培育。

我國研制的基質塊育苗裝備根據自動化程度不同，可分為半自動單機和半自動流水線兩種機型。其中，半自動單機體積結構較小、生產效率較低，整機以機械傳動為主，機動靈活性高，適用于中小型育苗工廠或家庭農場小批量、突擊性生產；半自動流水線自動化程度和生產率較高，一次可沖壓多個基質塊并精量播種，但體積龐大、配套專用設備較多，維護和維修成本較高，適用于大型育苗工廠常年周期性生產。

半自動單機以農業農村部南京農業機械化研究所和某農機廠合作開發的半自動基質塊成型機為代表，機器運行由人工輔助上料、裝盤，基質塊壓縮比可根據需求調節，基質塊尺寸也可通過更換模盤進行變化，播種采用人工點播的形式，配套動力1.5 kW電機，基質塊尺寸40 mm×40 mm×40 mm(可定制)，生產效率3 600～4 000塊/h。具有機動靈活、壓塊尺寸穩定等優點，適用于合作社、種植大戶等。

半自動流水線與國外基質塊育苗流水線工作原理相似，由上料機構將土和基質送入料斗，撥土板將攪拌均勻的土—基質混合物向壓縮打孔裝置輸送完成整體壓實、打孔，然后經輸送帶運送至切塊裝置被切成獨立的方體塊，精量播種裝置將種子播入獨立基質塊的孔內，其次覆土裝置對基質塊種穴進行覆蓋，完成播種環節的基質塊被輸送帶繼續向前輸送，最后由提取裝置將基質塊全部提取送入對應苗盤內。整機運行由PLC程序自動控制，工作參數可根據需求進行調節，可自動完成基質壓縮成型、壓穴切塊、精量播種、均勻覆土、整塊提取、苗塊裝盤等功能。代表機型如2ZB-100型方體基質塊育苗機，基質塊尺寸40 mm×40 mm×40 mm，工作效率為42 000塊/h。

對比國內外基質塊育苗裝備發現(表1)，國外基質塊育苗裝備主要集中在歐洲國家。由于務農人員稀少或用工貴等原因都以全自動或半自動的流水線作業為主，裝備功能較齊全，播種方式精量化，每條流水線輔助用工數量1～3人，生產效率平均在500盤/h以上。國內現有機型主要半自動為主，半自動單機功能單一、用工量大、作業效率低，半自動流線雖能實現壓塊、播種、裝盤等主要功能，但前、后端環節仍依靠人工操作，作業效率較國外同等水平裝備仍有較大差距，因此國內采用基質塊育苗的蔬菜、花卉生產企業干脆定制引進國外機型進行生產，由于國內基質塊育苗方式還未形成較大普及率，裝備企業自主研發積極性不高，再加上政府層面對該方面科技項目支持較少，導致我國基質塊育苗裝備研發進度較為滯后。

表1 國內外基質塊育苗裝備性能對比Tab. 1 Comparison of the performance of substrate block seedling equipment at home and abroad

2.2 移栽裝備

國外基質塊苗移栽裝備按移栽方式可分為開溝移栽式和打穴移栽式兩種方式，均能夠實現成排取苗、間歇輸送、單株定植等功能，移栽作業效率是穴盤苗移栽機的2～3倍，而且可以適應覆膜、平地、起壟等多種種植模式，利于實現多功能、自動化作業。

開溝移栽式移栽機是一種高速、高效的半自動移栽機械，作業對象主要針對站立穩定性較好的方體基質塊苗，作業時基質塊苗從苗盤被整排取出放入移栽機輸送槽內，隨著機器的前進，輸送槽內的輸送帶將基質塊苗向下連續輸送，途經氣動分苗機構將基質塊苗放入開溝器開好的種溝內，然后覆土鎮壓機構將其覆土壓實，完成栽植過程。這種機型適合棱長30～50 mm的方體基質塊苗，株行距可調，可適應密植蔬菜移栽，作業效率可達到5 000～8 000株/h，作業速度達到2.5 km/h，作業效率是普通鴨嘴式移栽機的3倍以上，用工數量較現有半自動穴盤苗移栽機減少一半。代表機型如Fast Block移栽機、TRE MATIC移栽機、R2010型移栽機等。

