國內(nèi)外旱地移植機械化發(fā)展及現(xiàn)狀分析

陶仁　程獻麗　高富強

摘要：蔬菜在我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)著重要地位和作用，發(fā)展旱地移植機械化對實現(xiàn)蔬菜生產(chǎn)機械化和產(chǎn)業(yè)化具有重要意義。通過對國內(nèi)外旱地移植機械化技術(shù)發(fā)展研究，分析制約我國蔬菜移植機械化發(fā)展的因素及存在的問題，提出加速發(fā)展我國旱地移植機械化發(fā)展的建議，為蔬菜移植機械化技術(shù)發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：移植機；蔬菜移栽；旱地；自動化

中圖分類號：S223.9 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）03-0040-03

我國是世界上最大的蔬菜生產(chǎn)國，蔬菜播種面積居世界第一位。蔬菜生產(chǎn)是一項勞動密集型產(chǎn)業(yè)，其中秧苗移栽是蔬菜生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，約有60%以上的蔬菜品種采用育苗栽植方式種植，但是傳統(tǒng)人工栽植操作技術(shù)落后，效率低，用工量大，勞動強度高，無法在短時間內(nèi)完成大面積移栽。同時，人工栽植很難保證栽植株距、行距和深度均勻一致，影響作物的品質(zhì)和產(chǎn)量。為減少人工消耗，提高移栽的質(zhì)量和勞動效率，實現(xiàn)蔬菜栽植機械化勢在必行。研究國內(nèi)外旱地移植機械化技術(shù)，分析制約我國蔬菜移植機械化發(fā)展因素，提出加速旱地移植機械化發(fā)展建議，對加速蔬菜移植機械化技術(shù)發(fā)展具有重要的參考意義。

1 國外旱地移植機械化技術(shù)發(fā)展

1.1 半自動化移栽機械化發(fā)展時期

移植技術(shù)發(fā)展比較早的國家和地區(qū)主為歐美和日本等國。早在20世紀(jì)20年代初期，這些國家就開展了缽苗移植的生產(chǎn)工藝研究，研制出簡單的秧苗移植機械，在一定程度上減輕了人工移植的勞動強度。30年代末至40年代初期，手工喂苗的秧苗移栽機具的人工動作被移栽機構(gòu)所取代；50年代開始半自動移植技術(shù)及機械研究，不同結(jié)構(gòu)的半自動移植機械和制缽機問世，送苗入土過程實現(xiàn)機械化；20世紀(jì)80年代，半自動移栽機、制缽機已開始在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用；80年代至今，由于穴盤育苗技術(shù)的推廣使用，育苗過程逐步實現(xiàn)機械化、工廠化和設(shè)施化，移栽機械發(fā)展迅猛，各種作物移栽基本實現(xiàn)機械化，并研制出多種全自動移栽機。

目前，國外發(fā)達國家的半自動移栽機已很成熟，移植技術(shù)已形成一個完整的機械作業(yè)體系，實現(xiàn)各種機具配套使用，移植后的作物能夠正常生長，基本上滿足農(nóng)藝要求，移植機械的工作性能穩(wěn)定可靠。栽植機構(gòu)主要有鉗夾式（圓盤鉗夾式和鏈條鉗夾式）、導(dǎo)苗管式（導(dǎo)管推落苗式、導(dǎo)管直落苗式和導(dǎo)管指帶落苗式）、吊籃式、撓性團盤式及鴨嘴式等。

1.2 全自動移栽機械化發(fā)展時期

國外全自動移栽機的研究始于20世紀(jì)80年代。播種技術(shù)和育苗技術(shù)的發(fā)展，尤其是穴盤育苗技術(shù)的出現(xiàn)，加快了蔬菜機械化和工廠化育苗進程，也為自動取苗移栽奠定了基礎(chǔ)。

