2ZB-2型吊杯式蔬菜移栽机的适用性研究

郭建业

(北京市农业机械试验鉴定推广站，北京 100079)

0 引言

蔬菜是北京郊区农业中的重点产业，是城乡居民生活必不可少的重要农产品。按照北京市《关于调结构转方式、发展高效节水农业的意见》中“调粮、保菜、做精畜牧水产业”的目标，“十二五”末菜田将增加到4.7万hm2左右，并将稳定菜田面积，保障首都“菜篮子”供应。蔬菜移栽作业是整个生产过程中关键环节之一，由于移栽种植能起到保苗、壮苗作用，提高秧苗的成果率，并且可以提前蔬菜的成熟期，因此约有60%的蔬菜都已采用育苗移栽的方式进行种植[1-6]。

目前，北京市的秧苗移栽绝大部分是通过人工完成，从起垄、铺管、铺膜、打孔、定植到覆土，往往需要三四个人协作，尤其在定植时人要在地里半蹲着操作，半天时间不仅腰酸背痛，而且最多只能栽植2 600株苗左右。这种“面朝黄土背朝天”的作业方式，与如今不断扩大种植规模、劳动力紧缺的现状产生矛盾。一方面，园区追求集约化规模种植，提高蔬菜产量，而人工定植影响栽植质量；另一方面，农业雇工难，这种高强度作业方式降低人们从业的积极性[7-8]。由此阻碍了蔬菜产业的快速发展，急需提高蔬菜作业机械化水平。其中，提高移栽作业机械化水平已成为北京市蔬菜种植业迫切需要解决的问题。

当前蔬菜移栽机主要有链夹式移栽机、导苗管式移栽机和吊杯式移栽机[9-11]。由于地膜覆盖可以提高土壤墒情，滴灌浇水可节约农业用水，因此北京市普遍采用地膜覆盖加滴灌的种植农艺。链夹式移栽机容易伤苗和埋苗[12],导苗管式移栽机只能完成移栽单项作业，不能进行铺膜和加水作业[13]，只有吊杯式移栽机可以实现膜上成穴和栽植、浇水作业的功能[14]；但由于移栽机一次投入成本偏大、农机农艺融合性不高等原因未得到广泛推广及批量生产。因此，本文以2ZB-2型吊杯式蔬菜移栽机为研究对象，分别对影响秧苗移栽直立度合格率的3个主要因素—秧苗高度、移栽深度、移栽速度进行单因素试验，以确定其对秧苗移栽合格率影响程度的大小，并进一步进行了正交试验，以期筛选提高秧苗移栽效果好又满足农艺对移栽质量要求的优化组合条件。同时，对其进行了经济效益分析，为吊杯式蔬菜移栽机的农机农艺融合及推广应用提供理论参考依据。

1 结构与工作原理

2ZB-2型吊杯式蔬菜移栽机主要由机架、投苗筒、栽植装置、驱动地轮、压实轮及铺膜装置等组成，如图1所示。

移栽前，需进行旋耕、起垄，并把滴灌带与地膜架在机子相应位置。作业时，在354D拖拉机的牵引下，滴灌带与地膜会同时卷放在垄上，并将滴灌带铺设在垄中间两侧；工人在设备的座椅上将穴盘苗放入投苗筒中，当投苗筒转到固定盘缺口处时投苗筒底部的活门就会自动打开，筒中的秧苗顺着导苗嘴落到吊杯中；载有秧苗的吊杯做竖向圆周运动，当旋转到最低点时，吊杯尖嘴会刺破地膜扎入土壤中，同时作张开动作，秧苗便落入土壤中；随着移栽机前进，吊杯离开土壤，后面的覆土轮对垄两侧的地膜进行覆土，压实轮对栽植空进行覆土和镇压，从而一次完成铺滴灌带、地膜与移栽作业。

图1 2ZB-2型吊杯式蔬菜移栽机Fig.1 The 2ZB-2 type Dibble-type vegetable transplanting machine

2 试验研究

2.1 材料与试验条件

试验采用2ZB-2型吊杯式蔬菜移栽，在顺义综合试验站进行。栽植作物为“仙克8号”番茄苗，经过72孔穴盘育苗栽培。育苗基质主要成分为草木灰；土壤含水率 15%～18%，最大颗粒28cm；垄高12～15cm，垄底宽100～110cm，垄顶宽80～90cm；栽植株距35cm，行距70cm。

