云南高原山区蔬菜机械移栽技术研究

龙荣华 赖庆辉 陆琳 汪骞 高婷 钟秋月 高玉蓉 秦荣 沙毓沧

摘要 云南是立体气候，其土壤类型以及海拔类型多样，对蔬菜种苗机栽移栽提出较高要求，一般的农业机械移栽机很难适应。为了有利于不同类型蔬菜苗的移栽，提高蔬菜苗移栽效果，减少对种苗的移栽损伤、漏苗率，降低劳动成本，提高产值，笔者提出了农艺技术与机械进行融合，根据云南独特的气候、土壤、海拔对农艺技术等进行适当改进，机械移栽才能达到较好效果。

关键词 蔬菜;机械化移栽;高原山区;技术研究;云南

中图分类号 S23 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2021）01-0203-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.01.054

Abstract Yunnan has three-dimensional climate， with various soil types and elevation types， which put forward higher requirements for vegetable seedling machine planting and transplanting. It is hard to adapt general agricultural machinery to transplanting machine. In order to help vegetable seedling transplanting， to improve the transplanting effect of vegetable seedlings， to reduce to transplant damage and leakaging rate of seedlings， to reduce labor cost and increasing output value， we suggested that we should integrate agronomic techniques and machinery， properly improve agronomic techniques according to the unique climate， soil and altitude， so as to achieve better results on mechanical transplanting in Yunnan.

Key words Vegetables;Mechanized transplanting;Plateau mountains;Technology research;Yunnan

云南是高原山區省份，海拔高度起伏较大，平均海拔2 000 m左右。蔬菜种植机械化程度以及种植规模受地形、海拔、土壤类型等的影响较大。在云南蔬菜产业发展中，种植面积大的蔬菜种类有叶菜类、根菜类、果菜类等，如白菜、甘蓝、花椰菜、萝卜、辣椒、西葫芦等。据统计，十字花科蔬菜在云南高山冷凉蔬菜及冬早蔬菜中的比重较大，约50%。近几年，随着种植业的结构调整，云南省蔬菜的种植面积越来越大，2019年的蔬菜种植面积达119.76万hm2，总产量2 412.55万t，综合产值达到1 030.52亿元，出口118.690 7万t，创汇14.92亿美元。在蔬菜生产过程中，移栽或播种环节最费时费工，劳动成本较高，人工费约占整个生产过程投入的40%～50%，山区所占比重更大，达到了55%。随着社会的发展以及人口年龄结构的变化，蔬菜生产所需的劳动力越来越紧张，因此急需研究出适合云南高原山区蔬菜机械化移栽的方法。

云南是立体气候，其土壤及海拔类型多样，农业类型属于山地农业，对蔬菜种苗机移栽有较高要求，一般的农业机械移栽机很难适应。鉴于此，笔者提出了1种高原山区蔬菜移栽装置及方法，可适应不同类型蔬菜苗的移栽，同时提高蔬菜苗移栽效果，减少对种苗的移栽损伤和漏苗率，降低劳动成本，提高产值。

1 蔬菜移栽机械研究进展

1.1 国内外蔬菜移栽机械概况

20世纪30年代，国外出现了手工喂苗的蔬菜移栽机具;20世纪50年代研制出多种不同结构形式的半自动移栽机;20世纪70年代末，设计出了精密苗盘播种机和自动移栽机;20世纪80年代初，设计出了箱式移栽机;日本研制了全自动移栽机。这些移栽机一般专用性都比较强，只适用于1种农作物，如甜菜自动移栽机、洋葱自动移栽机等。国外钵苗移栽机的种类较多，有钳夹式、吊篮式、导苗管式及带夹圆盘式等。移栽器形式不同，所适合移栽的作物也有区别;但一般形式移栽器的通用性都比较强，通过农业生产的实际应用，这些移栽机的优越性明显，它不仅能保证移栽秧苗的株行距和移栽深度均匀一致，而且能按技术要求在一定范围内进行调整;重要的是消除了移栽过程中的伤苗问题，秧苗移栽后的直立度、覆土压密程度等都可以得到控制。但是，这些机械普遍存在结构复杂、造价昂贵等问题[1-4]。

20世纪70年代开始，我国研制了用在甜菜上的裸根苗移栽机;20世纪80年代成功研制了半自动蔬菜移栽机;也从国外引进了多种适合于移栽蔬菜、烤烟、甜菜等经济作物的移栽机械，但由于育苗技术落后、配套性能差以及机具本身性能不稳定和生产率低等原因，这些移栽机都未能得到推广使用[5]。

