武汉地区小粒径蔬菜直播机具研究现状及进展

2017-07-07杜铮万勇舒虹杰张俊峰郭翔

长江蔬菜 2017年11期

杜铮万勇舒虹杰张俊峰郭翔

设施蔬菜机械化

杜铮万勇舒虹杰张俊峰郭翔

导读：随着蔬菜种植规模的不断扩大，实现蔬菜播种的机械化势在必行。研究和推广适合武汉的、融合农艺的蔬菜播种机，对于推进武汉蔬菜生产全程机械化发展进程具有积极作用。为此，介绍了武汉近几年引进国内外蔬菜播种机的现状以及消化、吸收和再创新蔬菜直播机具的研究进展。根据适应性试验情况，针对引进机具整机结构笨重和排种器更换困难，进行轻简化和模块化设计，自主研制的系列蔬菜播种机械农艺适应强、使用经济性高，能满足武汉市不同蔬菜播种要求，有效减轻农民的劳动强度、节约生产成本、改善生产条件，促进农民增产增收。

特约栏目主持：万勇

高级工程师，武汉市农科院农业机械化科学研究所副所长，负责科研、科技管理工作。长期在农业科技推广一线从事新产品开发和高新技术的引进、改进工作。参与“7万亩建设”相关技术规范的起草与制定；主持、完成《七万亩设施蔬菜技术集成示范推广》（农机部分）；长期从事“温室内环境智能控制系统”、“现代设施条件下水肥耦合与配方施放技术”的研究；致力于小型设施蔬菜机具开发，拥有专利5项。

武汉市2012年全市蔬菜种植面积16.31万hm2，蔬菜总产量661.62万t。2013年，全市新建4 669 hm2设施蔬菜基地，主要种植薯尖、大白菜、结球甘蓝、菠菜等叶菜类蔬菜，年生产能力达5亿kg，日可供应1 370 t蔬菜。截至2015年，全市蔬菜总产量742.30万t，产值221.45亿元，占农业总产值比重达35.7%，稳居农业第一大支柱产业地位。2015年全市蔬菜播种面积17.407万hm2，综合考虑武汉市蔬菜生产机械化水平约在25%，高于同期全国蔬菜生产机械化水平[1]。但是，仍有大部分农户使用传统撒种方式，生产效率低，后期间苗、种子等生产成本高，增加了保障蔬菜供应数量和质量安全、稳定蔬菜价格的难度。因此，要提高土地产出率、劳动生产率以及提升蔬菜产品质量，推进蔬菜播种机械化成为必然选择。

1 蔬菜机械化播种方式

武汉地区蔬菜播种主要包括撒播、条播、穴播和精量直播。撒播即采用人工或机械方式将种子均匀撒于苗床上。穴播又叫点播，条播和穴播技术的核心是确保单位长度或单位面积内播种量的一致性。其排种原理以槽轮式、钉轮式、离心式、气流式等为主，属于传统播种技术。精量直播技术优于条播和穴播技术，对播种要求更为严格，具有省种、后期无需间苗等优点，是机械播种的发展方向。

1.1 撒播

蔬菜撒播机械结构简单，通过旋转叶轮产生的离心力将种子撒出。撒播是一种较粗放的直播方式，用种量较大，密度难以控制，后期管理不方便，产量难以保证。在武汉本地，种植菠菜、小白菜、萝卜等蔬菜往往采用这种方式。而生菜、油麦菜等外形不规则的蔬菜品种先撒播，然后再移栽定苗。对于苜蓿、油菜等一次种植面积大的种子，较多采用机械化撒播的方式，具体方法为将种子与肥料、细砂、炒熟的种子等填充材料混合之后进行人工或机械撒播。中国农业科学院草原研究所研制的撒播式播种机，种箱中的种子由排种器先落在一个球面上，再均匀地撒播在苗床上，可用于苜蓿等牧草种子的撒播[2，3]。这种方法种子浪费较严重，出苗后往往需要间苗、补苗。

1.2 条播

条播即将种子均匀地播成一条，行与行之间保持一定距离均匀播种。条播的作物有一定的行间距，通风和受光均匀，且便于行间松土施肥。条播用种量少于撒播，但单行作物密度相对较大。

具体生产过程中，武汉地区谷物、玉米、花生和马铃薯[4]等粮食作物多采用此方式播种。谷物条播机经多年发展已相对成熟，主要采用外槽轮式和摩擦盘式等类型的排种器。目前，市面上适用于小粒径种子的条播机多是在谷物条播机的基础上改进的[5]。