2.2 试验指标

秧苗栽植状态是移栽机栽植性能的一个重要评价指标。秧苗栽植状态的性能指标包括秧苗直立度、埋苗率、露苗率和伤苗率等[14]。本研究主要分析对秧苗栽植状态影响的主要因素，因此确定秧苗直立度合格率为重要评价指标。秧苗直立度是指苗栽植后的直立状态，用秧苗茎杆与地面的夹角α来评价。对于蔬菜，α≤45°为倒伏，45°<α定为合格，70°<α视为优良[15]。直立度合格率G=n1/n×100%。其中，n为投苗总数；n1为合格秧苗数[15]。

2.3 试验安排

重点选取对试验指标影响较大的因素(即秧苗高度、栽植深度及移栽速度)，对移栽秧苗直立度合格率进行单因素试验。各试验因素及其水平如表1所示。

在单因素试验的方差分析基础上，分析各因素对试验指标的影响程度；然后选择因素水平，进行正交试验，以确定因素的主次并优化出最佳方案。

表1 单因素试验因素及其水平Table 1 The factors and levels of single factor test

2.4 单因素试验及其结果与分析

2.4.1 单因素试验方法

1)在秧苗高度为15cm、栽植深度为8cm的条件下，按表1在0.15 ～ 1.20 m/s范围内调整移栽速度，进行秧苗移栽。

2)在秧苗高度为15cm、移栽速度为0.30m/s的条件下，按表1在4～14cm范围内调整栽植深度，进行秧苗移栽。

3)在移栽速度为0.30m/s、栽植深度为8cm的条件下，按表1在6～27cm范围内调整秧苗高度，进行秧苗移栽。

2.4.2 单因素试验结果与分析

1)移栽速度对移栽秧苗直立度合格率的影响。在秧苗高度和栽植深度一定的条件下，随着机组前进速度的提高，得到直立度合格率与机组前进速度间的关系曲线，如图 2 所示。

由图2可知：随着移栽速度的提高，试验指标变化较大。当移栽速度在0.30～0.60 m/s 时，直立度合格率能达到80%以上，这是因为机组的前进速度与土壤的回流速度反向一致，回土总量满足开沟回填要求，秧苗落入土壤后能及时被固定，经过覆土镇压提高秧苗的栽植效果；当移栽速度低于0.30 m/s时，机组速度过低，秧苗易倾倒，直立度合格率不高，在60%左右；当移栽速度在0.60～1.20 m/s 时，随着速度提高，直立度合格率急速下降，低于60%，这是由于前倾现象较多、埋苗率增加导致。

一般农艺要求秧苗直立度合格率应大于 60%[16]，因此该吊杯式移栽的前进速度在0.30～0.60m/s范围内为宜。

图2 机组前进速度与试验指标的关系Fig.2 The relationship between transplanting speed and the straightness rate of the seedlings

2)栽植深度对移栽秧苗直立度合格率的影响。在秧苗高度和移栽速度一定的条件下，改变栽植深度，得到试验指标直立度合格率与试验因素栽植深度间的关系曲线如图 3所示。

图3 栽植深度与试验指标的关系Fig.3 The relationship between planting depth and the straightness rate of the seedlings

由图3可知：随着栽植深度的加大，直立度合格率呈现先增大后减小的趋势。在8～12cm的栽植深度范围内，直立度合格率能达到70%以上，并且变化较为稳定，平均为85%；其他范围内，直立度合格率都快速下降，低于60%。这是因为吊杯栽植时所开沟为V字形，若开沟太浅，秧苗根部的基质坨不能完全落入沟中，很容易被覆土镇压过程中的土流和注水时的水流影响，导致倒伏；若开沟太深，秧苗茎秆大部分会在土沟内，很容易被埋苗。因此，移栽效果并不是随着栽植深度的加大而提高的，该吊杯移栽机的栽植深度以8～12cm为宜。

3)秧苗高度对移栽秧苗直立度合格率的影响。在移栽速度和栽植深度一定的条件下，改变秧苗高度，得到试验指标直立度合格率与试验因素秧苗高度间的关系曲线，如图 4所示。

图4 秧苗高度与试验指标的关系Fig.4 The relationship between the height of seedlings and the straightness rate of the seedlings

