鄭章榮，張佳敏，徐強(qiáng)輝，何紹恒，韓孟紅

（廣州市農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)推廣站，廣東 廣州 510405）

0 引言

蔬菜是我國發(fā)展速度較快的經(jīng)濟(jì)作物之一，種植面積僅次于糧食作物[1]。蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)促進(jìn)鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)振興和農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化具有深遠(yuǎn)意義。近幾年在粵港澳大灣區(qū)“菜籃子”工程的帶動(dòng)下，廣州蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，2020 年廣州統(tǒng)計(jì)年鑒[2]顯示，廣州蔬菜總播種面積達(dá)148 064 hm2，已打造了增城遲菜心、芥藍(lán)、小白菜等特色的蔬菜產(chǎn)業(yè)，其中增城遲菜心更以其優(yōu)質(zhì)出品、暢銷粵港澳大灣區(qū)而聞名遐邇。

近年來，為助力蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展，廣州市農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)推廣站（以下簡(jiǎn)稱廣州市農(nóng)機(jī)推廣站）以示范推廣蔬菜生產(chǎn)全程機(jī)械化技術(shù)為抓手，積極開展蔬菜移栽機(jī)械的試驗(yàn)示范和推廣培訓(xùn)工作，著力推進(jìn)蔬菜移栽機(jī)械在蔬菜生產(chǎn)中的應(yīng)用。本文通過介紹廣州地區(qū)蔬菜機(jī)械化種植主要采用的機(jī)械化移栽技術(shù)及技術(shù)應(yīng)用存在的短板弱項(xiàng)，在開展廣泛試驗(yàn)示范基礎(chǔ)上，對(duì)引進(jìn)的蔬菜移栽機(jī)械進(jìn)行針對(duì)性強(qiáng)的技術(shù)探索與優(yōu)化，提升蔬菜移栽機(jī)械的實(shí)用性和適用性，引導(dǎo)推動(dòng)蔬菜移栽機(jī)械高質(zhì)量發(fā)展，為推進(jìn)鄉(xiāng)村蔬菜產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)農(nóng)機(jī)力量。

1 廣州蔬菜機(jī)械化移栽技術(shù)推廣情況

1.1 蔬菜機(jī)械化規(guī)模種植的前提

廣州地區(qū)雨水充沛、光照充足，能夠滿足蔬菜大規(guī)模種植的氣候條件，但存在土壤板結(jié)、土壤粘性大等問題，土壤耕整成為蔬菜機(jī)械化規(guī)模種植的前提條件。

廣州市農(nóng)機(jī)推廣站在總結(jié)近年來開展蔬菜機(jī)械化移栽試驗(yàn)、示范和推廣基礎(chǔ)上，積極示范蔬菜機(jī)械化耕整地的土壤改良辦法:①有機(jī)涵養(yǎng)法。通過施有機(jī)肥、稻菜輪作、秸稈還田等進(jìn)行土壤改良，有效提高土壤透氣性及有機(jī)質(zhì)含量[3]；②深松晾曬法。用鏵式犁進(jìn)行土壤深松，深翻30 cm，耕深穩(wěn)定性平均大于等于85%，把稻菜殘?jiān)⒔斩捈坝袡C(jī)肥深埋于土壤層，并進(jìn)行晾曬，讓土壤中的各菌類與稻、菜、雜草的秸稈、殘?jiān)瘸浞纸佑|反應(yīng)，促進(jìn)土壤養(yǎng)分的形成，有效降低土壤板結(jié)情況[4]；③反旋式耕整地機(jī)械碎土法。如圖1 所示，運(yùn)用新引進(jìn)的反旋式耕整地機(jī)械進(jìn)行土壤旋耕作業(yè)，能有效提升板結(jié)土壤的破碎率，經(jīng)機(jī)械化耕整地作業(yè)后土壤整體變得細(xì)碎均勻，整體碎土率在90%以上，旋耕后地表平整度小于等于5 cm，為開展機(jī)械化起壟作業(yè)提供優(yōu)良條件。

