姚彤寶+蔡峰+姜飛

引言

工廠化蔬菜育苗是一種將篩選出的合格作物種子放置于人工創(chuàng)造的適宜生長環(huán)境中進行育苗的先進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。與傳統(tǒng)蔬菜育苗相比，工廠化蔬菜育苗具有用種量少、節(jié)能、省工、省力、效率高、成本低、病蟲害輕、苗壯、成功率高、適于機械化操作和規(guī)范化管理等優(yōu)點。隨著蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和社會化分工協(xié)作的細化，工廠化蔬菜育苗逐漸從蔬菜產(chǎn)業(yè)鏈條中分離成為一個獨立的產(chǎn)業(yè)節(jié)點技術(shù)[1-3]。

1981年，中國成立了工廠化蔬菜育苗工作組，開始正式引進國外先進的工廠化蔬菜育苗技術(shù)，但該技術(shù)的推廣與普及相對滯后。20世紀90年代中后期，山東、上海、廣東等省市區(qū)的工廠化蔬菜育苗逐漸初具規(guī)模，工廠化蔬菜育苗技術(shù)才得以快速應用和發(fā)展[4]。

目前，中國工廠化蔬菜育苗與美國、荷蘭、日本等發(fā)達國家相比還有很大提升空間，主要是由于育苗設備技術(shù)單一、系統(tǒng)集成度低，難于實現(xiàn)全自動工廠化蔬菜育苗，從而使生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)能力受限。因此，工廠化蔬菜育苗系統(tǒng)的集成與技術(shù)示范十分必要。

工廠化蔬菜育苗系統(tǒng)集成

工廠化蔬菜育苗系統(tǒng)集成（圖1）主要是指綜合利用各項育苗設備設施以及相關(guān)技術(shù)實現(xiàn)全自動化、機械化的育苗目的。從工廠化蔬菜育苗的功能單元來分，可將育苗劃分為播種生產(chǎn)單元、催芽+育苗+嫁接單元、物流傳輸單元以及水肥灌溉及環(huán)境控制單元。

工廠化蔬菜育苗應用的主要設備設施包括基質(zhì)破碎機（攪拌機）、穴盤堆垛（解垛）機、填土機、播種機、蛭石覆蓋及澆水物流輸送帶（輥道）、催芽室、育苗室、嫁接機（嫁接生產(chǎn)線）、穴盤跳移機、移栽機、水肥一體化灌溉系統(tǒng)和溫濕度光調(diào)控設備等。其中，播種生產(chǎn)單元的主要設備包括基質(zhì)破碎機（攪拌機）、穴盤堆垛（解垛）機、填土機、播種機等，這些設備將直接服務于播種的生產(chǎn)環(huán)節(jié)；催芽+育苗+嫁接單元則主要指催芽室、育苗室、愈合室、嫁接機（嫁接生產(chǎn)線）和輔助苗床等；物流傳輸單元主要包括自動化運輸系統(tǒng)、傳送相關(guān)物料的AGV運輸車、傳輸帶和輔助生產(chǎn)的穴盤跳移機、穴盤清洗機及移栽機等；水肥灌溉及環(huán)境控制單元則主要包括水肥一體化灌溉系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)及苗期病蟲害防治技術(shù)等。

播種生產(chǎn)單元

播種機是播種生產(chǎn)單元的核心設備，其配套裝備包括填土機、播種機等，在此平臺上加載集成基質(zhì)破碎、攪拌及穴盤輸送設備可以實現(xiàn)播種的流水作業(yè)。國外的相關(guān)設備研究起步早，技術(shù)裝備較為成熟，如英國Hamilton公司的Natural系列精密播種機，意大利MOSA的滾筒式播種生產(chǎn)線、DAROS公司的播種生產(chǎn)線，美國Blackmore公司的滾筒式播種機，荷蘭VISSER公司的全自動穴盤育苗精密播種機等在國際市場上的占有率很高。21世紀初，農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設計研究院聯(lián)合中國農(nóng)業(yè)大學開發(fā)了國內(nèi)首臺精量播種機，但由于使用條件受限，沒有得到應用推廣[5]。近年來，北京華農(nóng)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)有限公司、北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心、浙江大學、臺州一鳴機械設備有限公司等多家單位先后研發(fā)了不同型式的播種機，但與國外同類產(chǎn)品相比，設備播種精度及穩(wěn)定性仍與國外存在一定差距。