1.3 穴播

穴播，即按照规定的株距、行距进行播种，每穴内播有多粒种子，是一种比较精确的播种方式。穴播具有条播的优点，用种量较条播相对少些，且穴播由于边际效应的作用，由穴边缘向穴中心呈由大到小的有序状态分布，便于分级选苗，比较适合油菜及一些小粒径的蔬菜品种的播种[6]。

1.4 精播

精播即在规定的株距和行距要求下将每穴所播粒数控制到1粒，是一种更为精确的播种方式。精播可在保证出苗率的同时，将种子用量控制在最小，使田间植株分布均匀、合理密植，甚至不需间苗。

精量直播排种器有机械式和气力式2种。机械式包括垂直圆盘式、垂直窝眼式、锥盘式、水平圆盘式、倾斜圆盘式、带夹式等。机械式精量排种器播种小粒径种子时型孔过小则易造成堵塞和破损，型孔过大难以实现精播的要求。当前的研究重点主要是解决小粒径种子容易造成的型孔堵塞和种子破损两大技术难题[7]。气力式排种器包括气吸式、气压式、气吹式等。气吸式利用负压吸种，完成种子与种群的分离、输种，在投种区切断负压，依靠种子的自身质量或刮种装置对种子的作用完成投种过程。

1.5 小结

目前市场上成熟的小粒径蔬菜播种机，对机械式排种器种子受力与运动规律的研究已经比较成熟，以合格指数、漏播指数、重播指数、破碎率等指标量化排种器排种效果的评价体系趋于完善。对小粒径种子气力式排种技术的研究还有待加强。通过检测手段的升级，高速摄像、数值模拟和计算机仿真分析等技术的应用，研究气力式排种器气流场与排种器、种子的气固耦合机理，明确气流场与排种器结构的相互影响成为可能。机具在设计过程中，考察种子受载、变形及其破损过程和种子的运动规律，以及对气力充种、清种与种子运动情况等进行观察，利于设计出更有效、更轻简化的机具。

2 国内外先进小型蔬菜播种机械

为了突破蔬菜直播播种环节机械化的瓶颈，填补技术空白，武汉市农机科研、推广部门引进了韩国生产的2BS-JT10型精密蔬菜播种机、日本生产的SYV-M500W矢崎电动蔬菜播种机以及国产的DB-S05德易播汽油蔬菜播种机进行适应性试验，取得了较好效果。

2.1 2BS-JT10璟田汽油蔬菜播种机（图1）

图1 璟田2BS-JT10

图2 矢崎SYV-M500W

该系列蔬菜播种机由上海康博实业有限公司从韩国引进，以汽油机为动力，适合直播蔬菜品种。该机型采用窝眼轮方式排种，适用范围广，小白菜、娃娃菜、玉米、黄豆种子都可播种。在播种过程中可按农艺需求调整好株行距，将播种、覆土、压土一次性完成。整机动力2.94 kW，最大同时可播10行，最小株距2.5 cm，播种深度最大 70 mm，工作幅宽830 mm。采用机械播种能保持行距、株距、深度基本一致，作物长势整齐。

2.2 SYV-M500W矢崎电动蔬菜播种机（图2）

该系列蔬菜播种机采用电力驱动，作业轻松。低位排种的设计使得落种更稳定，有利于提高播种精度。采用前轮驱动，便于排种器安装和更换。行距固定为40 mm或者为40 mm的整数倍，最大工作效率约10 005 m2/h。该机型采用一体式排种盒结构，更换排种器较为麻烦。

2.3 DB-S05德易播汽油蔬菜播种机（图3）

该系列播种机由德易播机械发展有限公司设计制造，以汽油机为动力，适合直播蔬菜品种。播种行数5行，行距8～15 cm可调，工作幅宽600 mm。播种轮采用特殊材质制作而成，其特点是防静电不粘连种子，使种子顺利落种，且不易破碎。该机型增加有离合装置，使得前进时播种，后退时不播种，最大程度减少种子的消耗。

