云南高原山區蔬菜機械移栽技術研究

龍榮華 賴慶輝 陸琳 汪騫 高婷 鐘秋月 高玉蓉 秦榮 沙毓滄

摘要?云南是立體氣候，其土壤類型以及海拔類型多樣，對蔬菜種苗機栽移栽提出較高要求，一般的農業機械移栽機很難適應。為了有利于不同類型蔬菜苗的移栽，提高蔬菜苗移栽效果，減少對種苗的移栽損傷、漏苗率，降低勞動成本，提高產值，筆者提出了農藝技術與機械進行融合，根據云南獨特的氣候、土壤、海拔對農藝技術等進行適當改進，機械移栽才能達到較好效果。

關鍵詞?蔬菜;機械化移栽;高原山區;技術研究;云南

中圖分類號?S23?文獻標識碼?A?文章編號?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，海拔高度起伏較大，平均海拔2 000 m左右。蔬菜種植機械化程度以及種植規模受地形、海拔、土壤類型等的影響較大。在云南蔬菜產業發展中，種植面積大的蔬菜種類有葉菜類、根菜類、果菜類等，如白菜、甘藍、花椰菜、蘿卜、辣椒、西葫蘆等。據統計，十字花科蔬菜在云南高山冷涼蔬菜及冬早蔬菜中的比重較大，約50%。近幾年，隨著種植業的結構調整，云南省蔬菜的種植面積越來越大，2019年的蔬菜種植面積達119.76萬hm2，總產量2 412.55萬t，綜合產值達到1 030.52億元，出口118.690 7萬t，創匯14.92億美元。在蔬菜生產過程中，移栽或播種環節最費時費工，勞動成本較高，人工費約占整個生產過程投入的40%～50%，山區所占比重更大，達到了55%。隨著社會的發展以及人口年齡結構的變化，蔬菜生產所需的勞動力越來越緊張，因此急需研究出適合云南高原山區蔬菜機械化移栽的方法。

云南是立體氣候，其土壤及海拔類型多樣，農業類型屬于山地農業，對蔬菜種苗機移栽有較高要求，一般的農業機械移栽機很難適應。鑒于此，筆者提出了1種高原山區蔬菜移栽裝置及方法，可適應不同類型蔬菜苗的移栽，同時提高蔬菜苗移栽效果，減少對種苗的移栽損傷和漏苗率，降低勞動成本，提高產值。

1?蔬菜移栽機械研究進展

1.1?國內外蔬菜移栽機械概況

20世紀30年代，國外出現了手工喂苗的蔬菜移栽機具;20世紀50年代研制出多種不同結構形式的半自動移栽機;20世紀70年代末，設計出了精密苗盤播種機和自動移栽機;20世紀80年代初，設計出了箱式移栽機;日本研制了全自動移栽機。這些移栽機一般專用性都比較強，只適用于1種農作物，如甜菜自動移栽機、洋蔥自動移栽機等。國外缽苗移栽機的種類較多，有鉗夾式、吊籃式、導苗管式及帶夾圓盤式等。移栽器形式不同，所適合移栽的作物也有區別;但一般形式移栽器的通用性都比較強，通過農業生產的實際應用，這些移栽機的優越性明顯，它不僅能保證移栽秧苗的株行距和移栽深度均勻一致，而且能按技術要求在一定范圍內進行調整;重要的是消除了移栽過程中的傷苗問題，秧苗移栽后的直立度、覆土壓密程度等都可以得到控制。但是，這些機械普遍存在結構復雜、造價昂貴等問題[1-4]。

20世紀70年代開始，我國研制了用在甜菜上的裸根苗移栽機;20世紀80年代成功研制了半自動蔬菜移栽機;也從國外引進了多種適合于移栽蔬菜、烤煙、甜菜等經濟作物的移栽機械，但由于育苗技術落后、配套性能差以及機具本身性能不穩定和生產率低等原因，這些移栽機都未能得到推廣使用[5]。

近幾年來，育苗技術的發展以及勞動力成本的上升推動了移栽機械的研制開發工作。目前，國內已經研制開發的缽苗移栽機主要以半自動為主;而全自動移栽機因結構復雜、成本高，尚處在研究起步階段[5-7]。國內常見的移栽機主要有鉗夾式、鏈夾式、撓性圓盤式、吊藍式、導苗管式、帶式和滑道式移栽機，存在的共性問題包括會出現秧苗易倒伏和埋苗現象，以及喂苗速度快、漏栽率增加、機械使用壽命短、機械造價高等[2]。

1.2?蔬菜苗機械化移栽的發展前景

蔬菜苗移栽機械化是一個系統工程，應加強從育苗到移栽整個系統的研究，進一步完善與移栽配套的育苗設施及相應的配套技術，使育苗過程實現機械化、工廠化和設施化，研究解決缽苗整缽、斷根、裝盤和運輸等中間環節工作過程的機械化自動化問題，使育苗和移栽有機地結合，研制出多種自動、半自動移栽機，真正地實現我國農作物的育苗工廠化和移栽機械化[2，8]。顯而易見，實現栽植機械化已成為農業生產的迫切需要。21世紀我國育苗移栽機械化應當在發達國家成功經驗的基礎上，從我國育苗技術的實際情況出發，研制開發出適合我國國情的結構簡單、價格低廉、性能穩定可靠的育苗移栽機具和設備[9]。尤其是云南這種高海拔山區對機械的需求更迫切。