打穴式移栽機適用于覆膜移栽模式，其取苗方式和輸送部分與開溝移栽式移栽機原理相似，栽植部分則通過取苗爪或栽植器將基質塊苗扎破地膜栽入土中，例如FPC型移栽機栽植機構分為扎膜打穴和夾持移栽兩部分配合完成，前端由扎膜機構將鋪好的地膜進行扎孔、打穴，后端取苗爪將輸送槽內的基質塊苗單株取出放入對應的孔穴內；R2106型移栽機則是通過栽植器扎破地膜的同時進行打穴將基質塊苗栽入孔穴內。打穴式移栽機需要設置取苗爪便于對輸送槽內的基質塊苗進行逐個抓取，取苗爪起到分苗或定植的作用，機構的運動通過可編程單片機控制電磁閥驅動氣缸(或電缸)實現，因此，栽植頻率受限于取苗爪取苗速度，平均栽植頻率在5 000～10 000株/h左右。

歐洲第一大鮮切菊花生產公司荷蘭某公司研究了一種固定軌道式全自動基質塊苗移栽機，將連棟玻璃溫室分割成若干個種植單元，每天在不同的單元定植和采收，可實現從菊苗定植、生長管理、花蕾套兜、采收輸送到分選包裝一年四季的均衡生產。溫室內鋪設軌道，全自動移栽機在溫室內沿固定軌道移動，可實現塊苗的自動出盤、分苗、夾取和移栽，完成全自動定植過程，作業效率較高。后續生產過程除了花蕾初現時的套網兜、機械采收后的輸送轉移、分選后的包膜裝箱等少數環節需要人工外，其他環節都全由機械完成。

國內現有的移栽機大多針對穴盤苗進行開發，基質塊苗移栽機暫時處于起步階段。農業農村部南京農業機械化研究所針對蔬菜基質塊苗研制了一款2ZS-4型蔬菜基質塊苗移栽機，該機由拖拉機牽引作業，拖拉機動力輸出軸為移栽機各部件協同工作提供動力，操作人員通過取苗工具整排取苗、喂苗，自動分苗裝置和栽植裝置通過氣動機構進行協調配合自動工作，由栽植器將秧苗破膜入土栽入開溝器開出的種溝內。整機一次作業可栽植4行，每人負責2行，作業效率可達55株/(min·行)，適應40 mm×40 mm×40 mm基質塊苗，栽植后株距、行距均勻，調節范圍較寬，可以實現膜上移栽。

華中農業大學針對油菜基質塊苗開發了一種自動取分苗移栽機，該機取苗和分苗裝置通過定時程序控制器接入氣動系統控制氣缸實現動作，作業效率為40株/(min·行)，栽植合格率為81.6%[17]，該機目前處于樣機試驗階段。

山東某公司研制了一種蔬菜基質塊苗移栽機，該機型采用取苗鏟整排取苗，輸送帶送苗，苗塊在輸送帶作用下被推送至開溝器開出的栽植溝內，適應基質塊苗尺寸40 mm×40 mm×40 mm，一次作業4行，作業效率4 000株/h。該機可適應密植蔬菜的移栽作業，但由于是靠輸送帶的強制輸送和前苗的推擠進行分苗，因此存在株距不穩定的現象。

對比國內外基質塊苗移栽裝備發現(表2)，國外基質塊苗移栽機廠家也主要集中在歐洲國家，其主要用于生菜、卷心菜等綠葉類蔬菜的移栽，一次作業栽植3～5行，機器栽植方式有裸地開溝移栽和覆膜打穴移栽兩種方式，栽植行距≥170 mm，株距≥100 mm，參數調節范圍較大，由于裝備普遍匹配電控和氣動系統，自動化程度較高，作業效率平均在5 000株/(h·行)。國內目前研發的基質塊苗移栽機暫未針對某蔬菜品種進行單獨開發，為適應多數品種，作業行數以4行為主，株行距設定數值居中且調節范圍廣，機器以牽引式半自動為主，雖能實現整排苗單株區分，但栽植效率與國外相比仍有提升空間。

表2 國內外基質塊苗移栽裝備性能對比Tab. 2 Comparison of the performance of transplanting equipment for substrate block seedlings at home and abroad