圖1 反旋耕機(jī)械的碎土試驗(yàn)示范活動(dòng)

良好的起壟作業(yè)能夠更好地滿足后續(xù)蔬菜機(jī)械化移栽、田間管理及收獲等作業(yè)的需要。蔬菜機(jī)械化起壟作業(yè)是在保持壟頂面平整度小于等于2 cm 前提下[5]，所起的壟型由壟頂中間向壟頂兩邊延伸，略帶2～5°小弧度的傾斜角，符合廣州地區(qū)排除多余雨水的農(nóng)藝要求。

1.2 蔬菜機(jī)械化移栽技術(shù)要點(diǎn)。

蔬菜機(jī)械化移栽，是利用蔬菜移栽機(jī)械將育好的蔬菜苗快速有序移栽到土壤中的一種蔬菜機(jī)械化種植方式。目前市場(chǎng)上有許多品牌的蔬菜移栽機(jī)械可供蔬菜種植戶選擇。按自動(dòng)化程度劃分可分為半自動(dòng)和全自動(dòng)兩類，半自動(dòng)需要人工取投苗、全自動(dòng)則無需人工取投苗，按栽植器形狀可分為鏈夾式、鴨嘴式、鉗夾式、導(dǎo)苗管式蔬菜移栽機(jī)械[6]，蔬菜種植戶可根據(jù)蔬菜品種及種植農(nóng)藝要求選擇不同的蔬菜移栽機(jī)械開展機(jī)械化種植。

為更好推進(jìn)蔬菜生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)的推廣普及，解決蔬菜全程機(jī)械化技術(shù)在移栽環(huán)節(jié)上的短板，廣州市農(nóng)機(jī)推廣站近年來先后引進(jìn)了井關(guān)PVHR2-E18移栽機(jī)、鼎鐸2ZB-2A 移栽機(jī)、華龍2ZBLZ-4 履帶式移栽機(jī)、洋馬2ZQ-2 自動(dòng)移栽機(jī)、富來威2ZL 系列移栽機(jī)及禾田2ZS-8A 移栽機(jī)等多種蔬菜移栽機(jī)械。該類型蔬菜移栽機(jī)械主要運(yùn)用了雙曲柄機(jī)構(gòu)或?qū)к壥降倪\(yùn)動(dòng)原理開展蔬菜移栽定植，均能實(shí)現(xiàn)蔬菜的連續(xù)不間斷種植，蔬菜種植效率較高、直立度較好、成活率也較高。

為掌握新引進(jìn)蔬菜移栽機(jī)械的性能，廣州市農(nóng)機(jī)推廣站組織技術(shù)力量開展對(duì)應(yīng)蔬菜移栽機(jī)械的試驗(yàn)示范與推廣工作，如圖2 和圖3 所示，并收集到部分移栽機(jī)械試驗(yàn)示范數(shù)據(jù)如下：①適合2 行種植的有井關(guān)PVHR2-E18 移栽機(jī)、寶雞鼎鐸2ZB-2A 移栽機(jī)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，該類機(jī)型在不換壟情況下只需1 人操作，作業(yè)效率能達(dá)到2 000 株/h 以上；②適合8 行種植的有禾田2ZS-8A 移栽機(jī)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，該類機(jī)型只需2 人同時(shí)操作，作業(yè)效率能達(dá)到6 000 株/h 以上。

圖2 示范推廣井關(guān)PVHR2-E18 蔬菜移栽機(jī)

圖3 示范推廣禾田8 行蔬菜移栽機(jī)