機械播種機是穴盤苗生產(chǎn)的關(guān)鍵設備，機械播種機一般有4種類型：①真空模板式；②真空支管式（噴嘴或針閥）；③滾筒式；④電子眼式。其中模板式播種是通過播種板上與穴盤穴孔對應分布的吸孔，負壓吸附種粒，實現(xiàn)單次整盤播種，雖然其作業(yè)效率高，但該設備要求種粒具有較高的一致性，而且漏播情況較為嚴重。電子眼式播種機主要用于機器播種后針對漏播進行補播，其成本高，目前只有個別廠家按客戶訂單要求供貨。

真空模板式播種機（圖2）的播種方式為整盤播種，播種前需根據(jù)穴盤選擇相應的播種模板，播種精度較高，并配有可調(diào)的真空馬達和瞬間振動器，用正壓氣流來清洗模板。該播種機的缺點是需人工操控，不能實現(xiàn)自動化。

針式全自動精密播種機（圖3）通過配置不同型號的針頭及壓力即可實現(xiàn)對不同形狀、不同尺寸種子的播種作業(yè)。工作時，通過氣缸推動排種器進行往復運動來實現(xiàn)種子的吸、排動作。該播種機的工作原理是真空泵提供負壓時中，通過空針頭吸種，真空泵提供正壓時中空針頭排種。該機通過可編程控制器（PLC）實現(xiàn)傳輸速度、播種速度及播種數(shù)量的邏輯控制。該播種機的優(yōu)點是播種精度高、播種數(shù)量和速度可調(diào)、生產(chǎn)效率高、通用性強。

滾筒式全自動精密播種機（圖4）利用帶小孔的滾筒通過正負壓來實現(xiàn)種子的投放與吸附。滾筒的真空氣室利用負壓將種子吸附于滾筒的小孔上，多余的種子則由刮板清理落入種子接收盤，當氣室為正壓時將種子投入穴盤。該播種機滾筒的啟停由光電傳感器控制，并可通過PLC控制程序?qū)崿F(xiàn)與其他設備的聯(lián)動配合。滾筒式播種機的優(yōu)點是播種速度快、生產(chǎn)效率高，適合規(guī)模化育苗。

基質(zhì)破碎提升機（圖5）用于將壓縮型專業(yè)種植基質(zhì)破碎，然后放入裝盆機或穴盤填土機的料倉內(nèi)?；|(zhì)破碎提升機工作原理是通過鏈條帶動刮板與擋板之間的重復剪切、撞擊，通過物理方式將基質(zhì)破碎、提升。

基質(zhì)攪拌機（圖6）是將種植土中混合的各種配料（草炭或椰糠、珍珠巖、蛭石等）攪拌均勻?；|(zhì)攪拌機工作原理與基質(zhì)破碎提升機類似，不同之處在于達到預先設定的攪拌混合時間后基質(zhì)攪拌機可將基質(zhì)提升至后續(xù)料倉。

全自動滾筒播種生產(chǎn)線（圖7）由穴盤填土機、滾筒式播種機、蛭石覆蓋、澆水機、穴盤堆垛機等組成。主要工作流程為穴盤解垛機將穴盤逐個解垛后傳送至填土機填土，隨后播種機播種，而后完成蛭石覆蓋和澆水，最后轉(zhuǎn)入催芽室。

催芽+育苗+嫁接單元

在催芽室或催芽溫棚內(nèi)，根據(jù)所播種子不同，一般穩(wěn)定控制在該批種子適宜催芽溫度上下2℃之間，空氣濕度保持在85%～90%，當出苗率達到了60%左右時，將苗盤轉(zhuǎn)至育苗室。需要時可以實現(xiàn)催芽室內(nèi)部小環(huán)境的調(diào)控和改善，從而滿足不同種子催芽溫濕度的調(diào)節(jié)（圖8）。