3 應用前景與分析

基質塊育苗采用基質與土壤混合壓制而成，管春松等[7]通過研究基質—土壤配合比例為1∶2時壓塊、育苗、移栽效果較佳，單株基質塊苗所需基質為單個塊體的1/3(即21.33 cm3)。目前應用較多的72穴和128穴育苗盤單個穴孔基質容積分別為40 cm3和20 cm3。單株基質塊苗所需基質容量與128穴單株穴盤苗基質容量相當，占72穴單株穴盤苗育苗基質容量的一半。穴盤苗育苗盤通常為一次性產品，基質塊育苗盤則可以重復使用。以青花菜為例，種植密度為54 000株/hm2，假設采用128穴的穴盤育苗，需要28張，若按單價2元計算，則單茬穴盤成本840元/hm2，露地青花菜按照一年2茬種植，穴盤成本1 680元/年；基質塊苗盤每盤裝126株基質塊苗，苗盤價格10元/張，每個苗盤保守用5年，苗盤成本870元/年，因此，固定投入成本較穴盤育苗減少近一半。

經核算，基質塊育苗成本在0.1～0.12元/株，穴盤育苗成本在0.15元/株，每公頃節約1 620～2 700元。以牽引式半自動4行移栽機為例，由于基質塊苗的取苗方式為整排取苗，可以緩解人工取苗頻次，因此作業效率和用工數量均存在優勢，人工費平均150元/hm2，而同行數半自動穴盤苗移栽機和純人工移栽時的人工費平均375元/hm2。假設整地、燃油等費用為共性費用，同等行數的半自動基質塊苗移栽機較半自動穴盤苗移栽機費用減少1 695～2 775元/hm2，與人工移栽相比減少1 395～2 475元/hm2。(上述計算，人工費按照100元/d計算)

基質塊育苗具有制作工藝簡單、取材廣泛、成本低廉等優點；同時具有保水保肥、護根耐寒、受外界溫度劇烈變化小、成活率高等特點；能夠很好地適應移栽機械，特別是自動移栽機械高速作業的需求，顯著提升了作業效率，且栽植直立度高。由上述成本分析可知，基質塊育苗移栽節本增效顯著，隨著我國蔬菜種植面積及農民對機械化移栽的需求增長，以及國內外高速自動移栽機的迅速推廣，基質塊蔬菜苗必然具有廣闊的生產應用前景。

4 存在問題與建議

4.1 存在問題

1) 整盤苗塊重量大，人工搬運吃力。基質塊是由土壤和基質混合而成的營養土，單株苗塊重量在100 g左右，現有苗盤容積為126塊，整盤基質塊苗總重為13 kg左右，為保證較好的育苗質量和移栽效果，基質塊苗盤需平行搬運以保證苗塊直立狀態，而國內當下實際從事農田勞作者多數為50歲以上的中老年人，在苗盤搬運過程中較為吃力。

2) 苗塊之間無隔擋，移栽取苗有連滯。與缽苗穴盤不同，基質塊育苗盤內部無隔擋，呈平盤狀，苗塊壓縮成型以后以獨立個體的狀態放入苗盤，育苗期內由于不定期澆水，塊體之間易出現粘連，且根系發達的秧苗還會出現串根現象，導致移栽時取苗困難、分苗不暢，甚至出現苗塊破損的現象。

3) 自動取苗技術待突破，自動化程度待提高。現有基質苗移栽機多為半自動，取苗方式仍依賴人工，借助取苗鏟一次多塊取出，雖然較半自動穴盤苗移栽機的單株拔取方式效率略有提升，但仍需要多名人工輔助作業，省力不省工現象仍然存在，機器自動化程度有待提高。

4.2 建議

1) 優化育苗基質塊理化參數，減輕基質塊重量。以育苗質量和基質塊成型質量為考核標準，繼續研究基質配方、營養成分、緊實度等因素對基質塊苗的影響關系，探索體小質輕、整體軟硬適中、適合機械化移栽的育苗基質塊參數，形成一套標準的農藝規范進行復制推廣。

2) 改進基質塊育苗盤結構，減少串根避免取苗連滯。參考缽苗穴盤結構特征，對基質塊苗盤內部進行改進，增設小傾角對稱隔板，使苗塊之間形成空隙，隔板高度設置為苗塊尺寸的1/3左右，促進苗塊透氣盤根，增強基質塊團結性，適應機械化取苗移栽。

3) 攻克基質塊苗自動取苗技術壁壘，實現自動化移栽。利用苗塊的站立穩定性，基于整排取苗、輸送帶送苗、間隔分苗的思路，研究針刺式或夾取式取苗機構和自動分苗機構，開發基質塊苗自動移栽機，解決自動取苗的難題，實現自動化移栽。