2ZB-2型吊杯式蔬菜移栽機的適用性研究

郭建業

(北京市農業機械試驗鑒定推廣站，北京 100079)

0 引言

蔬菜是北京郊區農業中的重點產業，是城鄉居民生活必不可少的重要農產品。按照北京市《關于調結構轉方式、發展高效節水農業的意見》中“調糧、保菜、做精畜牧水產業”的目標，“十二五”末菜田將增加到4.7萬hm2左右，并將穩定菜田面積，保障首都“菜籃子”供應。蔬菜移栽作業是整個生產過程中關鍵環節之一，由于移栽種植能起到保苗、壯苗作用，提高秧苗的成果率，并且可以提前蔬菜的成熟期，因此約有60%的蔬菜都已采用育苗移栽的方式進行種植[1-6]。

目前，北京市的秧苗移栽絕大部分是通過人工完成，從起壟、鋪管、鋪膜、打孔、定植到覆土，往往需要三四個人協作，尤其在定植時人要在地里半蹲著操作，半天時間不僅腰酸背痛，而且最多只能栽植2 600株苗左右。這種“面朝黃土背朝天”的作業方式，與如今不斷擴大種植規模、勞動力緊缺的現狀產生矛盾。一方面，園區追求集約化規模種植，提高蔬菜產量，而人工定植影響栽植質量；另一方面，農業雇工難，這種高強度作業方式降低人們從業的積極性[7-8]。由此阻礙了蔬菜產業的快速發展，急需提高蔬菜作業機械化水平。其中，提高移栽作業機械化水平已成為北京市蔬菜種植業迫切需要解決的問題。

當前蔬菜移栽機主要有鏈夾式移栽機、導苗管式移栽機和吊杯式移栽機[9-11]。由于地膜覆蓋可以提高土壤墑情，滴灌澆水可節約農業用水，因此北京市普遍采用地膜覆蓋加滴灌的種植農藝。鏈夾式移栽機容易傷苗和埋苗[12],導苗管式移栽機只能完成移栽單項作業，不能進行鋪膜和加水作業[13]，只有吊杯式移栽機可以實現膜上成穴和栽植、澆水作業的功能[14]；但由于移栽機一次投入成本偏大、農機農藝融合性不高等原因未得到廣泛推廣及批量生產。因此，本文以2ZB-2型吊杯式蔬菜移栽機為研究對象，分別對影響秧苗移栽直立度合格率的3個主要因素—秧苗高度、移栽深度、移栽速度進行單因素試驗，以確定其對秧苗移栽合格率影響程度的大小，并進一步進行了正交試驗，以期篩選提高秧苗移栽效果好又滿足農藝對移栽質量要求的優化組合條件。同時，對其進行了經濟效益分析，為吊杯式蔬菜移栽機的農機農藝融合及推廣應用提供理論參考依據。

1 結構與工作原理

2ZB-2型吊杯式蔬菜移栽機主要由機架、投苗筒、栽植裝置、驅動地輪、壓實輪及鋪膜裝置等組成，如圖1所示。

移栽前，需進行旋耕、起壟，并把滴灌帶與地膜架在機子相應位置。作業時，在354D拖拉機的牽引下，滴灌帶與地膜會同時卷放在壟上，并將滴灌帶鋪設在壟中間兩側；工人在設備的座椅上將穴盤苗放入投苗筒中，當投苗筒轉到固定盤缺口處時投苗筒底部的活門就會自動打開，筒中的秧苗順著導苗嘴落到吊杯中；載有秧苗的吊杯做豎向圓周運動，當旋轉到最低點時，吊杯尖嘴會刺破地膜扎入土壤中，同時作張開動作，秧苗便落入土壤中；隨著移栽機前進，吊杯離開土壤，后面的覆土輪對壟兩側的地膜進行覆土，壓實輪對栽植空進行覆土和鎮壓，從而一次完成鋪滴灌帶、地膜與移栽作業。

圖1 2ZB-2型吊杯式蔬菜移栽機Fig.1 The 2ZB-2 type Dibble-type vegetable transplanting machine

2 試驗研究

2.1 材料與試驗條件

試驗采用2ZB-2型吊杯式蔬菜移栽，在順義綜合試驗站進行。栽植作物為“仙克8號”番茄苗，經過72孔穴盤育苗栽培。育苗基質主要成分為草木灰；土壤含水率 15%～18%，最大顆粒28cm；壟高12～15cm，壟底寬100～110cm，壟頂寬80～90cm；栽植株距35cm，行距70cm。

