杜錚 萬勇 舒虹杰 張俊峰 郭翔

設(shè)施蔬菜機(jī)械化

武漢地區(qū)小粒徑蔬菜直播機(jī)具研究現(xiàn)狀及進(jìn)展

杜錚 萬勇 舒虹杰 張俊峰 郭翔

導(dǎo)讀：隨著蔬菜種植規(guī)模的不斷擴(kuò)大，實(shí)現(xiàn)蔬菜播種的機(jī)械化勢在必行。研究和推廣適合武漢的、融合農(nóng)藝的蔬菜播種機(jī)，對(duì)于推進(jìn)武漢蔬菜生產(chǎn)全程機(jī)械化發(fā)展進(jìn)程具有積極作用。為此，介紹了武漢近幾年引進(jìn)國內(nèi)外蔬菜播種機(jī)的現(xiàn)狀以及消化、吸收和再創(chuàng)新蔬菜直播機(jī)具的研究進(jìn)展。根據(jù)適應(yīng)性試驗(yàn)情況，針對(duì)引進(jìn)機(jī)具整機(jī)結(jié)構(gòu)笨重和排種器更換困難，進(jìn)行輕簡化和模塊化設(shè)計(jì)，自主研制的系列蔬菜播種機(jī)械農(nóng)藝適應(yīng)強(qiáng)、使用經(jīng)濟(jì)性高，能滿足武漢市不同蔬菜播種要求，有效減輕農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約生產(chǎn)成本、改善生產(chǎn)條件，促進(jìn)農(nóng)民增產(chǎn)增收。

特約欄目主持：萬勇

高級(jí)工程師，武漢市農(nóng)科院農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究所副所長，負(fù)責(zé)科研、科技管理工作。長期在農(nóng)業(yè)科技推廣一線從事新產(chǎn)品開發(fā)和高新技術(shù)的引進(jìn)、改進(jìn)工作。參與“7萬畝建設(shè)”相關(guān)技術(shù)規(guī)范的起草與制定；主持、完成 《七萬畝設(shè)施蔬菜技術(shù)集成示范推廣》（農(nóng)機(jī)部分）；長期從事“溫室內(nèi)環(huán)境智能控制系統(tǒng)”、“現(xiàn)代設(shè)施條件下水肥耦合與配方施放技術(shù)”的研究；致力于小型設(shè)施蔬菜機(jī)具開發(fā)，擁有專利5項(xiàng)。

武漢市2012年全市蔬菜種植面積16.31萬hm2，蔬菜總產(chǎn)量661.62萬t。2013年，全市新建4 669 hm2設(shè)施蔬菜基地，主要種植薯尖、大白菜、結(jié)球甘藍(lán)、菠菜等葉菜類蔬菜，年生產(chǎn)能力達(dá)5億kg，日可供應(yīng)1 370 t蔬菜。截至2015年，全市蔬菜總產(chǎn)量742.30萬t，產(chǎn)值221.45億元，占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值比重達(dá)35.7%，穩(wěn)居農(nóng)業(yè)第一大支柱產(chǎn)業(yè)地位。2015年全市蔬菜播種面積17.407萬hm2，綜合考慮武漢市蔬菜生產(chǎn)機(jī)械化水平約在25%，高于同期全國蔬菜生產(chǎn)機(jī)械化水平[1]。但是，仍有大部分農(nóng)戶使用傳統(tǒng)撒種方式，生產(chǎn)效率低，后期間苗、種子等生產(chǎn)成本高，增加了保障蔬菜供應(yīng)數(shù)量和質(zhì)量安全、穩(wěn)定蔬菜價(jià)格的難度。因此，要提高土地產(chǎn)出率、勞動(dòng)生產(chǎn)率以及提升蔬菜產(chǎn)品質(zhì)量，推進(jìn)蔬菜播種機(jī)械化成為必然選擇。