近几年来，育苗技术的发展以及劳动力成本的上升推动了移栽机械的研制开发工作。目前，国内已经研制开发的钵苗移栽机主要以半自动为主;而全自动移栽机因结构复杂、成本高，尚处在研究起步阶段[5-7]。国内常见的移栽机主要有钳夹式、链夹式、挠性圆盘式、吊蓝式、导苗管式、带式和滑道式移栽机，存在的共性问题包括会出现秧苗易倒伏和埋苗现象，以及喂苗速度快、漏栽率增加、机械使用寿命短、机械造价高等[2]。

1.2 蔬菜苗机械化移栽的发展前景

蔬菜苗移栽机械化是一个系统工程，应加强从育苗到移栽整个系统的研究，进一步完善与移栽配套的育苗设施及相应的配套技术，使育苗过程实现机械化、工厂化和设施化，研究解决钵苗整钵、断根、装盘和运输等中间环节工作过程的机械化自动化问题，使育苗和移栽有机地结合，研制出多种自动、半自动移栽机，真正地实现我国农作物的育苗工厂化和移栽机械化[2，8]。显而易见，实现栽植机械化已成为农业生产的迫切需要。21世纪我国育苗移栽机械化应当在发达国家成功经验的基础上，从我国育苗技术的实际情况出发，研制开发出适合我国国情的结构简单、价格低廉、性能稳定可靠的育苗移栽机具和设备[9]。尤其是云南这种高海拔山区对机械的需求更迫切。

1.3 我国移栽机械需要解决的问题

我国在移栽机械的研究开发方面虽然取得了较大的进展，但仍然存在许多迫切需要解决的问题。现有的技术由于侧重点在机械，而忽视了机械与农艺技术的融合，导致出现秧苗易倒伏和埋苗现象，而且漏栽率高、机械使用寿命短、机械造价高;目前还未见能适应云南高原山区的蔬菜移栽机械，引进后都需改进，否则会出现动力差且不易操作等问题[1]，具体表现在以下几个方面：

①缺乏针对类似云南立体气候、土壤类型多样以及高原海拔下的山地农业机械在蔬菜种苗移栽上的应用。云南省外或国外的机械在云南的应用过程中，经常出现工作过程中时间稍长机械就会发热且马力不足、山地不适操作工作性能不稳定、钵苗栽植入田后直立度差、劳动强度大时易漏栽且生产率不高等问题。应当完善现有栽植机械的性能和功能。

例如，增加浇定根水、起垄和铺膜以及免耕作业等功能[10]。

重新改造会造成功能下降、资源浪费。②研制出的移栽机通用性差、规格单一，不能适用于多种作物的移栽作业。③国外大多数蔬菜都是采用育苗移栽方式种植，而我国在蔬菜移栽机方面的研究却几乎是一片空白。因此，应当把研究开发适合特殊要求的栽植机作为今后研究的重点。

2 种植机械

2.1 基本结构 图1为种植机构整体示意图。

2.2 基本参数

移栽机整体结构质量为300～400 kg;种植方式为鸭嘴式苗杯种植;适合蔬菜种类包括甘蓝、娃娃菜等叶菜类蔬菜;适合秧苗为128孔育苗穴盘育出的蔬菜苗;传送带线速度1 m/s;定植深度10～13 cm;适合株行距（30～35）cm×（20～30）cm;作业效率50～70株/min;适用起垄高度120 mm。

2.3 结构改进

2.3.1 取苗机构。取苗机构见图2。

（1）非匀速间歇齿轮传动。在旋转箱体上对称布置2个取苗臂，结构平稳，取苗效率高，相比于日本与国内其他取苗机构，该取苗机构能够实现高速取苗。

（2）椭圆—非圆齿轮行星系取苗机构进行取苗。首先，解决当前人工取苗过程中效率低、工作方式粗放、漏苗率高等问题;其次，该机构结构尺寸较小、结构相对简单、运行平稳、振动较小，在旋转式高速取苗阶段实现间歇，完成取苗与推苗，减少机械在取苗、推苗過程中对基质的损害，满足丘陵山地地区机械作业小型化的要求;再次，齿轮箱壳体两侧对称布置相同取苗针，机构旋转1周可实现2次取苗和推苗操作，且齿轮啮合平稳，提高了取苗效率，对于提高丘陵山地地区的蔬菜移栽机械化和生产率有积极意义。

（3）凸轮机构推动取苗针的方式进行取苗。采用凸轮机构，结构紧凑，机械机构简单，可靠性高，可以实现适应椭圆—非圆齿轮行星系高速化取苗作业的优点。同时，取苗针插入土壤后夹紧基质，可以使基质最大限度地保持原有形状，在推苗后以1个近乎完整的形态落入栽植器，完成栽植。取苗机构结合夹取式取苗机构取苗效率高、伤苗率低的优点。

