李坦東，李 杰，林蜀云

(貴州省山地農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，貴州 貴陽(yáng) 550000)

0 前言

隨著農(nóng)村勞動(dòng)力銳減和人口老齡化日益加劇，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用工緊缺的問(wèn)題日益突出，傳統(tǒng)的人工栽種模式已不能適應(yīng)蔬菜種植規(guī)?；男枰?。近年來(lái)貴州省深入推進(jìn)農(nóng)村產(chǎn)業(yè)革命，蔬菜種植作為短平快的產(chǎn)業(yè)，成為脫貧攻堅(jiān)的主要產(chǎn)業(yè)，蔬菜種植產(chǎn)業(yè)取得突破發(fā)展，2019年底，貴州省蔬菜(不包含辣椒、食用菌)種植面積1 675.5萬(wàn)畝、產(chǎn)量2 497.8萬(wàn)噸，同比分別增長(zhǎng)8.8%、11.8%[1]，并逐步建立成為南方重要的夏秋蔬菜生產(chǎn)基地、粵港澳大灣區(qū)優(yōu)質(zhì)蔬菜供應(yīng)基地。蔬菜移栽作為蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，移栽機(jī)械化至關(guān)重要。國(guó)際上對(duì)于全自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)研發(fā)和推廣使用已經(jīng)趨于成熟，而國(guó)內(nèi)處于起步階段，因此蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與移栽機(jī)械化水平低的矛盾日益突出。對(duì)國(guó)內(nèi)外全自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，引進(jìn)、推廣和研制適合貴州省地形地貌、土壤結(jié)構(gòu)的機(jī)型，成為解決勞動(dòng)力短缺和突破蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸一種重要手段。

1 國(guó)際上全自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 蔬菜移栽機(jī)發(fā)展概況

蔬菜移栽機(jī)按照自動(dòng)化的程度，分為手動(dòng)、半自動(dòng)和全自動(dòng)移栽機(jī)[2]。歐美和日本是世界上最早研究移栽技術(shù)的國(guó)家，上個(gè)世紀(jì)20年代，就開(kāi)始了移栽技術(shù)的研究；20世紀(jì)30年代出現(xiàn)了手工喂苗移栽機(jī)械，50年代歐洲一些國(guó)家開(kāi)始研制作物壓縮土缽育苗技術(shù)及移栽生產(chǎn)技術(shù)，到了80年代，半自動(dòng)移栽機(jī)已經(jīng)在西方國(guó)家的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，在制缽、育苗和移栽技術(shù)的有機(jī)結(jié)合下，形成了完整的機(jī)械作業(yè)系統(tǒng)[3]。到20世紀(jì)90年代后，科研人員將迅速發(fā)展的自動(dòng)控制技術(shù)和傳感器技術(shù)應(yīng)用到移栽機(jī)械中，使得移栽機(jī)的機(jī)械化、自動(dòng)化程度也越來(lái)越高，全自動(dòng)的移栽機(jī)械融合機(jī)、電、液、氣等一體化控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了蔬菜作物移栽過(guò)程的全自動(dòng)化[4]。以美國(guó)、意大利、加拿大、法國(guó)等為代表的大面積農(nóng)業(yè)種植國(guó)家，其全自動(dòng)移栽機(jī)因地廣人稀原因，以寬幅、高速的大中型農(nóng)機(jī)具為主，采用氣液控制實(shí)現(xiàn)栽植自動(dòng)化作業(yè)，生產(chǎn)制造成本高。而日本屬于小農(nóng)業(yè)，其地塊小、人口密度大，所以生產(chǎn)研制的自動(dòng)移栽機(jī)以輕便、靈活、作業(yè)精巧為主，專(zhuān)用性強(qiáng)，大多運(yùn)用機(jī)械控制方式來(lái)達(dá)到移栽過(guò)程的自動(dòng)化作業(yè)。其移栽技術(shù)主要以單行作業(yè)、精密化、專(zhuān)用性等研究方向?yàn)橹?，?zhuān)用性較強(qiáng)。

1.2 歐美發(fā)展現(xiàn)狀

澳大利亞威廉姆斯公司生產(chǎn)的全自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)，見(jiàn)圖1。栽植寬度可達(dá)到16行，自動(dòng)完成取苗、栽苗等動(dòng)作，自動(dòng)化程度高，只需要單人操作就可以完成蔬菜移栽的過(guò)程，效率高[5]。

圖1 澳大利亞williams全自動(dòng)移栽機(jī)

圖2 意大利Ferrari全自動(dòng)移栽機(jī)