1 蔬菜機(jī)械化播種方式

武漢地區(qū)蔬菜播種主要包括撒播、條播、穴播和精量直播。撒播即采用人工或機(jī)械方式將種子均勻撒于苗床上。穴播又叫點(diǎn)播，條播和穴播技術(shù)的核心是確保單位長度或單位面積內(nèi)播種量的一致性。其排種原理以槽輪式、釘輪式、離心式、氣流式等為主，屬于傳統(tǒng)播種技術(shù)。精量直播技術(shù)優(yōu)于條播和穴播技術(shù)，對(duì)播種要求更為嚴(yán)格，具有省種、后期無需間苗等優(yōu)點(diǎn)，是機(jī)械播種的發(fā)展方向。

1.1 撒播

蔬菜撒播機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，通過旋轉(zhuǎn)葉輪產(chǎn)生的離心力將種子撒出。撒播是一種較粗放的直播方式，用種量較大，密度難以控制，后期管理不方便，產(chǎn)量難以保證。在武漢本地，種植菠菜、小白菜、蘿卜等蔬菜往往采用這種方式。而生菜、油麥菜等外形不規(guī)則的蔬菜品種先撒播，然后再移栽定苗。對(duì)于苜蓿、油菜等一次種植面積大的種子，較多采用機(jī)械化撒播的方式，具體方法為將種子與肥料、細(xì)砂、炒熟的種子等填充材料混合之后進(jìn)行人工或機(jī)械撒播。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所研制的撒播式播種機(jī)，種箱中的種子由排種器先落在一個(gè)球面上，再均勻地撒播在苗床上，可用于苜蓿等牧草種子的撒播[2，3]。這種方法種子浪費(fèi)較嚴(yán)重，出苗后往往需要間苗、補(bǔ)苗。

1.2 條播

條播即將種子均勻地播成一條，行與行之間保持一定距離均勻播種。條播的作物有一定的行間距，通風(fēng)和受光均勻，且便于行間松土施肥。條播用種量少于撒播，但單行作物密度相對(duì)較大。

具體生產(chǎn)過程中，武漢地區(qū)谷物、玉米、花生和馬鈴薯[4]等糧食作物多采用此方式播種。谷物條播機(jī)經(jīng)多年發(fā)展已相對(duì)成熟，主要采用外槽輪式和摩擦盤式等類型的排種器。目前，市面上適用于小粒徑種子的條播機(jī)多是在谷物條播機(jī)的基礎(chǔ)上改進(jìn)的[5]。

1.3 穴播

穴播，即按照規(guī)定的株距、行距進(jìn)行播種，每穴內(nèi)播有多粒種子，是一種比較精確的播種方式。穴播具有條播的優(yōu)點(diǎn)，用種量較條播相對(duì)少些，且穴播由于邊際效應(yīng)的作用，由穴邊緣向穴中心呈由大到小的有序狀態(tài)分布，便于分級(jí)選苗，比較適合油菜及一些小粒徑的蔬菜品種的播種[6]。

1.4 精播

精播即在規(guī)定的株距和行距要求下將每穴所播粒數(shù)控制到1粒，是一種更為精確的播種方式。精播可在保證出苗率的同時(shí)，將種子用量控制在最小，使田間植株分布均勻、合理密植，甚至不需間苗。

精量直播排種器有機(jī)械式和氣力式2種。機(jī)械式包括垂直圓盤式、垂直窩眼式、錐盤式、水平圓盤式、傾斜圓盤式、帶夾式等。機(jī)械式精量排種器播種小粒徑種子時(shí)型孔過小則易造成堵塞和破損，型孔過大難以實(shí)現(xiàn)精播的要求。當(dāng)前的研究重點(diǎn)主要是解決小粒徑種子容易造成的型孔堵塞和種子破損兩大技術(shù)難題[7]。氣力式排種器包括氣吸式、氣壓式、氣吹式等。氣吸式利用負(fù)壓吸種，完成種子與種群的分離、輸種，在投種區(qū)切斷負(fù)壓，依靠種子的自身質(zhì)量或刮種裝置對(duì)種子的作用完成投種過程 。

