打穴式移栽机械发展现状与展望

全　伟，唐　叶，段益平

打穴式移栽机械发展现状与展望

全伟1,2，唐叶1，段益平1

（1.湖南农业大学 机电工程学院，湖南 长沙 410028； 2.湖南农业大学 东方科技学院，湖南 长沙 410128）

机械化移栽是缓解作物茬口矛盾、提高作物品质与产量的重要手段。根据栽植方式阐述了国内外移栽机械中打穴式移栽机械的研究现状，总结了现有机型的结构特点、工作原理及存在的问题，探讨了打穴式移栽机械的未来发展方向与趋势，就相关问题提出了建议与对策。

打穴式移栽机；栽植方式；发展趋势；现状

机械化移栽作为一种栽植技术，可以缓解作物茬口矛盾，延长作物的生长期，改善作物品质，具有显著的节本、增产的效果[1-3]。根据栽植器结构类型，移栽机械可分为钳夹式、绕性圆盘式、水轮式、导苗管式、吊篮式和鸭嘴式[4-6]。相关研究表明[5-12]，打穴式移栽机因具有对栽植幼苗要求较低及移栽直立度较高等优势而具有较好的应用前景。由于移栽机械的结构特点不同，只有水轮式、吊篮式和鸭嘴式移栽机能实现打穴移栽。笔者通过对国内外打穴式移栽技术及装备的综述，分析了进一步研究打穴移栽机械的关键问题，并提出相应对策，阐述了打穴式移栽机未来的发展趋势。

1　国内外打穴移栽机的研究现状

1.1　现有机型及特点

目前，国内外打穴式移栽机的机型较多，可根据不同的分类方式对其进行分类[2-5]。

（1）按移栽工作环境分为旱地移栽机和水田移栽机。

（2）按自动化程度分为手动、半自动与全自动移栽机。

（3）按栽植作物种类分为烟草移栽机、棉花移栽机、油菜移栽机等。

（4）按栽植方式分为水轮式移栽机、吊篮式移栽机和鸭嘴栽插式移栽机。

1.2　国外打穴移栽技术及装备的研究现状

欧美和日本等发达国家的移栽技术研究起步较早，移栽机械已经比较成熟，其孔穴成型技术也较为完善并已被成功地应用于移栽机械。随着机械化水平的发展以及少耕、免耕作业的应用推广，人们开始积极研究各类成穴机具，进一步促进了打穴式移栽技术的研发与推广[4][13-15]。

1.2.1国外水轮式移栽机

水轮式打穴移栽机是一种常见的半自动移栽机械，如图1所示。工作过程中，当分布在水轮外缘的打穴铲通过强制挤压在土壤内形成孔穴时，一定量的水由水轮上的小孔流入所成V型栽植穴中，随后人工将钵苗直接投入栽植穴中，再进行覆土镇压以完成钵苗的栽植。此类打穴移栽机工作部件主要由覆膜装置、水轮式打孔机构、覆土镇压轮等组成，其特点是：可实现单行和多行的打穴移栽作业，可实现单株定量注水，既可以移栽裸苗也可以移栽钵苗，但移栽速度慢，移栽速度取决于送苗人员的熟练程度，且若要改变株距则必须更换水轮。主要的代表机型有：意大利Ferrari公司生产的FPC型全自动膜上移栽机、美国Kennco公司生产的半自动成穴式移栽机。

图1　水轮式移栽机

1.2.2国外吊篮式移栽机

吊篮式打穴移栽机主要适用于钵体尺寸较大的钵苗移栽，如图2所示。工作时由人工将钵苗投入至旋转到正上方的吊篮内，当吊篮旋转至最低点位置时吊篮底部被强制打开挤压土壤而形成孔穴，同时钵苗落入成型的栽植穴内，随后进行覆土镇压。此类移栽机主要由吊篮转动盘、吊篮、覆土镇压轮等组成，其特点是：可以实现膜上打穴功能，栽植过程中钵苗不会受到冲击，不伤苗，但是工作速度较慢，且结构比较复杂。主要的代表机型有：意大利Chechen&Magli公式生产的Wolf移栽机、美国移栽机公司生产的model 900 Mulch Transplanter吊篮式膜上移栽机。