2 對(duì)蔬菜機(jī)械化移栽薄弱環(huán)節(jié)的思考

2.1 蔬菜移栽機(jī)械在廣州地區(qū)的使用情況

隨著工廠化育苗技術(shù)、大棚育苗技術(shù)的日臻成熟，經(jīng)工廠或大棚培育的蔬菜苗較壯實(shí)、根系飽滿，能更好適應(yīng)蔬菜生長(zhǎng)環(huán)境。育好的蔬菜苗經(jīng)機(jī)械化移栽，具有提高幼苗成活率、縮短蔬菜生長(zhǎng)周期，提高土地利用率及蔬菜質(zhì)量和產(chǎn)量等優(yōu)點(diǎn)[7]。因此，蔬菜機(jī)械化移栽正慢慢被國內(nèi)蔬菜種植戶所接受，呈現(xiàn)出積極的發(fā)展勢(shì)頭。

然而，從蔬菜移栽機(jī)械在廣州地區(qū)實(shí)際的應(yīng)用實(shí)踐與試驗(yàn)示范來看，蔬菜移栽機(jī)械化技術(shù)仍存在自動(dòng)化程度較低、耗人工、適應(yīng)多品種蔬菜機(jī)械化移栽需要的通用型蔬菜移栽機(jī)械較少等短板，導(dǎo)致較先進(jìn)的蔬菜機(jī)械化移栽技術(shù)與廣泛應(yīng)用之間存在較長(zhǎng)的適應(yīng)時(shí)間。當(dāng)前，急需發(fā)揮“產(chǎn)學(xué)研推用”深度融合的優(yōu)勢(shì)，盡早解決蔬菜移栽機(jī)械在生產(chǎn)實(shí)踐過程中存在的短板，以推動(dòng)蔬菜機(jī)械化移栽技術(shù)的廣泛應(yīng)用，進(jìn)而降低蔬菜種植戶的勞動(dòng)強(qiáng)度，提升蔬菜產(chǎn)量和質(zhì)量。

2.2 蔬菜移栽機(jī)械存在癥結(jié)的思考

通過總結(jié)蔬菜移栽機(jī)械在廣州地區(qū)實(shí)際的試驗(yàn)示范及應(yīng)用推廣數(shù)據(jù)，得出蔬菜移栽機(jī)械要在廣州廣泛應(yīng)用，除了解決土地集約化程度不高的限制外，還須解決引進(jìn)的蔬菜移栽機(jī)械在實(shí)用性、適用性等方面的問題，需要深入結(jié)合廣州本地蔬菜的種植特色，因地制宜作出探索和改良。其中：①井關(guān)PVHR2-E18、鼎鐸2ZB-2/洋馬2ZQ-2 等移栽機(jī)械能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)不間斷栽插，蔬菜移栽速度較快，卻只能開展2 行移栽，無法進(jìn)行多行移栽，局限了蔬菜機(jī)械化移栽種植的品種，難以適應(yīng)廣州種植規(guī)模較大的增城遲菜心等多種類蔬菜農(nóng)藝需要；②禾田2ZS-8A 蔬菜移栽機(jī)械，能一次性進(jìn)行8 行移栽，較適合廣州增城遲菜心機(jī)械化移栽定植需要，但需要2 名工人進(jìn)行不間斷取苗操作，人工消耗大。另外，以上幾款移栽機(jī)械，除了洋馬2ZQ-2 移栽機(jī)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)取苗，其余均需要人工投苗，不同操作人員投苗的一致性差，容易出現(xiàn)人為因素的漏苗、掉苗現(xiàn)象，存在機(jī)械化大規(guī)模移栽后仍需人工補(bǔ)種的短板。

總之，引進(jìn)的蔬菜移栽機(jī)械存在自動(dòng)化程度較低、對(duì)人工依賴程度較高、種植行數(shù)固定且不夠靈活、未能適應(yīng)廣州進(jìn)行多種類蔬菜機(jī)械化種植的農(nóng)藝要求等技術(shù)短板。需要相關(guān)部門針對(duì)引進(jìn)的蔬菜移栽機(jī)械性能，從農(nóng)機(jī)農(nóng)藝有機(jī)融合方面進(jìn)行綜合性探索，以提升蔬菜移栽機(jī)械的實(shí)用性與適用性。