日本自動移栽機的研發(fā)以小型化、精密化和專用性為主要方向，生產(chǎn)效率高的全自動移栽機在日本發(fā)展較為迅速。日本洋馬公司、井關(guān)、久保田等主要農(nóng)機企業(yè)先后研制出多款穴盤苗自動移栽機。典型機器有久保田A-500型自動移栽機和鴨嘴式全自動膜上移栽機、井關(guān)PR2和PVR-200型自動移栽機、關(guān)東KTII-70型自動移栽機、豆虎TP-1型自動移栽機等。

歐美等國農(nóng)業(yè)土地較為集中、地塊較大素，其自動移栽機的研發(fā)以大型化、自動化和聯(lián)合作業(yè)為主要方向，多采用機電液一體化系統(tǒng)多行作業(yè)，適用于大型農(nóng)場。其中較為典型的機器有美國Renaldo公司研發(fā)的基于空氣整根育苗盤的SK20蔬菜自動移栽機、RAPID公司生產(chǎn)的RTW系列穴盤苗移栽機、澳大利亞Transplant Systems公司研發(fā)的HD 144型自動移栽機、英國皮爾遜（Pearson）公司生產(chǎn)的全自動移栽機、意大利法拉利Ferrari公司生產(chǎn)的FU工TUR.A系列全自動移栽機等。

2 國內(nèi)旱地移植機械化技術(shù)發(fā)展

2.1 半自動化移栽技術(shù)研究級裝備發(fā)展時期

我國的旱地栽植機械試驗研究工作始于20世紀(jì)60年代。20世紀(jì)80年代，研制了2ZYS-4型油菜移栽機、2ZL-2型聯(lián)合移栽機、2ZSZ-2型蔬菜無缽移栽機等半自動化蔬菜移栽機，還從國外引進了多種適合于移栽蔬菜、煙葉、甜菜等經(jīng)濟作物的移栽機械，但由于國內(nèi)育苗技術(shù)落后，農(nóng)機與農(nóng)藝脫節(jié)，而未能得到推廣應(yīng)用。20世紀(jì)90年代，隨著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的快速發(fā)展和農(nóng)行生產(chǎn)機械化水平的提高，機械化育苗和移栽技術(shù)研究備受重視，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、吉林大學(xué)、山東工程學(xué)院、新疆農(nóng)墾科學(xué)院、黑龍江省八五農(nóng)場等科研單位，先后研制出多種類型的移栽機械。但令人遺憾的是只有極少機型投入小批量生產(chǎn)。

近年來，栽植機械伴隨著旱地育苗移栽技術(shù)的研究和推廣而發(fā)展起來，已成為科研和生產(chǎn)部門關(guān)注的問題之一。截至目前，國內(nèi)己有多家單位成功研制出不同類型的半自動移栽機，其中部分機型己經(jīng)小批量投產(chǎn)。典型產(chǎn)品有中國農(nóng)業(yè)機械化研究院現(xiàn)代農(nóng)裝科技股份有限公司生產(chǎn)的2ZY-2A型吊杯式半自動移栽機和2ZB-2型行星輪系鴨嘴式半自動移栽機，山東青州華龍機械科技有限公司生產(chǎn)的2ZY- 2型半自動移栽機，南通富來威農(nóng)業(yè)機械裝備有限公司研制的2ZQ—4型油菜移栽機等。

目前，國內(nèi)已經(jīng)研制開發(fā)的缽苗移栽機主要以半自動為主，機械類型包括鉗夾式移栽機、鏈夾式移栽機、撓性圓盤移栽機、導(dǎo)苗管式移栽機和吊蘭式移栽機，機型大多是國外產(chǎn)品的仿制品。全自動移栽機因結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高而處在研究起步階段。