1.5 小結(jié)

目前市場上成熟的小粒徑蔬菜播種機(jī)，對(duì)機(jī)械式排種器種子受力與運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究已經(jīng)比較成熟，以合格指數(shù)、漏播指數(shù)、重播指數(shù)、破碎率等指標(biāo)量化排種器排種效果的評(píng)價(jià)體系趨于完善。對(duì)小粒徑種子氣力式排種技術(shù)的研究還有待加強(qiáng)。通過檢測手段的升級(jí)，高速攝像、數(shù)值模擬和計(jì)算機(jī)仿真分析等技術(shù)的應(yīng)用，研究氣力式排種器氣流場與排種器、種子的氣固耦合機(jī)理，明確氣流場與排種器結(jié)構(gòu)的相互影響成為可能。機(jī)具在設(shè)計(jì)過程中，考察種子受載、變形及其破損過程和種子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以及對(duì)氣力充種、清種與種子運(yùn)動(dòng)情況等進(jìn)行觀察，利于設(shè)計(jì)出更有效、更輕簡化的機(jī)具。

2 國內(nèi)外先進(jìn)小型蔬菜播種機(jī)械

為了突破蔬菜直播播種環(huán)節(jié)機(jī)械化的瓶頸，填補(bǔ)技術(shù)空白，武漢市農(nóng)機(jī)科研、推廣部門引進(jìn)了韓國生產(chǎn)的2BS-JT10型精密蔬菜播種機(jī)、日本生產(chǎn)的SYV-M500W矢崎電動(dòng)蔬菜播種機(jī)以及國產(chǎn)的DB-S05德易播汽油蔬菜播種機(jī)進(jìn)行適應(yīng)性試驗(yàn)，取得了較好效果。

2.1 2BS-JT10璟田汽油蔬菜播種機(jī)（圖1）

圖1 璟田2BS-JT10

圖2 矢崎SYV-M500W

該系列蔬菜播種機(jī)由上?？挡?shí)業(yè)有限公司從韓國引進(jìn)，以汽油機(jī)為動(dòng)力，適合直播蔬菜品種。該機(jī)型采用窩眼輪方式排種，適用范圍廣，小白菜、娃娃菜、玉米、黃豆種子都可播種。在播種過程中可按農(nóng)藝需求調(diào)整好株行距，將播種、覆土、壓土一次性完成。整機(jī)動(dòng)力2.94 kW，最大同時(shí)可播10行，最小株距2.5 cm，播種深度最大 70 mm，工作幅寬830 mm。采用機(jī)械播種能保持行距、株距、深度基本一致，作物長勢整齊。

2.2 SYV-M500W矢崎電動(dòng)蔬菜播種機(jī)（圖2）

該系列蔬菜播種機(jī)采用電力驅(qū)動(dòng)，作業(yè)輕松。低位排種的設(shè)計(jì)使得落種更穩(wěn)定，有利于提高播種精度。采用前輪驅(qū)動(dòng)，便于排種器安裝和更換。行距固定為40 mm或者為40 mm的整數(shù)倍，最大工作效率約10 005 m2/h。該機(jī)型采用一體式排種盒結(jié)構(gòu)，更換排種器較為麻煩。

2.3 DB-S05德易播汽油蔬菜播種機(jī)（圖3）

該系列播種機(jī)由德易播機(jī)械發(fā)展有限公司設(shè)計(jì)制造，以汽油機(jī)為動(dòng)力，適合直播蔬菜品種。播種行數(shù)5行，行距8～15 cm可調(diào)，工作幅寬600 mm。播種輪采用特殊材質(zhì)制作而成，其特點(diǎn)是防靜電不粘連種子，使種子順利落種，且不易破碎。該機(jī)型增加有離合裝置，使得前進(jìn)時(shí)播種，后退時(shí)不播種，最大程度減少種子的消耗。

