大蒜种植机定向装置的发展现状分析

臧云飞

摘 要：由于大蒜种植时需要满足芽上根下、立直种植的农艺要求，大蒜种植前需要对蒜种定向排序，因此，大蒜定向技术在大蒜种植机械化中十分关键。国内外学者对其进行了大量的研究。在此背景下，主要阐述国内外常见的大蒜定向方式与定向装置，并给出大蒜定向装置未来的发展趋势，希望能够对大蒜定向装置的发展起到引导作用。

关键词：大蒜种植机;定向装置;研究现状;发展趋势

中图分类号：S223.2        文献标识码：A开放科学（资源服务）标识码

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.07.015Open Science Identity（OSID）

0 引言

我国是世界上最重要的大蒜生产国和出口国，产量居世界首位，占全球总产量的70%以上[1、2]，因此，大蒜种植机械化的发展对大蒜种植尤为重要。国外大蒜种植与国内种植方式不同，大蒜种植机械也存在一定的差异。目前，以欧美国家为主的西方国家大多采取随机种植的方式，实现了对大蒜的单粒种植[3]，但大蒜种植机械中基本没有大蒜定向装置;以中国、日本为主的亚洲国家大多需要芽上根下、立直种植，因此大蒜定向装置的研究主要集中于中国、日本等亚洲国家。

1 国内大蒜定向装置的研究现状

目前，关于蒜种定向装置的研究有很多[4]，对蒜种的定向效果也各有差异[5]。蒜种定向技术按定向方法可分为半自动定向以及全自动定向。

半自动定向是指人工先将蒜种按照规定的朝向依次摆入蒜种盒中或者相应的纸袋中，然后再借用机具将蒜种盒或蒜种纸袋投入土中进行种植，这样虽然能将大蒜种植推向机械化，但是对蒜种盒的材料要求较高，需要运用可降解的材料，综合成本高，且对土壤的破坏比较严重，因此不利于推广。比较常见的具有大蒜半自动定向方式的机型为洋马公司研制的一种多用途小型根茎类作物种植机。

全自动定向方式的研究主流方向可分为机械控制和光电控制。常见的机械控制定向方式主要有螺旋导管定向[6]、三级定向斗式定向[7]、翻转漏斗式定向[8]、振动式定向[9]、水浮式定向等定向方式。

螺旋导管式定向是依靠蒜种与锥形螺旋导管之间的摩擦对蒜种进行定向，定向随机性较大，定向效果不能得到很好的保证，因此，近年来这种定向方式的使用逐渐减少。

分级定向是通过将蒜种通过多级定向斗不断地对蒜种芽尖朝向进行调整，最终使蒜种芽尖向上落入大蒜立直种植装置中。该装置能够对大蒜连续定向，但是适用于芽尖较长、大蒜重心靠近根部的蒜种，对蒜种的要求较高，且经过分级定向装置定向后，蒜种落入立直种植装置时会出现芽尖向下的姿态，因此，分级定向装置的定向成功率还有待提高。

翻转式翻转斗定向一般是安装到排种器出种口的下方，下方的栽种鸭嘴随着立直种植装置的转动推开上方的接种定向斗，随着翻转定向斗的不断打开，蒜种因芽尖较长的原因形成了一个支点，使得蒜种定向。这种定向方式定向成功率高，但此定向方式比较适用于芽尖较长的特定蒜种;定向过程中翻转定向斗与栽种鸭嘴配合打开，定向装置的定向效率有所降低，因此翻转式定向的连续定向能力还应进一步提升。

振动式定向主要是依据蒜种自身受到的重力与摩擦力对蒜种定向。比较常见的定向装置为螺旋振动定向装置。振动式定向虽然能实现蒜种的直立栽种，但是因装置的排种管结构为仅容一粒蒜种通过的管状型，在定向的过程中存在“卡蒜”的问题，对蒜种定向的连续性不佳，因此并没有广泛推广。

