设施园艺种苗生产装备系统

张跃峰，杨艳丽，初 麒,，辜 松

(1.农业部规划设计研究院 设施农业研究所，北京 100125；2.广州实凯机电科技有限公司，广州 510640；3.华南农业大学 工程学院，广州 510642)

0 引言

种苗培育是设施园艺生产的重中之重，蔬菜、花卉、水果及苗木等都离不开种苗生产环节，该环节具有作业时节集中、作业量大及劳动强度较大等特点。随着近年设施园艺规模化生产的迅猛发展及劳动力成本的不断攀升，传统人工作业种苗生产模式已难以适应高效率、低成本和高品质的生产要求。在农业劳动力不断减少的发展形势下，种苗生产中引入自动生产装备，进行机械化、智能化、精准化高效益生产，已是我国设施园艺种苗生产现代化转型的必然趋势。为此，本文结合种苗生产流程的特点，重点介绍了不同种苗生产模式下装备的特性与特点。

1 种苗生产环节构成

设施园艺种苗生产分有性繁殖与无性繁殖两种途径。有性繁殖即所谓传统的籽播育苗方式，无性繁殖指嫁接育苗、扦插育苗和组培育苗3种现代育苗方式。嫁接育苗是目前蔬菜解决土传病害的主要育苗手段；扦插主要用在苗木生产和花卉生产中；组培育苗是目前广泛应用的一项高科技种苗生产技术，该法依据植物的细胞可以在无菌环境条件下通过培养基培养出一株完整的植物原理，广泛应用在马铃薯、香蕉、蝴蝶兰等蔬菜、水果、花卉和苗木生产中，特点是繁育速度快、品质均一[1-3]。

图1为各种育苗方式的育苗生产流程。由图1可以看出:虽然不同方式有各自独特的作业环节，但是也存在相同的作业环节，如基质处理、栽培灌溉、植保管理、种苗分级、出货补苗和种苗包装作业环节。为解决劳动力成本不断攀升带来效益下降和适应规模化生产的生产率要求，完成设施园艺生产的现代化转型，必然要针对以上各生产环节引进、开发自动化生产装备。

图1 育苗生产作业环节

2 种苗生产常见装备

依据现代自动化生产装备开发的理念，种苗生产设备分为两大类：一种是节点生产设备，该类设备完成图1中各环节点的作业，如基质处理装备、精量播种机、嫁接机和喷淋机等，是传统意义上的生产设备；二是连接各环节作业点的运送种苗生产资材(基质、穴盘、花盆和苗床等)的输送设备，如输送带、搬运车、叉车、天车和苗床输送系统等[1,3]。该类设备在生产中的引入可大大地提高输送作业生产率、降低劳动强度，并使种苗生产带入了物流化、信息化、智能化自动生产模式，实现了设施园艺生产的现代化转型。

2.1 节点生产装备

2.1.1 基质处理

基础处理环节主要包括基质混合与基质穴盘填充两项作业内容。前者是将泥炭或椰糠与珍珠岩等添加物料进行混合，后者是将混合好的基质填入穴盘内。以上作业是所有种苗生产方式都需要的环节，该部分作业的劳动强度较大，这方面的作业机具已经较为成熟。

基质混合设备(见图2)主要分为批量混合与在线混合两种类型。批量混合的作业形式是将待混合物料一次批量送入混合机，经过一段设定时间的混合后，达到混合均匀要求，排出物料；在线混合式是将待混合物料通过输送带连续送入混合装置，作业模式为连续进料、连续出料。前者混合生产率较低，为4～6m3/h,适合于中小型企业生产；后者生产率较大，为30～50m3/h，适合大型企业生产[1]。

图2 基质混合设备

穴盘基质填充机(见图3)主要完成将基质自动填入穴盘的填充作业，根据作业量大小分为大型和小型两种机型。大型基质填充机一般与图2(c)中的基质在线混合生产线联合集成使用，国内几乎没有实际应实例，目前在北美大型设施园艺企业的种苗生产中应用较多[4]。

2.1.2 精量播种机

播种设备在设施园艺生产中是国内外普及率最高的生产机械，在我国种苗生产中也是最先引入的自动生产设备。图4所示为荷兰Visser公司与意大利Mosa公司的精量播种生产线，其在国内有一定的销售量。该生产线可以完成对穴盘基质填充、单穴单粒的精量播种、种穴覆土和淋水作业；但是精量播种机对种子的处理质量要求较高，如果种子出芽率不高，精量播种将造成出苗率不高的问题。

图3 穴盘基质填充机

图4 穴盘精量播种生产线

2.1.3 种苗嫁接用装置

自1992年日本Iseki公司推出第1款商品嫁接机后，多国相继开展研究，中国农业大学于1998年也推出自动嫁接机。但是，市场上常见的半自动嫁接(见图5)由于性价比不高，在实际生产中的推广应用并不理想。主要原因是：该类嫁接机操作人均生产率仅为300～350株/h，完成嫁接的嫁接苗还需消耗人工再回栽到穴盘中，价格高达6万～10万元，国外进口的半自动嫁接机价格更是高达25万～30万元。针对以上问题，嫁接装置的开发出现两个方向：一是开发高速可自动回栽至穴盘的嫁接机，提高操作人员单人生产率，减少嫁接苗穴盘回栽环节。图6(a)为荷兰Flier公司开发的高速嫁接机，单人生产率可达900株/h左右；图6(b)为华南农业大学开发的高速嫁接，单人生产率也达到了800～1 000株/h[5]。以上两种嫁接机均适用于番茄嫁接。另一方面是开发简易嫁接装置，如图7所示为嫁接生产线和嫁接切削器。前者通过生产输送线为嫁接作业人员提供嫁接所需要的资材，如输入嫁接用苗和输出嫁接苗；后者是利用切削器可提高切削角度一致性，保证嫁接质量[6]。二者的目的都是以较少的投资、简易的方法，提高人工嫁接作业的综合生产率。