1.3?我國移栽機械需要解決的問題

我國在移栽機械的研究開發方面雖然取得了較大的進展，但仍然存在許多迫切需要解決的問題。現有的技術由于側重點在機械，而忽視了機械與農藝技術的融合，導致出現秧苗易倒伏和埋苗現象，而且漏栽率高、機械使用壽命短、機械造價高;目前還未見能適應云南高原山區的蔬菜移栽機械，引進后都需改進，否則會出現動力差且不易操作等問題[1]，具體表現在以下幾個方面：

①缺乏針對類似云南立體氣候、土壤類型多樣以及高原海拔下的山地農業機械在蔬菜種苗移栽上的應用。云南省外或國外的機械在云南的應用過程中，經常出現工作過程中時間稍長機械就會發熱且馬力不足、山地不適操作工作性能不穩定、缽苗栽植入田后直立度差、勞動強度大時易漏栽且生產率不高等問題。應當完善現有栽植機械的性能和功能。

例如，增加澆定根水、起壟和鋪膜以及免耕作業等功能[10]。

重新改造會造成功能下降、資源浪費。②研制出的移栽機通用性差、規格單一，不能適用于多種作物的移栽作業。③國外大多數蔬菜都是采用育苗移栽方式種植，而我國在蔬菜移栽機方面的研究卻幾乎是一片空白。因此，應當把研究開發適合特殊要求的栽植機作為今后研究的重點。

2?種植機械

2.1?基本結構?圖1為種植機構整體示意圖。

2.2?基本參數

移栽機整體結構質量為300～400 kg;種植方式為鴨嘴式苗杯種植;適合蔬菜種類包括甘藍、娃娃菜等葉菜類蔬菜;適合秧苗為128孔育苗穴盤育出的蔬菜苗;傳送帶線速度1 m/s;定植深度10～13 cm;適合株行距（30～35）cm×（20～30）cm;作業效率50～70株/min;適用起壟高度120 mm。

2.3?結構改進

2.3.1?取苗機構。取苗機構見圖2。

（1）非勻速間歇齒輪傳動。在旋轉箱體上對稱布置2個取苗臂，結構平穩，取苗效率高，相比于日本與國內其他取苗機構，該取苗機構能夠實現高速取苗。

（2）橢圓—非圓齒輪行星系取苗機構進行取苗。首先，解決當前人工取苗過程中效率低、工作方式粗放、漏苗率高等問題;其次，該機構結構尺寸較小、結構相對簡單、運行平穩、振動較小，在旋轉式高速取苗階段實現間歇，完成取苗與推苗，減少機械在取苗、推苗過程中對基質的損害，滿足丘陵山地地區機械作業小型化的要求;再次，齒輪箱殼體兩側對稱布置相同取苗針，機構旋轉1周可實現2次取苗和推苗操作，且齒輪嚙合平穩，提高了取苗效率，對于提高丘陵山地地區的蔬菜移栽機械化和生產率有積極意義。

（3）凸輪機構推動取苗針的方式進行取苗。采用凸輪機構，結構緊湊，機械機構簡單，可靠性高，可以實現適應橢圓—非圓齒輪行星系高速化取苗作業的優點。同時，取苗針插入土壤后夾緊基質，可以使基質最大限度地保持原有形狀，在推苗后以1個近乎完整的形態落入栽植器，完成栽植。取苗機構結合夾取式取苗機構取苗效率高、傷苗率低的優點。

2.3.2?移植器。移植器結構見圖3。

（1）鴨嘴式栽植器。缽苗在栽植后直立度高，鴨嘴在栽植過程中可以始終與壟面保持垂直，提高了立苗率。與國內外其余栽植機構相比，該機構軌跡豐富，可以通過變動連桿尺寸參數、機組作業速度與傳動比來改善栽植性能，便于根據云南地區丘陵山地地形特點設計符合農藝要求的栽植軌跡，可以因不同作物的株行距來調整機械。

（2）齒輪開合機構。齒輪嚙合較插銷式嚙合機構運行平穩，可根據缽苗苗齡大小張開適合缽苗株錐角的角度。齒輪機構目前主要用于各類機械傳動方面，在控制移栽機栽植器鴨嘴開合部分幾乎無應用。相對于插銷式開合機構，齒輪開合機構不僅加工裝配簡單、生產加工成本較少，而且還可根據栽植秧苗株錐角大小配合拉線結構合理改進鴨嘴張開角度，且齒輪機構本身運行平穩，在鴨嘴張開閉合過程中自身產生的振動較小，對缽苗基質的損害小，在鴨嘴張開閉合過程中所受的摩擦力小于插銷開合機構，不會出現卡頓現象，且可延長鴨嘴使用壽命。