催芽室可以通過硬件與軟件設施的科學配置實現(xiàn)對室內(nèi)環(huán)境溫濕度、氣流等因子的控制，創(chuàng)造理想的催芽環(huán)境，從而讓種子快速健康發(fā)芽，實現(xiàn)批量生產(chǎn)。其標準配置主要包括聚氨酯板暗室、熱泵/水冷空調(diào)機組、風機盤管、噴霧加濕、補光照明、環(huán)境監(jiān)測與自動控制系統(tǒng)等。

另外，為解決溫室蔬菜生產(chǎn)中連作造成的土壤環(huán)境惡化、病蟲害加重、產(chǎn)量降低、品質(zhì)下降等問題，越來越多的種植戶選擇種植嫁接苗。以抗土傳病害品種、高抗免疫野生種或同科異種為砧木，與高品質(zhì)、高產(chǎn)量的栽培品種嫁接后的嫁接苗的防病效果很好。但嫁接是耗費大量勞動力的工作，國內(nèi)外都在嘗試實現(xiàn)嫁接機械化或自動化。中國嫁接機的研究主要局限在高校和研究院所，例如提高工效的嫁接生產(chǎn)線（圖9），有的產(chǎn)品也已經(jīng)上市了。但目前國內(nèi)外單臺嫁接機的工作效率僅相當于1～2名熟練嫁接工（300株/h），其嫁接效果還有待提高。為提高嫁接成活率，愈合室需控制好室內(nèi)的溫濕度和光照，促使砧木、接穗雙方組織的愈合，通過刺激細胞內(nèi)原生質(zhì)活性加強，使形成層和薄壁細胞旺盛分裂，從而形成愈傷組織。

同時，為提高幼苗對環(huán)境的適應能力和抗逆性，縮短種苗的緩苗期，種苗在輸出（出售或轉(zhuǎn)入生產(chǎn)）前需進行煉苗。根據(jù)實際情況，個別育苗期較長的種苗還需分苗。其中歐美等發(fā)達國家注重實施與改進蔬菜育苗、整地、移栽各環(huán)節(jié)的技術(shù)配套，已基本實現(xiàn)了蔬菜機械化移栽，目前正在向高速化、自動化方向發(fā)展。全自動移栽機代表機型有荷蘭TTA公司的移植機XT600N系列移栽機、意大利FERRARI公司的Futura系列全自動移栽機、英國的Pearson全自動移栽機等。國內(nèi)雖有多家單位研制了移栽機，但其作業(yè)效率提升并不明顯。

物流傳輸單元

從某種意義上，工廠化的實質(zhì)是各個作業(yè)環(huán)節(jié)的流程化、系統(tǒng)化，從而便于實現(xiàn)規(guī)?；?。通過電動軌道運行車、多層運輸推車或者AGV運輸車、皮帶傳輸?shù)裙?jié)點設備的連接實現(xiàn)育苗各作業(yè)節(jié)點的有序銜接；通過溫室集中處理與控制系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)。

水肥灌溉及環(huán)境控制單元

育苗期的水肥灌溉量不大，但精度要求高。育苗期水肥灌溉的形式多為潮汐式或噴霧式，隨著工廠化蔬菜育苗技術(shù)的成熟，更多的種植戶選用潮汐苗床式灌溉。潮汐灌溉的基本過程是通過灌溉施肥設備向種植槽內(nèi)注入肥水到一定高度后，通過快速閥或虹吸閥等設備將肥水自動回落瀉流到排水池，經(jīng)消毒處理后再經(jīng)灌溉施肥設備進行循環(huán)使用，從而達到澆水、施肥的目的。其優(yōu)點在于能提高肥水利用率，減低環(huán)境污染和成本，并有利于促進作物生長和品質(zhì)提升。

溫室是育苗車間或工廠的主體結(jié)構(gòu)，其本身就是育苗環(huán)境控制的重要載體。廣義溫室環(huán)控系統(tǒng)包括內(nèi)外遮陽-保溫、濕簾-風機、開窗、加溫除濕、補光和環(huán)控監(jiān)測及控制系統(tǒng)等。其主旨是根據(jù)植物生長需要，合理調(diào)控溫室內(nèi)的溫、光、濕、氣等環(huán)境條件，保證植物生長在適宜的環(huán)境下。而且溫室種植者還能通過載入水肥控制系統(tǒng)，實現(xiàn)植物生長水肥的調(diào)節(jié)（圖10）。