意大利法拉利公司的 Ferrari Futura系列穴盤(pán)苗全自動(dòng)移栽機(jī)，見(jiàn)圖2。該系列移栽機(jī)是采用頂出式的方法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)取苗的，成排喂苗，每列10株；最高移栽速度5 000株/行/小時(shí)；行距為28-112厘米；最小株距25厘米，連續(xù)可調(diào)；最大作業(yè)行數(shù)為6。該機(jī)型的特點(diǎn)是多行作業(yè)、覆膜移栽一體化，在取苗、送苗環(huán)節(jié)作業(yè)效率高，能夠?qū)徝邕M(jìn)行成排高效取送、自動(dòng)化程度高，但必須采用專(zhuān)用的硬質(zhì)育苗穴盤(pán)[6]，且制造成本高，在分苗和栽苗環(huán)節(jié)穩(wěn)定性差，分苗機(jī)構(gòu)堵苗現(xiàn)象嚴(yán)重，從而導(dǎo)致栽苗效果差。

美國(guó)FMC 全自動(dòng)移栽機(jī)，見(jiàn)圖3。采用的是平置苗盤(pán)，采用推桿頂苗，缽苗通過(guò)推桿機(jī)構(gòu)頂出后采用皮帶輸送的方式完成二次投苗[7]。

圖3 美國(guó)FMC全自動(dòng)移栽機(jī)

英國(guó)皮爾遜公司生產(chǎn)的全自動(dòng)移栽機(jī)，見(jiàn)圖4?？梢酝瑫r(shí)取出整行缽苗，多行種植的，種植效率高，作業(yè)速度較快，但是整機(jī)較復(fù)雜且成本高，對(duì)育苗和穴盤(pán)要求較高。

圖4 英國(guó)皮爾遜自動(dòng)移栽機(jī)

1.3 日本全自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

日本以久保田、洋馬、井關(guān)為代表研制的穴盤(pán)苗全自動(dòng)化的移栽機(jī)，以穴盤(pán)育苗為栽植對(duì)象，由移箱、取苗、栽植機(jī)構(gòu)等部件組成，多采用鴨嘴式栽植器，可用于旱地起壟和膜上打穴栽植[4]。

圖5 久保田SKP-100TC-KR蔬菜

久保田SKP-100TC-KR全自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)，見(jiàn)圖5。長(zhǎng)2 150mm，寬1 360mm，高1 130mm，1壟1行種植方式，株距350-900mm，作業(yè)效率0.01-0.167公頃/小時(shí)[8]。其機(jī)型小、效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。

日本洋馬農(nóng)機(jī)乘坐式全自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)PF2R，見(jiàn)圖6。在進(jìn)行兩行作業(yè)時(shí)，由單行回轉(zhuǎn)臂驅(qū)動(dòng)取苗器取苗進(jìn)行插土、夾持、提苗、回轉(zhuǎn)移位、松土落苗等操作，落苗在開(kāi)孔器上方，由鴨嘴式開(kāi)孔器完成深度控制移栽，再由覆土滾輪對(duì)秧苗進(jìn)行培土。整個(gè)過(guò)程操作簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)移栽，移栽后成活率高。移植株距可實(shí)現(xiàn)在260—800毫米之間無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)；移植深度有10檔調(diào)節(jié)，可適應(yīng)多種秧苗移栽；根據(jù)作業(yè)行距、株距、畦距不同，單畝作業(yè)密度可在1 500—4 500株之間進(jìn)行調(diào)整[9]。

圖6 洋馬全自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)PF2R

2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國(guó)內(nèi)蔬菜移栽機(jī)發(fā)展歷程

國(guó)內(nèi)從20世紀(jì)60年代起開(kāi)始學(xué)習(xí)仿造蘇聯(lián)的CP-6及CPH-4型移栽機(jī)，80年代成功研制出了半自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)及從國(guó)外引進(jìn)多種作物的移栽機(jī)械。近年來(lái)由于大量的研究和推廣應(yīng)用，國(guó)內(nèi)蔬菜移栽機(jī)得到快速發(fā)展，但大都以仿制和改進(jìn)國(guó)外的穴盤(pán)苗半自動(dòng)移栽機(jī)型為主，取得較為顯著成果的有山東華龍公司和江蘇富來(lái)威公司。其中華龍公司生產(chǎn)的 2ZBLZ-4A/6A/10A 型系列旱地移栽機(jī)，可同時(shí)進(jìn)行 4、6、8 行移栽作業(yè)，富來(lái)威公司生產(chǎn)的 2ZB-1移栽機(jī)，采用鏈夾式栽植機(jī)構(gòu)，屬于煙草專(zhuān)用型半自動(dòng)移栽機(jī)械，華興2ZY-2雙行自走式移栽機(jī)，眾榮hb-ss20甜菜移栽機(jī)等，這些半自動(dòng)移栽機(jī)在我國(guó)都得到不同程度的推廣，但是仍需要人工輔助來(lái)完成蔬菜移栽作業(yè)，自動(dòng)化水平不夠高。全自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，沒(méi)有成熟的產(chǎn)品上市。