2.3.2 移植器。移植器结构见图3。

（1）鸭嘴式栽植器。钵苗在栽植后直立度高，鸭嘴在栽植过程中可以始终与垄面保持垂直，提高了立苗率。与国内外其余栽植机构相比，该机构轨迹丰富，可以通过变动连杆尺寸参数、机组作业速度与传动比来改善栽植性能，便于根据云南地区丘陵山地地形特点设计符合农艺要求的栽植轨迹，可以因不同作物的株行距来调整机械。

（2）齿轮开合机构。齿轮啮合较插销式啮合机构运行平稳，可根据钵苗苗龄大小张开适合钵苗株锥角的角度。齿轮机构目前主要用于各类机械传动方面，在控制移栽机栽植器鸭嘴开合部分几乎无应用。相对于插销式开合机构，齿轮开合机构不仅加工装配简单、生产加工成本较少，而且还可根据栽植秧苗株锥角大小配合拉线结构合理改进鸭嘴张开角度，且齿轮机构本身运行平稳，在鸭嘴张开闭合过程中自身产生的振动较小，对钵苗基质的损害小，在鸭嘴张开闭合过程中所受的摩擦力小于插销开合机构，不会出现卡顿现象，且可延长鸭嘴使用寿命。

2.3.3 移植机构。移植机构见图4。采用五连杆式栽植机构，该机构结构平稳、性能稳定，在承载相同负荷条件下所受压力较小;栽植过程中机构受到的振动冲击小，对钵苗基质损伤小;在运行时更加平稳，不会因配重不均造成机构急回问题而产生振动，进而影响其在土壤栽植过程中由于振动而产生的钵苗基质损伤、栽苗不直立等问题。

3 一种高原山区蔬菜移栽方法

为了能让机械满足云南不同海拔、气候以及土壤类型多样条件下的蔬菜机械化移栽，对农艺参数进行了调整。

3.1 工艺流程

具体工艺流程为旋耕机整地碎土→起垄机起垄→根据需求调节蔬菜移栽机栽插行距、株距和深度→运苗、取苗→秧苗被苗杯栽植进入大田→覆土器对栽植秧苗进行覆土镇压。

3.2 实施步骤

3.2.1 整地碎土。区别于传统横轴式旋耕机整地碎土，采用2组立轴式刀辊，相邻刀具转速大小相等，方向相反，立轴刀体刀身下部顶端为圆锥形，上部为立式铣刀形状，其作业原理为立式钻铣模式，进行整地碎土时，既可减少刀辊进入土壤中的阻力，方便刀辊入土和持续前进，降低作业功率，又可进行土壤深耕，解决丘陵山地耕作深浅的问题，具备良好的上翻下松作业效果和土壤破碎能力，有利于起垄机构进行起垄作业。

3.2.2 起垄。农艺要求为垄面宽1.2 m，垄沟深0.25～0.30 m，各垄之间沟渠距离为0.25 m，垄面长度视作业地段长度而定。

3.2.3 行株距。根据不同蔬菜的特征特性确定其株行距和种植深度，以花椰菜为例，其农艺要求决定行株距为0.35 m×0.30 m，种植深度为0.10～0.15 m。

3.2.4 运苗和取苗。采用128孔穴盘，长宽为0.54 m × 0.28 m，运苗过程将采用横纵向步进位移机构进行秧苗穴盘运送：依靠凸轮进行秧苗穴盘横向运动进给，横向进给距离为28 cm;根据移栽要求进行往复运动，依靠棘轮运动进行秧苗穴盘纵向移动。

3.2.5 移栽。依靠五杆栽植机构进行蔬菜小苗移栽，其具体栽植移栽部件为鸭嘴式苗杯，栽植轨迹高度为0.32 m，栽植深度为0.10～0.15 m。最后覆土，浇定根水。

4 结论

该技术适用于云南高海拔、坡度大、土壤类型多样的山区地区蔬菜种苗机械移栽。取苗机构采用非匀速间歇齿轮传动，结构平稳，在旋转箱体上对称布置2个取苗臂，提高了工作稳定性，取苗效率高，与日本和国内其余取苗机构相比，该取苗机构能够实现高速取苗。采用五连杆式栽植机构，该机构结构平稳、性能稳定，在承载相同负荷条件下所受压力较小;栽植过程中机构受到的振动冲击小，对钵苗基质损伤小;采用鸭嘴式栽植器，钵苗在栽植后直立度高，鸭嘴在栽植过程中可以始终与垄面保持垂直，提高了立苗率。与国内外其余栽植机构相比，该机构轨迹丰富，可以通过变动连杆尺寸参数、机组作业速度与传动比来改善栽植性能，便于根据云南地区丘陵山地地形特点设计符合农艺要求的栽植轨迹，可以因不同作物的株行距来调整机械。蔬菜人工移栽效率为0.022 hm2/d，通過机械定植的作业效率按0.1 hm2/h计算，每天可移栽0.8 hm2，节约人工33人。

参考文献

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