圖3 德易播汽油蔬菜播種機(jī)

3 武漢地區(qū)小型蔬菜播種機(jī)械研發(fā)現(xiàn)狀

2013年，武漢市啟動(dòng)了“七萬畝”設(shè)施蔬菜建設(shè)項(xiàng)目，成功引進(jìn)國內(nèi)外設(shè)施內(nèi)小型機(jī)具10余套。在市委、市政府的高度重視下，武漢市農(nóng)機(jī)鑒定推廣站、武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所等農(nóng)機(jī)推廣科研單位積極作為，多次舉辦蔬菜生產(chǎn)全程機(jī)械化演示培訓(xùn)、現(xiàn)場推介會(huì)，大力推廣先進(jìn)適用的蔬菜生產(chǎn)機(jī)械。其中，武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所依托市財(cái)政局、市農(nóng)委項(xiàng)目資金，設(shè)計(jì)研發(fā)了手推式小粒徑蔬菜播種機(jī)、懸掛式蔬菜播種機(jī)和電動(dòng)自走式小粒徑蔬菜穴播機(jī)，申請專利2項(xiàng)（專利號(hào)：201410564369.5；201420613857.6）。在2013年、2014年武漢市農(nóng)業(yè)博覽會(huì)上，該系列產(chǎn)品因其適用性強(qiáng)，受到廣泛關(guān)注。武漢市農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究所科研人員還不定期開展設(shè)施大棚內(nèi)機(jī)具推廣演示活動(dòng)：從2014年起，武漢市農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究所在黃陂錦繡雨臺(tái)合作社、黃陂石橋村、武漢市蔬菜科學(xué)研究所展示中心、新洲神龍和東西湖吉農(nóng)、江夏武鋼源通蔬菜基地、江夏元井山蔬菜專業(yè)合作社等地進(jìn)行設(shè)施大棚內(nèi)機(jī)械化播種示范推廣工作，著力推動(dòng)設(shè)施內(nèi)小型機(jī)具的普及。此外，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院聯(lián)合武漢黃鶴拖拉機(jī)制造有限公司對(duì)原有油菜精量聯(lián)合直播機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，推出黃鶴小粒種子播種機(jī)。

3.1 2BSR-2人工雙行蔬菜播種機(jī)（圖4）

該機(jī)型體積小，質(zhì)量小，適合在大棚設(shè)施內(nèi)作業(yè)。人力推動(dòng)播種，開溝、播種、覆土、陣壓一次完成，適合中、小面積作業(yè)。整機(jī)重量輕，可在壟上播種，操作簡便、轉(zhuǎn)彎靈巧。小粒種子密集性種植效果最佳，使用高強(qiáng)度復(fù)合材料制作播種輪磨損小，落種率89%以上。

圖4 2BSR-2人工雙行蔬菜播種機(jī)

該機(jī)型采用窩眼輪排種方式，可以根據(jù)種子大小自由組裝，拆卸增加、減少行數(shù)（組數(shù)），更換播種輪可播不同類型的種子，適合蘿卜、甘藍(lán)、白菜、小白菜、娃娃菜、菜心、油菜等小粒徑種子。行距8～15 cm，生產(chǎn)效率2.5 km/h，667～1 334 m2/h。

3.2 2BSX-2懸掛式蔬菜播種機(jī)（圖5）

圖5 2BSX-2懸掛式蔬菜播種機(jī)

該機(jī)型適合在露天地塊上，以拖拉機(jī)或者微耕機(jī)等為動(dòng)力牽引工作。整個(gè)機(jī)器由動(dòng)力、安裝平臺(tái)和若干個(gè)播種機(jī)模塊組成。用戶在使用時(shí)，可根據(jù)動(dòng)力源的動(dòng)力、寬度、行距選擇行數(shù)自由組合，播種機(jī)模塊整體安裝在平臺(tái)上，拆卸方便。同時(shí)還設(shè)計(jì)有地面仿形機(jī)構(gòu)，使得每個(gè)播種模塊可根據(jù)土地高低不平自動(dòng)調(diào)節(jié)。通過更換播種輪，可進(jìn)行小粒徑種子播種。整機(jī)配套不同型號(hào)的齒輪，方便調(diào)節(jié)株距，播種深度可在0～30 mm內(nèi)自由調(diào)節(jié)。播種速度快，整機(jī)作業(yè)速度5 km/h，即2 001～2 668 m2/h，播種準(zhǔn)確率在80%以上。