2.3.3?移植機構。移植機構見圖4。采用五連桿式栽植機構，該機構結構平穩、性能穩定，在承載相同負荷條件下所受壓力較小;栽植過程中機構受到的振動沖擊小，對缽苗基質損傷小;在運行時更加平穩，不會因配重不均造成機構急回問題而產生振動，進而影響其在土壤栽植過程中由于振動而產生的缽苗基質損傷、栽苗不直立等問題。

3?一種高原山區蔬菜移栽方法

為了能讓機械滿足云南不同海拔、氣候以及土壤類型多樣條件下的蔬菜機械化移栽，對農藝參數進行了調整。

3.1?工藝流程

具體工藝流程為旋耕機整地碎土→起壟機起壟→根據需求調節蔬菜移栽機栽插行距、株距和深度→運苗、取苗→秧苗被苗杯栽植進入大田→覆土器對栽植秧苗進行覆土鎮壓。

3.2?實施步驟

3.2.1?整地碎土。區別于傳統橫軸式旋耕機整地碎土，采用2組立軸式刀輥，相鄰刀具轉速大小相等，方向相反，立軸刀體刀身下部頂端為圓錐形，上部為立式銑刀形狀，其作業原理為立式鉆銑模式，進行整地碎土時，既可減少刀輥進入土壤中的阻力，方便刀輥入土和持續前進，降低作業功率，又可進行土壤深耕，解決丘陵山地耕作深淺的問題，具備良好的上翻下松作業效果和土壤破碎能力，有利于起壟機構進行起壟作業。

3.2.2?起壟。農藝要求為壟面寬1.2 m，壟溝深0.25～0.30 m，各壟之間溝渠距離為0.25 m，壟面長度視作業地段長度而定。

3.2.3?行株距。根據不同蔬菜的特征特性確定其株行距和種植深度，以花椰菜為例，其農藝要求決定行株距為0.35 m×0.30 m，種植深度為0.10～0.15 m。

3.2.4?運苗和取苗。采用128孔穴盤，長寬為0.54 m × 0.28 m，運苗過程將采用橫縱向步進位移機構進行秧苗穴盤運送：依靠凸輪進行秧苗穴盤橫向運動進給，橫向進給距離為28 cm;根據移栽要求進行往復運動，依靠棘輪運動進行秧苗穴盤縱向移動。

3.2.5?移栽。依靠五桿栽植機構進行蔬菜小苗移栽，其具體栽植移栽部件為鴨嘴式苗杯，栽植軌跡高度為0.32 m，栽植深度為0.10～0.15 m。最后覆土，澆定根水。

4?結論

該技術適用于云南高海拔、坡度大、土壤類型多樣的山區地區蔬菜種苗機械移栽。取苗機構采用非勻速間歇齒輪傳動，結構平穩，在旋轉箱體上對稱布置2個取苗臂，提高了工作穩定性，取苗效率高，與日本和國內其余取苗機構相比，該取苗機構能夠實現高速取苗。采用五連桿式栽植機構，該機構結構平穩、性能穩定，在承載相同負荷條件下所受壓力較小;栽植過程中機構受到的振動沖擊小，對缽苗基質損傷小;采用鴨嘴式栽植器，缽苗在栽植后直立度高，鴨嘴在栽植過程中可以始終與壟面保持垂直，提高了立苗率。與國內外其余栽植機構相比，該機構軌跡豐富，可以通過變動連桿尺寸參數、機組作業速度與傳動比來改善栽植性能，便于根據云南地區丘陵山地地形特點設計符合農藝要求的栽植軌跡，可以因不同作物的株行距來調整機械。蔬菜人工移栽效率為0.022 hm2/d，通過機械定植的作業效率按0.1 hm2/h計算，每天可移栽0.8 hm2，節約人工33人。

參考文獻

[1]周成，陳海濤，李麗霞.結球甘藍特性及收獲機械化現狀分析[J].東北農業大學學報，2012，43（8）：135-138.

[2]李其昀.機械化育苗移栽的現狀與展望[J].農機化研究，2006，28（3）：26-27.

[3]劉效亮，李其昀.育苗移栽機械化發展方向[J].山東理工大學學報（自然科學版），2003，17（3）：108-110.

[4]李建剛.移栽機械臂及其控制器的研究[D].南京：南京農業大學，2009.

[5]張會娟，胡志超，吳峰，等.國內育苗移栽機械概況與發展思考[J].江蘇農業科學，2010，38（6）：570-572.

[6]張茫茫.兵團農二師移栽機械化的發展現狀研究[J].科技創新與應用，2012（22）：64.

[7]王萬斌.棉花移栽機的現狀及發展趨勢分析[J].科技信息，2012（4）：24，26.

[8]武科.吊籃式棉花移栽機栽植器的研究與分析[D].石河子：石河子大學，2010.

[9]武科，陳永成，畢新勝.新疆育苗移栽機械化的發展趨勢[J].農機化研究，2010，32（1）：230-232.

[10]韓占全，封俊，曾愛軍.我國旱地栽植機械的現狀和發展前景[J].現代化農業，2000（8）：29-31.