图3 德易播汽油蔬菜播种机

3 武汉地区小型蔬菜播种机械研发现状

2013年，武汉市启动了“七万亩”设施蔬菜建设项目，成功引进国内外设施内小型机具10余套。在市委、市政府的高度重视下，武汉市农机鉴定推广站、武汉市农业科学院农业机械化研究所等农机推广科研单位积极作为，多次举办蔬菜生产全程机械化演示培训、现场推介会，大力推广先进适用的蔬菜生产机械。其中，武汉市农业科学院农业机械化研究所依托市财政局、市农委项目资金，设计研发了手推式小粒径蔬菜播种机、悬挂式蔬菜播种机和电动自走式小粒径蔬菜穴播机，申请专利2项（专利号：201410564369.5；201420613857.6）。在2013年、2014年武汉市农业博览会上，该系列产品因其适用性强，受到广泛关注。武汉市农业机械化科学研究所科研人员还不定期开展设施大棚内机具推广演示活动：从2014年起，武汉市农业机械化科学研究所在黄陂锦绣雨台合作社、黄陂石桥村、武汉市蔬菜科学研究所展示中心、新洲神龙和东西湖吉农、江夏武钢源通蔬菜基地、江夏元井山蔬菜专业合作社等地进行设施大棚内机械化播种示范推广工作，着力推动设施内小型机具的普及。此外，华中农业大学工学院联合武汉黄鹤拖拉机制造有限公司对原有油菜精量联合直播机进行了改进设计，推出黄鹤小粒种子播种机。

3.1 2BSR-2人工双行蔬菜播种机（图4）

该机型体积小，质量小，适合在大棚设施内作业。人力推动播种，开沟、播种、覆土、阵压一次完成，适合中、小面积作业。整机重量轻，可在垄上播种，操作简便、转弯灵巧。小粒种子密集性种植效果最佳，使用高强度复合材料制作播种轮磨损小，落种率89%以上。

图4 2BSR-2人工双行蔬菜播种机

该机型采用窝眼轮排种方式，可以根据种子大小自由组装，拆卸增加、减少行数（组数），更换播种轮可播不同类型的种子，适合萝卜、甘蓝、白菜、小白菜、娃娃菜、菜心、油菜等小粒径种子。行距8～15 cm，生产效率2.5 km/h，667～1 334 m2/h。

3.2 2BSX-2悬挂式蔬菜播种机（图5）

图5 2BSX-2悬挂式蔬菜播种机

该机型适合在露天地块上，以拖拉机或者微耕机等为动力牵引工作。整个机器由动力、安装平台和若干个播种机模块组成。用户在使用时，可根据动力源的动力、宽度、行距选择行数自由组合，播种机模块整体安装在平台上，拆卸方便。同时还设计有地面仿形机构，使得每个播种模块可根据土地高低不平自动调节。通过更换播种轮，可进行小粒径种子播种。整机配套不同型号的齿轮，方便调节株距，播种深度可在0～30 mm内自由调节。播种速度快，整机作业速度5 km/h，即2 001～2 668 m2/h，播种准确率在80%以上。

3.3 2BSD-10电动小粒径蔬菜播种机（图6）

该机型整机尺寸小（宽1.2 m、长1.4 m），工作效率高，同时整机采用电池作为动力，环保安全，无污染，适合在设施大棚内进行快速高效的作业。整机安装有10个排种器，可以根据种植行距要求在1～10行间进行调整，行距最小8 cm，播种深度可在0～30 mm。开沟、落种、覆土、阵压一步完成，可以条播，也可以点播。播种过程中，劳动强度小，作业效率较高，整机作业速度3.5 km/h，1 334～2 001 m2/h，播种准确率在86%以上。

3.4 2BFQW-6型气吸式精密播种机（图7）

该机型由华中农业大学研制，武汉黄鹤拖拉机制造有限公司生产，外形尺寸2.3 m×1.6 m×1.1 m，整机配套动力6.3 kW柴油机，工作行数6行，行距10～25 cm可调，主要用于露天地块油菜播种，经过简单改装后也可用于小粒径类球形种子的播种，播种效率2 001～5 336 m2/h。该机型采用气吸式排种器，播种精度高，转弯半径小，适合小地块操作。

图6 2BSD-10电动小粒径蔬菜播种机

图7 黄鹤2BFQW-6型气吸式精密播种机

4 总结

与国外播种机相比，我国播种机结构落后，新技术含量低，外观质量差；整机结构显得笨重，调节不便，作业速度慢，液压技术和电子监控技术应用很少，新材料和新工艺还没得到广泛应用，普遍存在着产品内在质量不高、外观质量粗糙和可靠性差等问题。国外播种机制造成本高，远远超出中国农民的购买能力，不适合大量进口推广。因此，国内播种机的生产企业应该吸取国外的先进技术和经验，提高自己的技术水平和工艺水平，设计和制造出适合中国国情的高性能播种机，尽快缩小我国农业与西方发达国家的差距，这对于保证城市周边地区蔬菜种植、推动农业科技进步、稳定城市蔬菜供应，具有极其重要的作用。