工廠化蔬菜育苗系統(tǒng)集成案例簡介

國內(nèi)工廠化蔬菜育苗瓜果、蔬菜領(lǐng)先的企業(yè)有濟南偉麗種業(yè)有限公司和山東安信種苗股份有限公司等。其中，濟南偉麗曾被授予全國蔬菜集約化育苗技術(shù)集成與推廣模式創(chuàng)新示范基地等榮譽稱號，公司具備年產(chǎn)嫁接苗6000萬株的能力，目前具有的工廠化蔬菜育苗系統(tǒng)包括自動化播種流水線、超大面積智能化育苗連棟溫室、潮汐式育苗床、嫁接流水線、育苗大棚和中控物聯(lián)網(wǎng)等。

結(jié)論與展望

蔬菜生產(chǎn)的標準化、規(guī)?；厔輰ΨN苗產(chǎn)業(yè)提出了更高的要求，隨著勞動力成本的不斷攀升，災害性天氣頻發(fā)，病蟲害的防控壓力等，這些新出現(xiàn)的問題都是傳統(tǒng)的蔬菜育苗企業(yè)無法承擔的[6]。種苗良種化、育苗工廠化、供苗商品化、種苗標準化是當今育苗產(chǎn)業(yè)發(fā)展的內(nèi)在需求。功能完備的蔬菜工廠化育苗廠應包括播種車間、催芽室、育苗溫室、嫁接車間等。目前，工廠化蔬菜育苗系統(tǒng)集成將呈現(xiàn)出以下特點：

（1）技術(shù)體系逐步完善，相關(guān)標準、規(guī)程相繼出臺。關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)的標準和技術(shù)規(guī)程是培育壯苗的保障，如基質(zhì)配制標準、種苗質(zhì)量標準，種苗出廠質(zhì)量標準以及育苗技術(shù)，嫁接技術(shù)等規(guī)程將陸續(xù)出臺。

（2）系統(tǒng)集成將更集約化，管理也將更趨于智能化。利用現(xiàn)代信息技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)種苗的智能化管理，種植者拿起手機等移動客戶端就可實時了解育苗溫室的溫度、濕度、光照、CO2濃度等情況，并及時調(diào)控相關(guān)參數(shù)，從而降低人工成本，并提高壯苗率。

（3）服務趨于多樣化。工廠化蔬菜育苗系統(tǒng)集成在提高企業(yè)投入產(chǎn)出比的同時，也將更大程度的釋放種苗企業(yè)的活力。種苗企業(yè)將由單純的種苗供應商向種植方案提供商轉(zhuǎn)變，漸變成為新品種、新技術(shù)的輻射源，信息發(fā)布中心，標準制定中心以及農(nóng)資供應中心。

未來工廠化蔬菜育苗的發(fā)展將以農(nóng)機與農(nóng)藝、機械化與自動化、機械化與信息化適度融合為路徑，在保證育苗能力最大化、成本投資最小化、時空布局合理化的同時，促使設備、工藝和技術(shù)協(xié)調(diào)發(fā)展，推動工廠化蔬菜育苗水平向數(shù)量、質(zhì)量、效益并重的方向進行轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)工廠化蔬菜育苗產(chǎn)業(yè)的全面、高質(zhì)、高效發(fā)展。

參考文獻

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[2] 郝金魁，張西群，齊新，等.工廠化育苗技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展對策[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學，2016，40（1）：349-351.

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[4] 袁華玲，張金云，張學義，等.蔬菜穴盤工廠化育苗技術(shù)及發(fā)展策略[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2003，31（6）：977-979.

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[6] 李勝利，孫治強.河南省蔬菜工廠化育苗產(chǎn)業(yè)提升淺析[J].中國瓜菜，2016，29（3）：36-38.

*項目支持：“十二五”科技支撐計劃資助項目“設施節(jié)能與綠色能源利用裝備研制與產(chǎn)業(yè)化示范”（2014BAD08B02）。

作者簡介：姚彤寶（1980-），男，博士，從事設施園藝裝備及溫室環(huán)控設備開發(fā)工作。