全自动蔬菜移栽机的发展现状及在贵州应用的前景

李坦东，李 杰，林蜀云

(贵州省山地农业机械研究所，贵州 贵阳 550000)

0 前言

随着农村劳动力锐减和人口老龄化日益加剧，农业生产用工紧缺的问题日益突出，传统的人工栽种模式已不能适应蔬菜种植规模化的需要。近年来贵州省深入推进农村产业革命，蔬菜种植作为短平快的产业，成为脱贫攻坚的主要产业，蔬菜种植产业取得突破发展，2019年底，贵州省蔬菜(不包含辣椒、食用菌)种植面积1 675.5万亩、产量2 497.8万吨，同比分别增长8.8%、11.8%[1]，并逐步建立成为南方重要的夏秋蔬菜生产基地、粤港澳大湾区优质蔬菜供应基地。蔬菜移栽作为蔬菜产业发展的重要环节，移栽机械化至关重要。国际上对于全自动蔬菜移栽机研发和推广使用已经趋于成熟，而国内处于起步阶段，因此蔬菜产业的发展与移栽机械化水平低的矛盾日益突出。对国内外全自动蔬菜移栽机研究现状进行分析，引进、推广和研制适合贵州省地形地貌、土壤结构的机型，成为解决劳动力短缺和突破蔬菜产业发展瓶颈一种重要手段。

1 国际上全自动蔬菜移栽机发展现状

1.1 蔬菜移栽机发展概况

蔬菜移栽机按照自动化的程度，分为手动、半自动和全自动移栽机[2]。欧美和日本是世界上最早研究移栽技术的国家，上个世纪20年代，就开始了移栽技术的研究；20世纪30年代出现了手工喂苗移栽机械，50年代欧洲一些国家开始研制作物压缩土钵育苗技术及移栽生产技术，到了80年代，半自动移栽机已经在西方国家的农业生产中得到广泛应用，在制钵、育苗和移栽技术的有机结合下，形成了完整的机械作业系统[3]。到20世纪90年代后，科研人员将迅速发展的自动控制技术和传感器技术应用到移栽机械中，使得移栽机的机械化、自动化程度也越来越高，全自动的移栽机械融合机、电、液、气等一体化控制技术，实现了蔬菜作物移栽过程的全自动化[4]。以美国、意大利、加拿大、法国等为代表的大面积农业种植国家，其全自动移栽机因地广人稀原因，以宽幅、高速的大中型农机具为主，采用气液控制实现栽植自动化作业，生产制造成本高。而日本属于小农业，其地块小、人口密度大，所以生产研制的自动移栽机以轻便、灵活、作业精巧为主，专用性强，大多运用机械控制方式来达到移栽过程的自动化作业。其移栽技术主要以单行作业、精密化、专用性等研究方向为主，专用性较强。

1.2 欧美发展现状

澳大利亚威廉姆斯公司生产的全自动蔬菜移栽机，见图1。栽植宽度可达到16行，自动完成取苗、栽苗等动作，自动化程度高，只需要单人操作就可以完成蔬菜移栽的过程，效率高[5]。

图1 澳大利亚williams全自动移栽机

图2 意大利Ferrari全自动移栽机

意大利法拉利公司的 Ferrari Futura系列穴盘苗全自动移栽机，见图2。该系列移栽机是采用顶出式的方法实现自动取苗的，成排喂苗，每列10株；最高移栽速度5 000株/行/小时；行距为28-112厘米；最小株距25厘米，连续可调；最大作业行数为6。该机型的特点是多行作业、覆膜移栽一体化，在取苗、送苗环节作业效率高，能够对钵苗进行成排高效取送、自动化程度高，但必须采用专用的硬质育苗穴盘[6]，且制造成本高，在分苗和栽苗环节稳定性差，分苗机构堵苗现象严重，从而导致栽苗效果差。

美国FMC 全自动移栽机，见图3。采用的是平置苗盘，采用推杆顶苗，钵苗通过推杆机构顶出后采用皮带输送的方式完成二次投苗[7]。

图3 美国FMC全自动移栽机

英国皮尔逊公司生产的全自动移栽机，见图4。可以同时取出整行钵苗，多行种植的，种植效率高，作业速度较快，但是整机较复杂且成本高，对育苗和穴盘要求较高。

图4 英国皮尔逊自动移栽机

1.3 日本全自动蔬菜移栽机发展现状

日本以久保田、洋马、井关为代表研制的穴盘苗全自动化的移栽机，以穴盘育苗为栽植对象，由移箱、取苗、栽植机构等部件组成，多采用鸭嘴式栽植器，可用于旱地起垄和膜上打穴栽植[4]。