图2　吊篮式膜上移栽机

1.2.3国外鸭嘴载插式移栽机

鸭嘴式打穴移栽机的主要工作原理为：由人工或机械手将钵苗放入送苗机构的转盘中，当转盘运动至栽植机构的正上方时，转盘的下端封闭口打开，钵苗落入移栽机的关键部件鸭嘴栽植器内，鸭嘴栽植器入土后，左右鸭嘴向外打开挤压土壤，形成栽植穴的同时将钵苗留在孔穴中，随后覆土镇压轮进行覆土镇压完成钵苗移栽。此类移栽机主要由鸭嘴栽植器、送苗机构、取苗机构、覆土镇压部件、行走装置等组成，其特点是：该机一般在翻耕地上作业，自动化程度高，移栽速度快，但结构复杂，且对土壤疏松细碎度要求较高。主要代表机型有：日本井关的PVH1-90、PVH1TC烟草移栽机、久保田研制的2ZY-1型全自动鸭嘴式移栽机等。PVH1-90烟草移栽机如图3所示。

图3　PVH1-90烟草移栽机

1.3　国内打穴移栽技术及装备的研究现状

我国的移栽机械研究从20世纪70年代开始进入起步阶段，当时主要对裸苗移栽机械进行研究[14-15]。直到进入21世纪，我国移栽机械的研发才真正形成规模，其中打穴式移栽机的研发也取得了一定的进展，相关机型进入了生产实用阶段，但主要还是在引进和借鉴国外移栽机的基础上进行改进和优化。

1.3.1国内水轮式移栽机

我国较早对水轮式打穴移栽机进行研究的是中国农业大学的王晓东[5]。如图4所示，打穴移栽机包括水箱、输水管、水轮、打穴铲等。工作时，水轮靠与地面的摩擦力向前滚动，分布在其上的打穴铲在土壤中打穴，同时一定量的水从注水孔中流入所成孔穴中，再通过人工将幼苗放入注完水的孔穴中，然后用手进行覆土、压实。

1　悬挂机架；2　水箱；3　输水软管；4　打穴铲；5　水轮；6　苗盘架；7　座椅；8　地轮。

国内对水轮式打穴机的研究较少，但出现了不少与水轮式打穴移栽机工作原理相近的研究成果。吴明亮等[16]研制了一款新型的纯滚动式移栽机，如图5所示。工作时，成孔机构依靠与土壤间的摩擦力进行纯滚动，均匀分布在孔刺安装盘上的柱形孔刺因承受成孔机构的自身重力而周期性地刺入、拔出土壤，在土壤中形成一系列规则的栽植孔。韩长杰等[17-18]设计了一款半自动压缩基质型钵苗移栽机。工作时，在间歇式打穴装置驱动打穴器旋转并间歇刺入土壤的同时，将土壤收集在打穴器内部并带离孔穴，使其成型孔穴满足西瓜钵苗移栽的农艺要求。

图5　纯滚动式移栽机

1.3.2国内吊篮式移栽机

在国内特别是在新疆地区，近几年吊篮式移栽机的发展较快，其主要结构如图6所示。卢勇涛等[19]研制了2ZML-2吊篮式膜上移栽机。该机工作时，吊篮在围绕主轴转动的过程中破膜成穴。当吊篮到达最深位置时，打开吊篮，将幼苗投入到成型的孔穴中，随后实施覆土镇压并完成移栽过程。重庆北卡农机公司生产的两行吊篮移栽机工作时，由人工将钵苗放入到喂苗桶内，当吊篮运动到喂苗桶下方时打开喂苗桶桶底使钵苗落入到吊篮内，当吊篮运动到最低位置时打开吊篮使钵苗落入成型的孔穴中并完成钵苗移栽。该机工作时，需要两名投苗人员，速度快，效率高，但无法调整株距。

1　支撑轮；2　苗架；3　座椅；4　镇压轮；5　压簧机构；6　栽植部件；7　滑板毛刷覆土机构；8　侧边轮；9　侧边链轮传动装置；10　覆土滚筒；11　覆土圆盘；12　松土铲；13　悬挂臂。

1.3.3国内鸭嘴栽插式移栽机

国内鸭嘴栽插式移栽机的研究相对较早。孙松林等[20]研制的2ZY-1型烟草移栽机，如图7所示。该移栽机工作时，由一部分动力带动液压缸控制移栽机底盘升降达到控制移栽高度的目的，由另一部分动力带动鸭嘴实现入土、出土的栽植功能，随后依靠培土轮实施培土并完成钵苗移栽。江苏省农机技术推广站等研制了2ZX-2型棉花营养钵移栽打穴机。该机以手扶式拖拉机为动力，由拖拉机主轴箱中的动力同步带动打穴筒周期性地刺入土壤中并依次将土壤挖出，能一次成型两个与打穴筒外径大小相同的栽植穴。

