溫室種苗生產機械化補苗技術*

穴盤育苗技術現已被廣泛應用于蔬菜、花卉的生產。空穴或壞苗較多的穴盤苗不利于成品苗的出售或后續機械化移栽，因此出苗前要嚴格控制穴盤種苗品質。

歐洲針對穴盤種苗出現壞苗、空穴，一般采用兩種方式保證穴盤苗的品質，一種是分級，先將所有穴盤苗取出，然后通過機械手抓取放入轉運杯中，轉運杯運動至機器視覺檢測室，在檢測室內相機通過苗的側視圖判別每一個轉運杯中種苗的級別，再依據判定的級別，通過再將每個苗依次移到對應級別穴盤中，不合格的種苗直接丟棄；第二種是剔苗后進行補苗，首先穴盤苗進入機器視覺檢測室，通過穴盤苗正上方的機器視覺相機拍攝穴盤苗的俯視圖，判別整盤中哪個穴孔位置有不合格種苗或是空穴，將不合格位置坐標傳給控制器，穴盤進入剔苗區，通過氣流將不合格位置的基質或不合格的種苗吹出，再通過機械手用合格苗補齊穴盤的空穴。荷蘭Visser 公司、Flier 公司、TTA 公司、以及意大利等都開發了以上分級或補苗裝備[1]。在國內，尋真福[2]采用光敏傳感器對穴盤苗的缺苗信息進行檢測，設計了一種穴盤苗檢測與補苗裝置。金鑫[3]通過機器視覺對穴盤苗莖稈進行判別，判斷穴盤穴孔是否有苗；梁喜鳳[4]等針對子葉期蔬菜穴盤苗研制了一種包裹式補苗末端執行器；丁煜華[5]基于機器視覺技術，設計了一款針對穴盤苗的剔補試驗樣機。另外，華南農業大學也針對葉片遮擋穴盤苗品質檢測和補苗作業進行了相關研究[6]。

常見補苗技術

穴盤苗剔苗-補苗機

荷蘭Visser 公司較早開始開發穴盤苗的補苗機械，圖1 為依靠兩個機械手進行剔苗和補苗作業的裝備。作業時兩盤穴盤苗分別通過各自的輸送帶送入機器視覺檢測室（圖1a），視覺相機通過拍攝各穴盤俯視圖像，判斷各穴內苗的品質是否合格，接著將各穴苗的信息傳遞給兩個機械手。如圖1b 所示，進入機器的兩列穴盤分別為右列待補苗穴盤、左列供合格苗盤，在兩機械手接到穴盤內各穴的苗質量信息后，右側剔苗機械手將右列穴盤不合格苗穴的基質塊撿拾并剔除，同時左側補苗機械手在左列穴盤中撿拾出一合格苗，補入剔苗機械手剛移空的右列穴盤的空穴位。以此類推兩個機械手循環動作完成穴盤的不合格苗剔除和合格苗補苗作業。

圖1 荷蘭Visser 穴盤苗剔苗-補苗機

荷蘭TTA 公司是穴盤種苗移植機專業生產企業，擁有多款產品。圖2 所示為穴盤苗剔苗-補苗機，作業時，穴盤首先進入機器視覺檢測室判斷穴盤苗是否合格（圖2a），然后離開檢測室采用氣力將穴盤不合格穴位剔除（圖2b），最后一個環節是由一列機械手撿拾另一穴盤里合格的苗，補齊剔除的穴盤空穴位（圖2c）。

圖2 荷蘭TTA 穴盤苗剔苗-補苗機

荷蘭Flier Systems 公司開發出一小型穴盤剔苗機，如圖3。穴盤剔苗機主要由穴盤輸送線、機器視覺系統和氣力剔除裝置構成（圖3a），該機只對穴盤內存在的不合格壞苗進行剔除。作業時，首先將待剔除穴盤放入穴盤剔苗機的穴盤輸送線上（圖3b），穴盤自動被送入機器視覺系統下方，機器視覺系統將通過內部數字相機拍攝的俯視圖像確定穴盤內不合格苗穴的位置，將相關數據通過控制系統傳給氣力剔除裝置，氣力剔除裝置根據機器視覺系統傳遞的不合格苗穴的位置信息，逐行通過氣力將穴盤各行中不合格苗穴位置的基質連同不合格苗一同吹出（圖3c），根據穴盤規格的相應變化，氣力剔除裝置的結構尺寸可進行相應更換。

圖3 荷蘭Flier Systems 穴盤苗剔苗機

圖4 為荷蘭Flyer Systems 公司的小型可移動式穴盤補苗機，主要由兩條輸送線、雙機器視覺系統和5 個移栽機械手構成。補苗作業時，補苗穴盤進入補苗機后，穴盤被分成兩路，一路是補苗輸送線，輸出的是需補齊苗的穴盤，另一路是供苗輸送線，穴盤內的苗作為補充合格苗使用，兩條輸送線均通過機器視覺進行缺苗分析，3 個機械手將補苗輸送線上穴盤內的壞苗剔除干凈，另外2 個機械手將供苗輸送線上穴盤內的合格苗移栽到前3 個機械手剔除的空穴內，補苗輸送線輸送的是需要補齊苗的穴盤，供苗輸送線輸送的是提供補苗用合格苗的穴盤。