水浮式定向主要是依据种子的浮力对大蒜定向。水浮式定向的工作效率相对于其他的定向装置定向的效率较低，满足不了实际的生产需要，且结构复杂，不利于实际的推广应用。

全自动定向方式除了常见的机械控制外，光电控制也是较为常见的一种控制方式。光电控制主要是根据大蒜自身的特性，针对特定蒜种芽尖较长这一特性进行光电识别，然后通过控制电机转向达到蒜种定向的目的。常见的光电控制主要是运用图像识别技术以及将机械臂与单片机控制系统对大蒜定向，但目前大多处于研发阶段，并没有大范围的推广。

2 国外大蒜定向装置的研究现状

欧美等国家农业机械化程度高，多采用宽行距随机播种，但地区人力资源较为紧张，人工成本高，因此在大蒜种植时多采用单粒精量化随机种植，大蒜定向装置研究较少。

欧洲种植大蒜的地区主要集中在法国、荷兰和西班牙等国家，受各方面条件影响，这些地区研制出的大蒜种植机虽能基本保证蒜种单粒化精量播种，但均无蒜种定向装置和立直种植装置。

法国ERME公司研制了气吸式大蒜种植机。这种大蒜种植机采用气吸式排种器，保证了排种的单粒化，排种后蒜种直接随机排入开沟器开好的浅沟，而后由镇压轮镇压覆土，完成种植。该大蒜种植机未能实现对蒜种的定向及立直种植。

荷兰WIFO公司研制了多功能精密播种机，可种植大蒜、洋葱、青葱和小型马铃薯等多种经济作物。该种植机种植效率高，能适用于多种作物种植，但该种植机并不能实现蒜种定向功能以及立直种植功能。

对大蒜入土后需要立直种植的亚洲等国家大蒜定向装置的研究现状与国内基本相似，在此不一一赘述。

3 大蒜定向装置发展趋势

（1） 大蒜种植机械定向技术与定向装置的研究主要集中在国内，常见的大蒜定向装置主要以机械控制为主，目前蒜种的定向技术针对特定蒜种的单一特征有较好的定向效果，在将来的研究中，蒜种的定向技术应当适用于蒜种的多个特征来进行定向，以提高对蒜种品种的适应性。

（2） 蒜种定向装置在进行蒜种定向的过程中，蒜种定向装置缺乏对蒜种定向失败后纠正的过程，往往仅进行一次定向就将蒜种进行栽种，这样的过程中蒜种的定向率不能够保证。因此，蒜种定向技术在今后的发展中，应当会对蒜种的定向进行纠错，对蒜种进行二次定向。从而提升蒜种的定向率。

（3） 随着人工智能技术的进步，大蒜定向技术会与人工智能相结合，这样就可以突破蒜种对定向装置的限制，新型大蒜定向装置能够适应绝大多数蒜种的定向。

参考文献：

[1] 丁超.我国大蒜出口现状及对策[J].中国蔬菜，2005（4）.

[2] 崔荣江，张华，徐文艺，等.我国大蒜机械化生产现状及发展思路探讨[J].农机化研究，2015，37（3）：264-268.

[3] 林悦香，尚书旗，杨然兵.大蒜生产机械的现状发展[J].农机化研究，2012，34（3）：242-245.

[4] 张会娟，胡志超，吴峰，等.我国大蒜机械化种植与收获概况[J].江苏农业科学， 2010（3）：460-461.

[5] 郭毅，张祖立，于丽颖，等.大蒜播种机械的研究现状[J].农机化研究，2009，31（6）：221-223.

[6] 荐世春，刘云东.大蒜播种机蒜瓣自动定向控制装置的试验研究[J].农业装备与车辆工程，2009（10）：28-29+37.

[7] 耿爱军，栗晓宇，侯加林，等.自动定向大蒜播种机的设计与试验[J].农业工程学报，2018，34（11）：17-25.

[8] 侯加林，黄圣海，牛子孺，等.双鸭嘴式大蒜正头装置调头机理分析与试验[J].农业机械学报，2018，49（11）：87-96.

[9] 张兆磊，耿爱军，李汝莘，等.蒜种振动排序装置设计与试验[J].農机化研究，2015，37（8）：138-142+147.