3 探索和優(yōu)化

結(jié)合蔬菜移栽機(jī)械在實(shí)際應(yīng)用推廣中存在的短板弱項(xiàng)，從提升蔬菜移栽機(jī)械的實(shí)用性和適用性，推動(dòng)蔬菜移栽機(jī)械農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝有機(jī)融合出發(fā)，廣州市農(nóng)機(jī)推廣站組織農(nóng)機(jī)、農(nóng)藝方面的技術(shù)力量就蔬菜移栽機(jī)械化技術(shù)的提升，與科研院所、高校、農(nóng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行了廣泛的交流學(xué)習(xí)，在總結(jié)試驗(yàn)示范推廣經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，采取以下措施，進(jìn)一步探索優(yōu)化蔬菜移栽機(jī)械。

3.1 探索使用自動(dòng)取、投苗設(shè)備代替人工取苗

為解決人工取苗問題，蔬菜移栽機(jī)械探索使用了4 爪型自動(dòng)取苗設(shè)備[8]。該4 爪型自動(dòng)取投苗設(shè)備較成熟，擁有以下4 方面的優(yōu)點(diǎn)：①取苗時(shí)機(jī)械手的4 根伸縮針與育苗盤平面以76°傾角呈倒4 棱臺(tái)方式斜插進(jìn)穴盤抓苗（高仿人工取苗動(dòng)作），投放時(shí)機(jī)械手在液壓驅(qū)動(dòng)下自動(dòng)縮回4 根伸縮針實(shí)現(xiàn)放苗，完成了蔬菜苗的整個(gè)抓取、投放過程；②自動(dòng)取苗設(shè)備的4 根伸縮針直徑只有2.5 mm，夾苗時(shí)機(jī)械手體積小，對(duì)蔬菜葉面、根莖影響小，有效降低了傷苗率；③采用平移方式進(jìn)行取投苗，克服蔬菜苗重力對(duì)取投苗過程的影響，有效降低了掉苗率；④4 爪末端作用力輸出端增加了魚尾紋，以增大夾取時(shí)的摩擦力。

3.2 探索用工廠化生產(chǎn)理念，推動(dòng)蔬菜移栽機(jī)構(gòu)的模塊化

采用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械工廠化生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)[9]，探索蔬菜移栽機(jī)械移栽機(jī)構(gòu)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化。即把移栽機(jī)構(gòu)的鴨嘴式栽插機(jī)構(gòu)、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）及動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成為標(biāo)準(zhǔn)模塊，如圖4 所示，用限位導(dǎo)軌居中穿插鏈接，如圖5 所示。優(yōu)化后，該移栽機(jī)構(gòu)具備以下特點(diǎn)：①模塊化自動(dòng)移栽機(jī)構(gòu)可根據(jù)不同蔬菜種植的農(nóng)藝需求，在限位導(dǎo)軌的作用下進(jìn)行靈活調(diào)整，能輕易實(shí)現(xiàn)種植行數(shù)的增加或減少，以滿足不同壟作蔬菜種植行數(shù)的需要；②模塊化自動(dòng)移栽機(jī)構(gòu)能及時(shí)調(diào)整限位參數(shù)，實(shí)現(xiàn)移栽行距的實(shí)時(shí)調(diào)整。綜上，采用模塊化的自動(dòng)移栽機(jī)構(gòu)，可全面提升蔬菜移栽機(jī)械的實(shí)用性。

圖4 模塊化移栽機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖5 限位導(dǎo)軌模塊

3.3 探索適宜的栽插器清掃裝置

在進(jìn)行蔬菜生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)推廣培訓(xùn)活動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)受廣州地區(qū)土壤板結(jié)嚴(yán)重影響，蔬菜移栽機(jī)械的栽插機(jī)構(gòu)在做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，存在被較大土壤顆?；蛲翂K卡滯的情形。而移栽機(jī)栽插機(jī)構(gòu)做往復(fù)栽插運(yùn)動(dòng)時(shí)一旦發(fā)生卡滯，則易導(dǎo)致漏苗、傷苗、滯苗等現(xiàn)象。