3.3 2BSD-10電動(dòng)小粒徑蔬菜播種機(jī)（圖6）

該機(jī)型整機(jī)尺寸?。▽?.2 m、長1.4 m），工作效率高，同時(shí)整機(jī)采用電池作為動(dòng)力，環(huán)保安全，無污染，適合在設(shè)施大棚內(nèi)進(jìn)行快速高效的作業(yè)。整機(jī)安裝有10個(gè)排種器，可以根據(jù)種植行距要求在1～10行間進(jìn)行調(diào)整，行距最小8 cm，播種深度可在0～30 mm。開溝、落種、覆土、陣壓一步完成，可以條播，也可以點(diǎn)播。播種過程中，勞動(dòng)強(qiáng)度小，作業(yè)效率較高，整機(jī)作業(yè)速度3.5 km/h，1 334～2 001 m2/h，播種準(zhǔn)確率在86%以上。

3.4 2BFQW-6型氣吸式精密播種機(jī)（圖7）

該機(jī)型由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)研制，武漢黃鶴拖拉機(jī)制造有限公司生產(chǎn)，外形尺寸2.3 m×1.6 m×1.1 m，整機(jī)配套動(dòng)力6.3 kW柴油機(jī)，工作行數(shù)6行，行距10～25 cm可調(diào)，主要用于露天地塊油菜播種，經(jīng)過簡單改裝后也可用于小粒徑類球形種子的播種，播種效率2 001～5 336 m2/h。該機(jī)型采用氣吸式排種器，播種精度高，轉(zhuǎn)彎半徑小，適合小地塊操作。

圖6 2BSD-10電動(dòng)小粒徑蔬菜播種機(jī)

圖7 黃鶴2BFQW-6型氣吸式精密播種機(jī)

4 總結(jié)

與國外播種機(jī)相比，我國播種機(jī)結(jié)構(gòu)落后，新技術(shù)含量低，外觀質(zhì)量差；整機(jī)結(jié)構(gòu)顯得笨重，調(diào)節(jié)不便，作業(yè)速度慢，液壓技術(shù)和電子監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用很少，新材料和新工藝還沒得到廣泛應(yīng)用，普遍存在著產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量不高、外觀質(zhì)量粗糙和可靠性差等問題。國外播種機(jī)制造成本高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出中國農(nóng)民的購買能力，不適合大量進(jìn)口推廣。因此，國內(nèi)播種機(jī)的生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該吸取國外的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，提高自己的技術(shù)水平和工藝水平，設(shè)計(jì)和制造出適合中國國情的高性能播種機(jī)，盡快縮小我國農(nóng)業(yè)與西方發(fā)達(dá)國家的差距，這對(duì)于保證城市周邊地區(qū)蔬菜種植、推動(dòng)農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步、穩(wěn)定城市蔬菜供應(yīng)，具有極其重要的作用。

[1]宋承琦，張麗華.武漢市蔬菜生產(chǎn)全程機(jī)械化現(xiàn)狀及發(fā)展建議[J].湖北農(nóng)機(jī)化，2016（6）：34-36.

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武漢市農(nóng)委武漢市財(cái)政局專項(xiàng)資金（武農(nóng)文[2016] 132號(hào)）、武漢市農(nóng)科院創(chuàng)新項(xiàng)目（CX201721、CX201721）

杜錚，武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，430345

萬勇，舒虹杰，張俊峰，郭翔，武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所

2017-03-14