2.2 自動移栽技術(shù)研究及裝備發(fā)展階段

目前，對于自動移栽機的研究我國正處于探索階段，主要是針對國外的自動移栽機技術(shù)進行改進研究，尚未有成型的機型應(yīng)用。浙江理工大學(xué)研制的2種蔬菜自動移栽裝置，一種由穴盤苗輸送機構(gòu)、頂苗機構(gòu)、分苗機構(gòu)和栽植部件等組成，作業(yè)時頂苗機構(gòu)一次將穴盤中的秧苗頂出，落入分苗機構(gòu)，然后喂入導(dǎo)苗管并落入苗溝，完成蔬菜穴盤苗移栽；另一種移栽裝置采用橢圓行星輪系機構(gòu)，完成從穴盤中取苗和放苗動作。兩套機構(gòu)需要同開溝器和覆土鎮(zhèn)壓輪配合完成移栽作業(yè)。

新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)韓長杰研制的旱地自動移栽機，通過夾取缽苗莖桿的方式取苗，采用氣動控制，投苗機構(gòu)使用吊杯式栽植器。由于采用夾取苗莖的方式取苗，對苗莖的粗壯程度和韌性要求較高。

江蘇大學(xué)毛罕平等在引進日本全自動蔬菜移栽機的基礎(chǔ)上設(shè)計了一種由連桿機構(gòu)、行星齒輪機構(gòu)和凸輪機構(gòu)組合而成的取苗機構(gòu)，通過供苗裝置和栽植機構(gòu)配合實現(xiàn)兩行移栽，但整體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，工作可靠性有待進一步研究。

沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)邱立春等在穴盤苗移栽設(shè)計中，借鑒工業(yè)中機械手搬運工作原理，研制氣壓驅(qū)動鏟狀指針結(jié)構(gòu)的機械手及穴盤苗輸送裝置。中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院現(xiàn)代農(nóng)裝公司進行了基于PLC的缽苗自動輸送技術(shù)研究，研制出指鉗式鋪膜移栽機，同時還進行了齒輪-五桿自動取苗技術(shù)研究。此外，吉林大學(xué)孫廷蹤等及江蘇大學(xué)郁玉峰也先后對穴盤苗移栽機器人進行了研究。

3 影響旱地移栽機械化發(fā)展因素分析

我國對移植機的研究已經(jīng)取得了一定成果，但與發(fā)達國家的移植技術(shù)相比，我國的研究起步較晚，在發(fā)展中受各地自然條件、氣候特點、經(jīng)濟基礎(chǔ)、農(nóng)機工業(yè)水平等諸多因素影響與制約，推廣比較緩慢且不均衡。

我國的蔬菜生產(chǎn)條件、種植模式、作物品種等存在明顯差異，這些客觀因素增加了移植技術(shù)研究與產(chǎn)品開發(fā)的難度，制約著移栽機械的推廣應(yīng)用。與糧食作物生產(chǎn)機械化相比，我國旱地移植機械化技術(shù)研究時間較短，在借鑒國外成功經(jīng)驗，學(xué)習(xí)、消化和吸收國外先進技術(shù)過程中，仿效較多，自主創(chuàng)新不足，生產(chǎn)上缺少技術(shù)先進、性能可靠、生產(chǎn)適用的機型。

受農(nóng)機制造水平因素制約，國產(chǎn)栽植機械的性能單一，制造質(zhì)量粗糙，常用零部件的通用性和互換性較差。由于缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，制缽、育苗與栽植環(huán)節(jié)相互分離，自成體系，育苗沒有形成標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)模化。移植機械以半自動化為主，需要較多的輔助人員，作業(yè)效率低，成本高。

農(nóng)機與農(nóng)藝脫節(jié)嚴(yán)重。發(fā)達國家與移栽相配套的育苗技術(shù)已非常成熟，而我國的育苗機具和設(shè)施非常薄弱，尤其是適于營養(yǎng)缽苗和盤苗的高效精量播種設(shè)備匱乏，技術(shù)相對落后。

受蔬菜品種和農(nóng)藝特點的影響，農(nóng)機的普及和使用受到限制。蔬菜復(fù)種指數(shù)較高，可套種作物很多，在葉菜類、根莖類、瓜果類等作物間輪番間作，機械作業(yè)肯定會對套種作物有或多或少的損害，這種損害亦影響農(nóng)機使用。育苗標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)、水肥一體化技術(shù)、病蟲害綠色防治技術(shù)等都需要調(diào)整更新傳統(tǒng)蔬菜生產(chǎn)方式。