图7　2ZY-1型烟草移栽机结构

2　打穴移栽机械存在的问题

2.1　移栽配套设备研究薄弱，移栽效率较低

打穴与钵苗投喂是移栽过程中的两个关键步骤。国内现有的打穴式移栽机多为半自动打穴移栽机，其自动化与智能化程度低。由于在移栽过程中将钵苗投喂到栽植器内或是将钵苗投入已成型的孔穴中均采用人工方式，因此投喂者的熟练程度与体力将对移栽效率造成很大的影响。使用半自动打穴移栽机作业时，钵苗的直立度、埋苗率等无法完全满足农艺要求。

2.2　对成型孔穴周边土壤扰动较大

现有打穴式移栽机的栽植器一般为围绕动力输出轴做回转运动且运动轨迹多为圆形或椭圆型，由于这种运动方式在成穴过程中对孔穴周边的土壤扰动较大，因此容易导致成型孔穴的穴内回土量增加、孔穴周边的土壤孔隙度变小，从而对钵苗的移栽成功率及其生长环境造成不利影响。

2.3　易受土壤环境影响，适应性不强

我国地域辽阔，不同地区的土壤环境不一样。目前，国内打穴式移栽机的研究多为基于松散或低含水率土壤环境下的研究，而对于高含水率的黏土环境下的研究较少。现有的研究结论多为成型孔穴是否合格，对孔穴成型过程中土壤颗粒的运动规律及孔穴的成型机理进行的探索研究很少，导致相同机具在不同土壤环境下的成穴效果差异较大，使移栽机成穴作业的适应性与通用性较差。

3　打穴式移栽机械的发展方向与趋势

3.1　提高打穴式移栽机的总体研发能力

提升打穴式移栽机械自动化与智能化的自主研发能力，确保研发的机具质量更加可靠、设计更加合理；提高制造工艺水平，保障移栽机械零部件加工和装配的质量，降低机具的故障率与返修率，提升机具的连续作业能力；提高机具各零部件的互换性与通用性，保障经济效益，确保移栽机械整体的工作效率。此外，应在现有的基础上实现，进一步完善移栽机械的功能，研制更多先进适用的机型。由于目前多数的打穴移栽机械仅能实现打穴功能，因此未来应将取苗、送苗、打穴、移栽与覆土镇压等多种功能有效集成，开发多功能一体机。

3.2　加强打穴式移栽机对土壤环境的适应性研究

在满足移栽农艺要求的前提下使孔穴成型质量更加优良，除了要对打穴式移栽机进行优化设计之外，还应将研究重点放在与土壤直接接触的触土部件上来，通过对触土部件的优化分析揭示孔穴成型机理，研制能适用于不同土壤环境的打穴移栽机，使其在不同土壤环境下所形成的孔穴外形均能与相应的作物相匹配，穴内回土量更少、钵苗生长环境更佳。

3.3　国家宏观调控，消化吸收与自主创新并举

出台相关政策，加大对移栽机械的财政补贴力度，加强对移栽机械的演示、宣传与推广工作，引导农民积极购机，既要使农民买得起机具又要使农民用得好机具。与发达国家相比，由于我国的打穴机械移栽技术还比较落后，因此应鼓励国内企业在消化吸收国外先进技术的同时自主创新研发新产品。一方面，要走出国门，加强与国外农机企业的合作交流；另一方面，由于国外的移栽机虽然先进但价格昂贵且不能完全适应国内的耕作环境，因此更要注重自主创新，不断研发出具有自主知识产权的先进适用新机具。

4　展望

目前，我国的移栽机械正处于发展阶段，打穴式移栽技术及装备的研发也处于起步阶段。随着我国城镇化建设的持续推进，农业从业人口将不断减少，农业生产对机械化的需求将不断增加。随着国家对农业的支持力度不断加大，农业机械化的发展前景将更加美好。随着业内专家在农业机械领域的研究不断深入，我国自主研发的移栽机械将逐步满足农业机械化生产的需求，为现代农业的发展提供有效助力。

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Current situation and prospect of punch transplanting machinery

QUAN Wei1,2，TANG Ye，DUAN Yiping

(1.College of Mechanical and Electrical, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128, China; 2.College of Orient Science & Technology, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128,China)

Mechanized transplanting is an important means to alleviate crop rotation contradiction and improve crop quality and yield. According to the planting method, the development situation of domestic and foreign punch transplanting technology and equipment were elaborated. The structural characteristics and work principles and existing problems of the existing models were summarized. The development trend of punch transplanting machinery was discussed, and suggestions and countermeasures for the development of the burrowing transplanter were presented.

punch transplanting machinery; transplanting methods; prospects; transplanting status

S223.9

A

2096–8736(2020)03–0018–05

湖南省自然科学基金青年基金项目（2020JJ5254）。

全伟（1987—），男，博士，讲师，主要从事农业机械创新设计。