2.2 全自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)研究現(xiàn)狀

我國(guó)對(duì)于全自動(dòng)移栽機(jī)的研究處于起步階段，主要是針對(duì)國(guó)外引進(jìn)機(jī)型進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。江蘇大學(xué)毛罕平教授團(tuán)隊(duì)在引進(jìn)日本全自動(dòng)移栽機(jī)的基礎(chǔ)上，自主研制了相關(guān)穴盤(pán)苗全自動(dòng)移栽機(jī)，設(shè)計(jì)了穴盤(pán)苗全自動(dòng)移栽機(jī)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，提高了喂苗成功率[10]。浙江理工大學(xué)研制了旱地蔬菜缽苗自動(dòng)移栽機(jī)，采用橢圓-不完全非圓齒輪行星系旋轉(zhuǎn)式取苗機(jī)構(gòu)、橫向縱向間歇送苗機(jī)構(gòu)、偏心圓盤(pán)吊杯式栽植器等組成，其作業(yè)效果較好，株距變異系數(shù)、栽深、直立度合格率、漏栽率等滿(mǎn)足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[11]。謝守勇等針對(duì)蔬菜移栽機(jī)取苗機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制特點(diǎn)，研究一種基于單神經(jīng)元PID算法的取苗點(diǎn)定位過(guò)程的控制系統(tǒng)[12]。袁挺等針對(duì)我國(guó)全自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)取苗、投苗機(jī)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種蔬菜移栽機(jī)氣吹振動(dòng)復(fù)合式取苗機(jī)構(gòu)及其配套苗盤(pán)，由送苗裝置、振動(dòng)裝置和氣吹裝置等組成，各部分配合完成自動(dòng)取苗、投苗工作。

3 貴州在全自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)的應(yīng)用前景及建議

由于貴州土地破碎，相當(dāng)多的蔬菜種植地塊存在設(shè)施空間小、不標(biāo)準(zhǔn)，作業(yè)機(jī)械下地難、頭難掉的問(wèn)題，直接影響農(nóng)機(jī)作業(yè)的效率，增加蔬菜種植成本，一直以來(lái)蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展受到機(jī)械化水平低的影響。2019年貴州省將蔬菜列為12大特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展，全省聚焦優(yōu)勢(shì)單品、優(yōu)勢(shì)時(shí)段、優(yōu)勢(shì)區(qū)域，突出規(guī)模化生產(chǎn)，蔬菜產(chǎn)業(yè)取得突破發(fā)展。引進(jìn)廣州江楠集團(tuán)、粵旺集團(tuán)和上海蔬菜集團(tuán)等國(guó)家級(jí)農(nóng)業(yè)龍頭企業(yè)，組建貴州蔬菜集團(tuán)，培育壯大貴陽(yáng)農(nóng)投集團(tuán)、安順綠野芳田等省內(nèi)行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，全省蔬菜產(chǎn)業(yè)省級(jí)龍頭企業(yè)81家，在各地大力推廣“龍頭企業(yè)+合作社+農(nóng)戶(hù)”組織方式的基礎(chǔ)上，為蔬菜大規(guī)模種植奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)由于500畝以上壩區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的建設(shè)，又為貴州省蔬菜移栽創(chuàng)造了良好的環(huán)境，因此全自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)在貴州的應(yīng)用前景廣闊。為了加快全自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)推廣應(yīng)用，貴州應(yīng)該堅(jiān)持農(nóng)藝與農(nóng)機(jī)相結(jié)合，建立互相適應(yīng)的機(jī)制，充分發(fā)揮各自?xún)?yōu)勢(shì)，統(tǒng)一種植行距與株距、統(tǒng)一栽培模式等標(biāo)準(zhǔn)。配置農(nóng)機(jī)盡量以通用為主、專(zhuān)用為輔在土壤耕作、植物保護(hù)、施肥和灌溉等作業(yè)方面與大田作物基本相同，因而大部分機(jī)械可以通用。農(nóng)業(yè)園區(qū)配套農(nóng)機(jī)具要以中型為主，小型為輔根據(jù)田塊大小統(tǒng)一規(guī)劃，因地制宜的引進(jìn)歐美和日本全自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)，合理布局作業(yè)機(jī)具，標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，提高蔬菜移栽效率，體現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的優(yōu)勢(shì)。