受蔬菜生長環(huán)境、食用部位、溫度要求和鮮嫩程度因素制約，技術(shù)上很難開發(fā)出通用的大型綜合機械。一方面，這些機械的適用性影響農(nóng)機大面積推廣。結(jié)球葉菜類收割機械、馬鈴薯聯(lián)合收獲機等對大片露地種植的卷心菜、馬鈴薯等作物發(fā)揮作用，茄果類采摘機械受空間限制難在溫室大棚中施展手腳，適用性受到限制。另一方面，機械的耐用性、安全性和售后服務(wù)也影響農(nóng)機推廣。

4 加快旱地移栽機械化發(fā)展的建議

縱觀國內(nèi)外移栽機械化的發(fā)展與應(yīng)用情況，結(jié)合我國具體國情，研制性能優(yōu)越、價格合理的高速移栽機將是今后國內(nèi)蔬菜移栽機的發(fā)展趨勢。為使移栽機能夠滿足生產(chǎn)需要并盡快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，提出幾點建議：

4.1 基礎(chǔ)研究與實踐應(yīng)用相結(jié)合

移栽機的核心是栽植機構(gòu)，對其進行動力學(xué)分析，確定其運動軌跡。在實驗室進行模擬試驗，然后在試驗地進行大量測試及考核作業(yè)，針對出現(xiàn)的問題進行改進，確定確實行之有效的方案。產(chǎn)、學(xué)、研多部門聯(lián)合研發(fā)是加快移栽機研制開發(fā)及成果轉(zhuǎn)化的重要途徑。建立移栽技術(shù)及移栽設(shè)備發(fā)展產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略聯(lián)盟，形成移栽技術(shù)發(fā)展體系，將移栽技術(shù)作為一項系統(tǒng)工程。

4.2 國外先進技術(shù)與國內(nèi)技術(shù)相結(jié)合

國外移植機械化發(fā)展時間早，經(jīng)驗豐富。國外的移栽設(shè)備技術(shù)先進，但是價格相當(dāng)昂貴，且不適合國內(nèi)的生產(chǎn)條件和種植模式。結(jié)合國內(nèi)移栽生產(chǎn)技術(shù)需求現(xiàn)狀，學(xué)習(xí)國外先進設(shè)備的先進技術(shù)和設(shè)計理念，然后進行技術(shù)再創(chuàng)新，研發(fā)適合我國國情的新型移栽設(shè)備，可縮短研發(fā)時時間，加快研發(fā)速度，早日實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

4.3 農(nóng)機與農(nóng)藝相結(jié)合

各地域的土壤環(huán)境、氣候條件、選育品種各不相同，這些是設(shè)計人員必須考慮的。農(nóng)機與農(nóng)藝結(jié)合，農(nóng)機為農(nóng)藝服務(wù)。在產(chǎn)品設(shè)計時，充分考慮區(qū)域生產(chǎn)特點，注重農(nóng)藝要求，研發(fā)的移栽設(shè)備的適用性、適應(yīng)性、通用性才能更加合理，才能被廣大用戶所認可。

4.4 通用型與專業(yè)型相結(jié)合

鑒于目前國內(nèi)移植機的適用性比較低，應(yīng)使通用型移植機與專業(yè)型移植機結(jié)合，以通用型移植機為主，并向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、規(guī)格化方向發(fā)展，結(jié)構(gòu)力求簡單、功能齊全、成本低廉、秧苗移植質(zhì)量好。半自動機移栽機作業(yè)需要較多的輔助人員，移栽速度有限，生產(chǎn)率不高。移植機研制需要將育苗和移植有機結(jié)合、機械與電子有機結(jié)合，著重解決移植過程中自動化問題，逐漸自主研制出全自動、全智能的移植機械。