圖4 荷蘭Flier Systems 穴盤苗補苗機

穴盤苗分級-移栽機

圖5 為荷蘭Visser 公司的穴盤苗分級機，在機器視覺檢測室內，首先將待分級穴盤苗的一列苗頂出，視覺相機拍攝苗的側視圖像（圖5a），繼而判斷每個苗的品質是否合格，接著將信息傳遞給一列機械手，這列機械手將頂出的這列苗全部撿拾，依據分級信息，分成三級分別放入各自輸送帶的穴盤內（圖5b），不合格苗丟棄。

圖5 荷蘭Visser 穴盤苗分級機

圖6 為荷蘭Visser 公司的穴盤苗分級移植機，其與傳統移植機不同點是被移植苗是檢測過的，不合格的苗被剔除丟棄。作業時，移植機械手將被移植苗提起，通過視覺相機拍攝側視圖像并判斷其是否合格后，將合格苗由密植穴盤移入稀植穴盤，不合格的苗丟棄。

圖6 荷蘭Visser 穴盤苗分級移植機

圖7 為荷蘭Flyer Systems 公司的一款基于機器視覺系統的穴盤苗快速分級系統，其基本原理是利用機械手將穴盤內的種苗全部取出放置于可快速移動的轉運杯內（圖7a），這些轉運杯在自動輸送系統驅動下快速進入機器視覺識別分級系統，依次采集轉運杯內的種苗側視圖像（圖7b），采集的圖像經計算機分析處理后可獲得每株種苗的植株高度、葉冠面積、莖粗和顏色等參數（圖7c），根據客戶的分級標準要求，計算機可對這些轉運杯內的種苗進行分級，并分別送入不同的等級軌道內（圖7d），再通過另一套機械手將轉運杯內分好等級的幼苗分別抓取放到不同等級的穴盤內輸出（圖7e）。用后轉運杯經清洗，可再次循環使用（圖7f）。

圖7 荷蘭Flier Systems 種苗苗分級系統

圖8 是荷蘭TTA 公司的穴盤苗分級移植機，作業時一列機械手將穴盤中的一整列苗全部撿拾取出，通過機器視覺檢測苗的側視圖像判斷其級別、是否合格，機械手得到這些苗的品質信息后，將苗按照大、小兩個級別移入不同稀植穴盤，不合格的苗丟棄。圖9 是一穴盤合格苗移植機，該機器在傳統穴盤苗移植機的基礎上增設了穴盤苗機器視覺品質檢測裝置，不對苗進行分級，僅作合格與不合格判斷，合格苗移入稀植穴盤，不合格苗丟棄。

圖8 荷蘭TTA 穴盤苗分級移植機

圖9 荷蘭TTA 穴盤合格苗移植機

意大利Techmek 穴盤苗分級系統（圖10）與荷蘭Flier Systems 穴盤苗分級系統相比，工作原理基本相同，只是在通過機器視覺分級分析后的處理有所不同，Flier Systems 系統采用把不同級別苗集中分類、集中放回穴盤的作業方式，而Techmek系統對分完級別的苗不歸類，直接采用可快速動作的并聯機械手臂帶動苗夾持手快速將苗依次分別放入不同級別的穴盤內（圖10d）。另外，Techmek 獨創了具有4 個開口的運載杯，便于種苗移栽爪由運載杯抓取基質塊送入相應級別的穴盤中，其系統成本比Flier Systems 系統低。Techmek 種苗分級系統根據植物的大小有所差異，種苗最多可分級數為4，廢苗直接送入垃圾箱丟棄。

圖10 意大利Techmek 穴盤苗分級系統

總結

穴盤補苗技術目前以歐洲技術為主，國內雖然開展了研究，但是還沒有成型產品面市。對出售前穴盤成苗進行補苗的目的是為了保證客戶拿到的種苗品質均一，進而確保種苗種植企業的預期售價。穴盤苗分級是在培育生產中進行的，以求達到不同的苗有各自的出苗期，大苗先出貨，小苗后出貨；穴盤苗補苗是在出貨前剔除不合格的苗，如果前期沒有分級，有可能會剔除一批較小的苗丟棄，造成一定的經濟損失。生產中是采用分級，還是采用補苗要依據企業的生產規模、經濟實力而定，一般分級模式多用于生產規模較大的企業，因為分級設備比補苗設備復雜，價格相對較高。種子品質與栽培水平也決定了作業方式，如果培育的穴盤苗出貨時的品質均一性較好，不合格苗占比較小，那么，采用補苗形式就可以。另外，補苗方式的選擇涉及多方面的因素，如穴盤的材料與類型、種苗的形態與出苗大小、種苗葉片的遮擋程度、栽培基質的類型等，不是選購一款現有機器就可以解決的，這需要種植企業與補苗裝備生產企業進行詳細的技術溝通才可保證栽培技術與補苗裝備作業能力相匹配。