由图4可知：随着秧苗高度的加大，直立度合格率也是呈现先增大后减小的趋势。在15cm时，直立度合格率达到最大94%；在12～18cm范围内，试验指标的变化较为稳定，合格率在80%以上；在6～12cm范围内，直立度合格率平均为56%；在18～27cm范围内，直立度合格率平均为46%。这是因为在传动比、投苗筒高度与活门倾斜角度一定的条件下，秧苗高度越低，从投苗筒中下落的速度越快；然而吊杯接苗高度是一定的，就会造成秧苗不能完全落入吊杯中，导致露苗率提高。秧苗高度大，会导致当吊杯从最低点向最高点运动的过程中与已栽的秧苗发生碰撞，此时吊杯正在闭合，就会导致夹苗，损坏已栽的秧苗；同时，秧苗高度增大，顶端质量比底部大，造成立苗角度变小，也易导致倒伏。因此，宜选择12～18cm高度范围内的秧进行移栽。

2.5 正交试验及其结果与分析

为了分辨试验误差和测定各因素水平变化对试验结果有无真正影响及各因素对试验指标影响的显著性水平，进行了正交试验。

2.5.1 正交试验设计

根据单因素试验结果，确定各因素的适宜水平，选择L9(34)正交表进行正交试验。因素水平编码如表2所示，试验表头如表3所示。

表2 正交试验因素水平表Table 2 Table of orthogonal test factors

表3 正交试验表头设计Table 3 Orthogonal test header

2.5.2 正交试验结果与分析

正交试验结果及极差分析如表4所示。

由极差分析结果可知：影响秧苗栽植直立度合格率的主次因素顺序为：栽植深度>移栽速度>秧苗高度。

对所作正交试验运用方差分析法进一步分析，计算结果如表5所示。由表5可以看出：方差分析的结果与极差结果是完全一致的。栽植番茄秧苗时，对直立度合格率影响最为显著的因素是栽植深度，显著性水平为 0.05；其次为移栽速度，显著性水平为 0.10；最后是秧苗高度，显著性水平为 0.10。

表4 正交试验结果及极差分析L9(34)Table 4 The results of Orthogonal test and range analysis

表5 正交试验结果方差分析表Table 5 The results of variance analysis of orthogonal test

2.6 优化结果与田间试验

正交试验方差分析的观点：根据因素的主次顺序在确定最优水平组合时，可对主要因素选择最好条件；而对于次要因素，即可选择最好水平，又可选择试验范围内。因此，应综合考虑其他指标的影响因素(如漏栽率、重载率等)进行参数的优化选取，得到较优组合为A2B2C2，即秧苗高度为15～18cm、移栽速度为0.45m/s、栽植深度为10cm。

田间试验地点选在顺义绿富农专业产销合作社的生产园区，土壤含水率为17%～19%。在优化的最佳组合条件下进行了性能测试，如图5所示，测试结果如表 6 所示。测试表明：在优化试验条件下，该移栽机移栽秧苗的直立度合格率可达到90%以上，移栽效果优良，并能满足农艺技术要求。

图5 田间试验Fig.5 Field trials

表6 田间试验结果Table 6 The results of field test

3 经济效益分析

蔬菜机械移栽成本如表7所示。人工移栽作业效率为0.006 7hm2/h，按人均工资10元/h计，3人同时作业，则人工移栽成本为4 477.6元/hm2，机械移栽和人工移栽相比效率可提高11倍多，每公顷可节约成本3 867.5元/hm2，经济效益明显。若1年作业达到10.6hm2，便可收回设备投入成本。

表7 2ZB-2型吊杯式蔬菜机械移栽成本分析结果Table 7 The results of analysis of vegetable machinery transplanting cost

4 结论

1)本研究是在移栽试验的基础上，对影响2ZB-2型吊杯式蔬菜移栽机的栽植状态—秧苗直立度合格率的主要因素进行了单因素试验分析，确定各因素的适宜水平。结果表明，适宜水平是秧苗高度12～18cm、移栽速度0.30～0.60m/s、栽植深度6～8cm。利用正交试验设计方法，进行三因素三水平的试验，采用极差和方差分析方法，确定各因素对试验指标的影响主次及显著水平：栽植深度对对直立度合格率影响最显著，显著水平为0.05；移栽速度和秧苗高度，显著水平均为0.10；获得最优移栽方案为秧苗高度为15～18cm，移栽速度为0.45m/s，栽植深度为10cm；在最优移栽方案下，该移栽机的秧苗直立度合格率可达到91.35%，移栽效果优良。

2)通过田间试验及经济效益分析，2ZB-2型吊杯式蔬菜移栽机的生产效率是人工生产效率的10倍以上，并且可节约人工成本3867.5元/hm2，作业达到10.6hm2，便可收回设备投入成本。

3)该移栽机不仅可以减轻菜农的劳动强度，提高经济效益，还可以进一步提升北京市蔬菜生产机械化种植水平，具有良好的推广应用价值。