2.2 試驗指標

秧苗栽植狀態是移栽機栽植性能的一個重要評價指標。秧苗栽植狀態的性能指標包括秧苗直立度、埋苗率、露苗率和傷苗率等[14]。本研究主要分析對秧苗栽植狀態影響的主要因素，因此確定秧苗直立度合格率為重要評價指標。秧苗直立度是指苗栽植后的直立狀態，用秧苗莖桿與地面的夾角α來評價。對于蔬菜，α≤45°為倒伏，45°<α定為合格，70°<α視為優良[15]。直立度合格率G=n1/n×100%。其中，n為投苗總數；n1為合格秧苗數[15]。

2.3 試驗安排

重點選取對試驗指標影響較大的因素(即秧苗高度、栽植深度及移栽速度)，對移栽秧苗直立度合格率進行單因素試驗。各試驗因素及其水平如表1所示。

在單因素試驗的方差分析基礎上，分析各因素對試驗指標的影響程度；然后選擇因素水平，進行正交試驗，以確定因素的主次并優化出最佳方案。

表1 單因素試驗因素及其水平Table 1 The factors and levels of single factor test

2.4 單因素試驗及其結果與分析

2.4.1 單因素試驗方法

1)在秧苗高度為15cm、栽植深度為8cm的條件下，按表1在0.15 ～ 1.20 m/s范圍內調整移栽速度，進行秧苗移栽。

2)在秧苗高度為15cm、移栽速度為0.30m/s的條件下，按表1在4～14cm范圍內調整栽植深度，進行秧苗移栽。

3)在移栽速度為0.30m/s、栽植深度為8cm的條件下，按表1在6～27cm范圍內調整秧苗高度，進行秧苗移栽。

2.4.2 單因素試驗結果與分析

1)移栽速度對移栽秧苗直立度合格率的影響。在秧苗高度和栽植深度一定的條件下，隨著機組前進速度的提高，得到直立度合格率與機組前進速度間的關系曲線，如圖 2 所示。

由圖2可知：隨著移栽速度的提高，試驗指標變化較大。當移栽速度在0.30～0.60 m/s 時，直立度合格率能達到80%以上，這是因為機組的前進速度與土壤的回流速度反向一致，回土總量滿足開溝回填要求，秧苗落入土壤后能及時被固定，經過覆土鎮壓提高秧苗的栽植效果；當移栽速度低于0.30 m/s時，機組速度過低，秧苗易傾倒，直立度合格率不高，在60%左右；當移栽速度在0.60～1.20 m/s 時，隨著速度提高，直立度合格率急速下降，低于60%，這是由于前傾現象較多、埋苗率增加導致。

一般農藝要求秧苗直立度合格率應大于 60%[16]，因此該吊杯式移栽的前進速度在0.30～0.60m/s范圍內為宜。

圖2 機組前進速度與試驗指標的關系Fig.2 The relationship between transplanting speed and the straightness rate of the seedlings

2)栽植深度對移栽秧苗直立度合格率的影響。在秧苗高度和移栽速度一定的條件下，改變栽植深度，得到試驗指標直立度合格率與試驗因素栽植深度間的關系曲線如圖 3所示。

圖3 栽植深度與試驗指標的關系Fig.3 The relationship between planting depth and the straightness rate of the seedlings

由圖3可知：隨著栽植深度的加大，直立度合格率呈現先增大后減小的趨勢。在8～12cm的栽植深度范圍內，直立度合格率能達到70%以上，并且變化較為穩定，平均為85%；其他范圍內，直立度合格率都快速下降，低于60%。這是因為吊杯栽植時所開溝為V字形，若開溝太淺，秧苗根部的基質坨不能完全落入溝中，很容易被覆土鎮壓過程中的土流和注水時的水流影響，導致倒伏；若開溝太深，秧苗莖稈大部分會在土溝內，很容易被埋苗。因此，移栽效果并不是隨著栽植深度的加大而提高的，該吊杯移栽機的栽植深度以8～12cm為宜。

3)秧苗高度對移栽秧苗直立度合格率的影響。在移栽速度和栽植深度一定的條件下，改變秧苗高度，得到試驗指標直立度合格率與試驗因素秧苗高度間的關系曲線，如圖 4所示。

圖4 秧苗高度與試驗指標的關系Fig.4 The relationship between the height of seedlings and the straightness rate of the seedlings