图8为嫁接苗愈合装置。其作用是为嫁接苗提供温度、湿度及光照，根据愈合期间的环境要求创造人工环境，保证嫁接苗的成活率，国内也有将其与催芽室共用的生产例。

图5 半自动嫁接机

图6 高速型嫁接机

图7 简易嫁接装置

图8 嫁接苗愈合装置

2.1.4 灌溉设备

灌溉设备主要为种苗提供水分和养分，设施园艺灌溉装置常用形式主要为喷淋装置。其既可提供水分营养，还可作为植保设备，进行病虫害防治，如图9所示。悬挂行走式喷淋装置的移动轨道固定在温室的桁架上，采用这种喷淋装置对温室结构强度要求高，地面行走式则对温室结构强度没有要求，适合在已建温室内使用。近年来，潮汐灌溉作为一种新技术在设施园艺生产中得到应用，分为地面式和苗床式。前者用于栽培面积较大的情况，水肥一体化设备较为复杂，投资高；后者由于以苗床为灌溉单元，对于不同栽培面积都可适用，小规模时采用简易水肥混合装置[见图10(a)]，大规模时则需要采用较为复杂的多通道水肥混合装置[见图10(b)][7]。

图9 温室移动式喷淋装置

图10 水肥一体化装置

2.1.5 补苗设备

种苗销售给种植户，要求种苗达到100%的合格率，否则将影响销售价格。因此，需要对培育完待出售种苗进行分级和不合格种苗剔除及种苗补齐作业。对于种苗规模化生产，分级、剔除和补苗作业量大，对生产率要求高，需要采用机械化作业才能满足生产实际需求。

图11为荷兰Flier公司的剔苗机。该机完成对穴盘内坏苗剔除作业，利用机器视觉识别好、坏苗，通过气力剔除装置将坏苗剔除出穴盘，剔除作业生产率可达600盘/h。图12为荷兰Flier公司的补苗机，利用机器视觉识别穴盘内的缺苗位，通过5个移栽机械手补齐缺苗位，补苗作业生产率可达6 000穴/h[1]。另外，荷兰Visser公司也有大型穴盘苗分级补苗装备，但是装备系统价格高达200万元人民币以上，一般用户难以接受。

图11 荷兰Flier穴盘剔苗机

图12 荷兰Flier穴盘补苗机

2.2 物流输送装备

2.2.1 输送带

输送带是温室中最常见的输送设备，在基质填充机、播种生产线和嫁接生产线上都有应用，但多属于短距离设备内部使用。作为物流输送的输送带，需要在作业车间内连接基质处理、播种线、嫁接等作业设备，来输送穴盘，甚至是长达百米连接种苗栽培温室

与基质处理和播种等作业的车间[见图13(a)]。作为物流输送的输送带，不仅是直线输送，还经常根据作业流程需要小进行90°转弯[见图13(b)、(c)]或是180°转弯。

2.2.2 苗床及苗床输送装备

移动苗床搬运是一种高效输送方式，此物流输送技术由荷兰首创，苗床尺寸一般为1.6m宽、4.5m长，一个苗床可以盛放大量的种苗穴盘[见图14(a)所示]。与目前温室内传统苗床相比，移动苗床通过输送轨道由作业车间将播种后穴盘送至温室栽培区，或是由温室栽培区将穴盘送回作业车间进行种苗出售前处理作业，苗床输送可自动搬运[见图14(b)]或靠人力推送[见图14(c)]。移动苗床的优势是可以批量快速搬运大量的穴盘，即使人力推送，劳动强度也不大。

图13 输送带物流输送

图14 移动苗床物流输送

2.2.3 穴盘跳移输送装备

对于大规模种苗生产企业，穴盘苗的输送量非常大。在穴盘自动输送过程中，不仅需要输送带和移动苗床的自动输送设备，还需要穴盘跳移输送装备实现穴盘种苗在输送带与移动苗床之间的自动跳移输送。图15为荷兰TTA公司的两种穴盘跳移输送机，完成种苗由输送带进入移动苗床和由移动苗床进入输送带的不同输送方式之间的跳移搬运作业。

图15 荷兰TTA公司的穴盘跳移机

3 结语

随着设施园艺生产规模的不断扩大和劳动力成本的持续升高，我国设施园艺种苗生产面临劳动力短缺、劳动成本逐年提高、自动化生产水平低下和作业生产率不高等问题。为提高生产率、降低劳动强度和减少生产成本，应借鉴欧洲设施园艺自动化生产的发展经验，在构建设施农业装备生产系统、促进设施农业生产模式转变方面，综合考虑装备性价比，结合中国蔬菜种苗生产特点，努力提高生产自动化水平。针对蔬菜种苗生产中作业量大、劳动强度大的生产物料搬运环节，采取多种途径，合理协调节点生产装备与物流输送装备的关系，构建物流化生产系统，提高种苗生产的总体生产效率，降低劳动强度，有效降低生产成本，实现了高效、省力、自动化生产，促进我国设施园艺生产模式的现代化转型。