图5 久保田SKP-100TC-KR蔬菜

久保田SKP-100TC-KR全自动蔬菜移栽机，见图5。长2 150mm，宽1 360mm，高1 130mm，1垄1行种植方式，株距350-900mm，作业效率0.01-0.167公顷/小时[8]。其机型小、效率高，但结构复杂、成本高。

日本洋马农机乘坐式全自动蔬菜移栽机PF2R，见图6。在进行两行作业时，由单行回转臂驱动取苗器取苗进行插土、夹持、提苗、回转移位、松土落苗等操作，落苗在开孔器上方，由鸭嘴式开孔器完成深度控制移栽，再由覆土滚轮对秧苗进行培土。整个过程操作简单，实现了全自动移栽，移栽后成活率高。移植株距可实现在260—800毫米之间无级调节；移植深度有10档调节，可适应多种秧苗移栽；根据作业行距、株距、畦距不同，单亩作业密度可在1 500—4 500株之间进行调整[9]。

图6 洋马全自动蔬菜移栽机PF2R

2 国内发展现状

2.1 国内蔬菜移栽机发展历程

国内从20世纪60年代起开始学习仿造苏联的CP-6及CPH-4型移栽机，80年代成功研制出了半自动蔬菜移栽机及从国外引进多种作物的移栽机械。近年来由于大量的研究和推广应用，国内蔬菜移栽机得到快速发展，但大都以仿制和改进国外的穴盘苗半自动移栽机型为主，取得较为显著成果的有山东华龙公司和江苏富来威公司。其中华龙公司生产的 2ZBLZ-4A/6A/10A 型系列旱地移栽机，可同时进行 4、6、8 行移栽作业，富来威公司生产的 2ZB-1移栽机，采用链夹式栽植机构，属于烟草专用型半自动移栽机械，华兴2ZY-2双行自走式移栽机，众荣hb-ss20甜菜移栽机等，这些半自动移栽机在我国都得到不同程度的推广，但是仍需要人工辅助来完成蔬菜移栽作业，自动化水平不够高。全自动蔬菜移栽机仍处于实验室研究阶段，没有成熟的产品上市。

2.2 全自动蔬菜移栽机研究现状

我国对于全自动移栽机的研究处于起步阶段，主要是针对国外引进机型进行优化改进。江苏大学毛罕平教授团队在引进日本全自动移栽机的基础上，自主研制了相关穴盘苗全自动移栽机，设计了穴盘苗全自动移栽机运动协调控制系统，提高了喂苗成功率[10]。浙江理工大学研制了旱地蔬菜钵苗自动移栽机，采用椭圆-不完全非圆齿轮行星系旋转式取苗机构、横向纵向间歇送苗机构、偏心圆盘吊杯式栽植器等组成，其作业效果较好，株距变异系数、栽深、直立度合格率、漏栽率等满足行业标准[11]。谢守勇等针对蔬菜移栽机取苗机构的运动控制特点，研究一种基于单神经元PID算法的取苗点定位过程的控制系统[12]。袁挺等针对我国全自动蔬菜移栽机取苗、投苗机构复杂等问题，设计了一种蔬菜移栽机气吹振动复合式取苗机构及其配套苗盘，由送苗装置、振动装置和气吹装置等组成，各部分配合完成自动取苗、投苗工作。

3 贵州在全自动蔬菜移栽机的应用前景及建议

由于贵州土地破碎，相当多的蔬菜种植地块存在设施空间小、不标准，作业机械下地难、头难掉的问题，直接影响农机作业的效率，增加蔬菜种植成本，一直以来蔬菜产业发展受到机械化水平低的影响。2019年贵州省将蔬菜列为12大特色农业产业重点发展，全省聚焦优势单品、优势时段、优势区域，突出规模化生产，蔬菜产业取得突破发展。引进广州江楠集团、粤旺集团和上海蔬菜集团等国家级农业龙头企业，组建贵州蔬菜集团，培育壮大贵阳农投集团、安顺绿野芳田等省内行业领军企业，全省蔬菜产业省级龙头企业81家，在各地大力推广“龙头企业+合作社+农户”组织方式的基础上，为蔬菜大规模种植奠定了坚实的基础。同时由于500亩以上坝区产业发展和高标准农田的建设，又为贵州省蔬菜移栽创造了良好的环境，因此全自动蔬菜移栽机在贵州的应用前景广阔。为了加快全自动蔬菜移栽机推广应用，贵州应该坚持农艺与农机相结合，建立互相适应的机制，充分发挥各自优势，统一种植行距与株距、统一栽培模式等标准。配置农机尽量以通用为主、专用为辅在土壤耕作、植物保护、施肥和灌溉等作业方面与大田作物基本相同，因而大部分机械可以通用。农业园区配套农机具要以中型为主，小型为辅根据田块大小统一规划，因地制宜的引进欧美和日本全自动蔬菜移栽机，合理布局作业机具，标准化作业，提高蔬菜移栽效率，体现农业机械化的优势。