由圖4可知：隨著秧苗高度的加大，直立度合格率也是呈現先增大后減小的趨勢。在15cm時，直立度合格率達到最大94%；在12～18cm范圍內，試驗指標的變化較為穩定，合格率在80%以上；在6～12cm范圍內，直立度合格率平均為56%；在18～27cm范圍內，直立度合格率平均為46%。這是因為在傳動比、投苗筒高度與活門傾斜角度一定的條件下，秧苗高度越低，從投苗筒中下落的速度越快；然而吊杯接苗高度是一定的，就會造成秧苗不能完全落入吊杯中，導致露苗率提高。秧苗高度大，會導致當吊杯從最低點向最高點運動的過程中與已栽的秧苗發生碰撞，此時吊杯正在閉合，就會導致夾苗，損壞已栽的秧苗；同時，秧苗高度增大，頂端質量比底部大，造成立苗角度變小，也易導致倒伏。因此，宜選擇12～18cm高度范圍內的秧進行移栽。

2.5 正交試驗及其結果與分析

為了分辨試驗誤差和測定各因素水平變化對試驗結果有無真正影響及各因素對試驗指標影響的顯著性水平，進行了正交試驗。

2.5.1 正交試驗設計

根據單因素試驗結果，確定各因素的適宜水平，選擇L9(34)正交表進行正交試驗。因素水平編碼如表2所示，試驗表頭如表3所示。

表2 正交試驗因素水平表Table 2 Table of orthogonal test factors

表3 正交試驗表頭設計Table 3 Orthogonal test header

2.5.2 正交試驗結果與分析

正交試驗結果及極差分析如表4所示。

由極差分析結果可知：影響秧苗栽植直立度合格率的主次因素順序為：栽植深度>移栽速度>秧苗高度。

對所作正交試驗運用方差分析法進一步分析，計算結果如表5所示。由表5可以看出：方差分析的結果與極差結果是完全一致的。栽植番茄秧苗時，對直立度合格率影響最為顯著的因素是栽植深度，顯著性水平為 0.05；其次為移栽速度，顯著性水平為 0.10；最后是秧苗高度，顯著性水平為 0.10。

表4 正交試驗結果及極差分析L9(34)Table 4 The results of Orthogonal test and range analysis

表5 正交試驗結果方差分析表Table 5 The results of variance analysis of orthogonal test

2.6 優化結果與田間試驗

正交試驗方差分析的觀點：根據因素的主次順序在確定最優水平組合時，可對主要因素選擇最好條件；而對于次要因素，即可選擇最好水平，又可選擇試驗范圍內。因此，應綜合考慮其他指標的影響因素(如漏栽率、重載率等)進行參數的優化選取，得到較優組合為A2B2C2，即秧苗高度為15～18cm、移栽速度為0.45m/s、栽植深度為10cm。

田間試驗地點選在順義綠富農專業產銷合作社的生產園區，土壤含水率為17%～19%。在優化的最佳組合條件下進行了性能測試，如圖5所示，測試結果如表 6 所示。測試表明：在優化試驗條件下，該移栽機移栽秧苗的直立度合格率可達到90%以上，移栽效果優良，并能滿足農藝技術要求。

圖5 田間試驗Fig.5 Field trials

表6 田間試驗結果Table 6 The results of field test

3 經濟效益分析

蔬菜機械移栽成本如表7所示。人工移栽作業效率為0.006 7hm2/h，按人均工資10元/h計，3人同時作業，則人工移栽成本為4 477.6元/hm2，機械移栽和人工移栽相比效率可提高11倍多，每公頃可節約成本3 867.5元/hm2，經濟效益明顯。若1年作業達到10.6hm2，便可收回設備投入成本。

表7 2ZB-2型吊杯式蔬菜機械移栽成本分析結果Table 7 The results of analysis of vegetable machinery transplanting cost

4 結論

1)本研究是在移栽試驗的基礎上，對影響2ZB-2型吊杯式蔬菜移栽機的栽植狀態—秧苗直立度合格率的主要因素進行了單因素試驗分析，確定各因素的適宜水平。結果表明，適宜水平是秧苗高度12～18cm、移栽速度0.30～0.60m/s、栽植深度6～8cm。利用正交試驗設計方法，進行三因素三水平的試驗，采用極差和方差分析方法，確定各因素對試驗指標的影響主次及顯著水平：栽植深度對對直立度合格率影響最顯著，顯著水平為0.05；移栽速度和秧苗高度，顯著水平均為0.10；獲得最優移栽方案為秧苗高度為15～18cm，移栽速度為0.45m/s，栽植深度為10cm；在最優移栽方案下，該移栽機的秧苗直立度合格率可達到91.35%，移栽效果優良。

2)通過田間試驗及經濟效益分析，2ZB-2型吊杯式蔬菜移栽機的生產效率是人工生產效率的10倍以上，并且可節約人工成本3867.5元/hm2，作業達到10.6hm2，便可收回設備投入成本。

3)該移栽機不僅可以減輕菜農的勞動強度，提高經濟效益，還可以進一步提升北京市蔬菜生產機械化種植水平，具有良好的推廣應用價值。