為解決栽插機(jī)構(gòu)卡滯問題，進(jìn)行了優(yōu)化試驗(yàn)，探索通過改變?cè)圆鍣C(jī)構(gòu)控制器凸輪解決栽插機(jī)構(gòu)的卡滯問題。為此，通過深入分析凸輪機(jī)構(gòu)的機(jī)械設(shè)計(jì)原理[10]，并結(jié)合蔬菜移栽定植的農(nóng)藝需要，在滿足凸輪從動(dòng)件合理沖擊前提下，對(duì)凸輪推程運(yùn)動(dòng)角δ0、遠(yuǎn)休止角δs、回程運(yùn)動(dòng)角δ01及近休止角δs1進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈⒄{(diào)，設(shè)計(jì)增加ω角控制下的小凸輪。其設(shè)計(jì)理念是蔬菜栽插機(jī)構(gòu)完成蔬菜栽插作業(yè)后，在離開土壤瞬間、進(jìn)行二次蔬菜栽插前，由ω角控制下的小凸輪做栽插機(jī)構(gòu)的二次回復(fù)，為二次蔬菜人工栽插做準(zhǔn)備。目的是提升機(jī)械化栽插機(jī)構(gòu)適應(yīng)蔬菜人工移栽定植的農(nóng)藝需求，降低蔬菜連續(xù)移栽過程因栽插機(jī)構(gòu)卡滯而發(fā)生的漏苗、傷苗、滯苗情形，提升蔬菜移栽定植的成效。

4 試驗(yàn)示范

為驗(yàn)證比對(duì)各類型蔬菜移栽機(jī)械的工作成效，廣州市農(nóng)機(jī)推廣站在廣州市花都東海菜場(chǎng)開展了多期蔬菜移栽機(jī)械化技術(shù)的試驗(yàn)示范及推廣培訓(xùn)活動(dòng)，集中開展蔬菜工廠化育苗、改良后土壤機(jī)械化耕整地及上?？挡?BS 系列播種機(jī)、井關(guān)PVHR2-E18 移栽機(jī)、鼎鐸2ZB-2A 移栽機(jī)、禾田2ZS-8A 移栽機(jī)及優(yōu)化后蔬菜移栽機(jī)械的作業(yè)演示。通過作業(yè)演示對(duì)相關(guān)移栽機(jī)械的性能進(jìn)行比較（表1），進(jìn)一步驗(yàn)證了探索優(yōu)化的成效。

表1 蔬菜移栽機(jī)械試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總表

由表1 得，優(yōu)化后蔬菜移栽機(jī)械只需單個(gè)工人簡(jiǎn)單操作即可實(shí)現(xiàn)蔬菜的自動(dòng)取投與6 行自動(dòng)化栽植。因處于試驗(yàn)示范階段自動(dòng)取投苗移栽機(jī)仍未發(fā)揮最優(yōu)工作效率，暫時(shí)統(tǒng)計(jì)的作業(yè)效率是大于等于5 000 株/h，但已初步體現(xiàn)了優(yōu)化后蔬菜移栽機(jī)械的優(yōu)越性。

5 發(fā)展愿景

隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械向全程全面高質(zhì)高效發(fā)展，為推動(dòng)蔬菜機(jī)械向高質(zhì)量發(fā)展，下一步將嘗試蔬菜移栽機(jī)械的模塊化發(fā)展。計(jì)劃將蔬菜移栽機(jī)械的動(dòng)力裝備與栽植功能分開，使栽植機(jī)構(gòu)形成標(biāo)準(zhǔn)模塊，進(jìn)一步將栽植機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)模塊與智能駕駛控制技術(shù)結(jié)合，由智能駕駛農(nóng)機(jī)動(dòng)力裝備控制，實(shí)現(xiàn)蔬菜移栽機(jī)械的智能化作業(yè)，推進(jìn)蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展提質(zhì)增效，助力鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)振興。