基质块苗蔬菜移栽机试验研究

崔志超，陈永生,2，管春松，杨雅婷，高庆生，赵国栋

(1.农业部南京农业机械化研究所，南京 210014；2.江苏现代园艺工程技术中心，江苏 镇江 212000)

0 引言

蔬菜种植主要以直播和移栽两种方式为主，由于育苗移栽利于秧苗成活及后期管理和收获，使得我国目前约有60%以上的蔬菜品种采用育苗移栽的方式种植[1]。长期以来，蔬菜移栽作业主要以人工为主，但是在当前我国农业已进入高投入、高成本的大背景下，用工难、用工贵的问题在蔬菜生产中日发凸显。近10年来，我国蔬菜生产成本年均涨幅在10%以上，特别是人工费用上涨最快，年均涨幅达18%[2]。随着我国城镇化进程的加快和农村富余劳动力向非农产业的转移，劳动力成本不断增大将成为蔬菜生产发展的主要制约因素，也将成为实行机械化的直接推动力。另外，由于蔬菜生长周期短、受气候影响较大且种植工序繁多，因此急需一种作业效果好且效率高的移栽机来替代人工生产。

国内于20世纪60年代开始对移栽机的研究，最初应用于棉花或甘薯种植；80年代研制出现半自动蔬菜移栽机[3]，由于育苗工艺更新速度慢、移栽机配套不足等原因而没能普遍推广。近几年，通过技术引进、自主研发逐渐出现了少量蔬菜半自动移栽机械，如现代农装科技股份有限公司的2ZY系列[4]、华龙农备有限公司的2ZBZ系列等。现有半自动移栽机的业装栽植频率受限于工人喂苗速度，通常在40株/min·行-1左右，作业效率低，且用工数在4～5人左右，省力不省工。全自动移栽方面，江苏大学[5]和浙江理工大学[6]在这方面发表论文较多，并研制了样机，但与之配套的育苗技术要求较高，取苗系统复杂，尚处试验阶段，市场上未见到成熟产品推广。因此，国内蔬菜移栽技术与装备还处于起步阶段。国外蔬菜移栽机械较发达地区以欧美和日本为代表，从推广使用程度来讲，欧美国家主要还是以半自动移栽机为主，比例约占95%，全自动移栽机受多方面因素影响推广使用比例仅占5%；而日本恰好相反，由于劳动力短缺、丘陵山地较多、田块较小，推广机型以小巧灵活的全自动移栽机为主，如久保田SKP-100MPC型、井关PVHR2-E18型、洋马PF2R型等[7-10]。相对半自动移栽机，具有作业效率较高、省工省力等优点，但是专用性较强，对钵苗培育和苗盘制作要求较高，所以在国内推广效果甚微。近几年，随着育苗工艺的不断革新，欧洲国家研究出基质块育苗移栽机。采用基质块育苗可以防止根部损伤，提高保水保肥能力，因此发展较快，配套较完善。

针对上述问题，引进了一种基质块苗蔬菜移栽机，该机器采用机液气多动力源组合控制，集畦面整平、开沟、移栽、覆土等功能于一体，可实现蔬菜快速高效移栽作业。本文为蔬菜移栽机械研究提供一种参考机型，以期在国内得到推广应用。

1 整体结构及工作过程

1.1 整体结构组成

基质块苗蔬菜移栽机主要由动力源、地轮、驱动滚筒、开沟覆土装置、输送分苗装置、栽植装置及机架等部分组成，如图1所示。其中，动力源包括液压泵和空气压缩机，均由拖拉机动力输出轴提供动力；地轮分别安装到机架的四角，可调节机具整体离地间隙；驱动滚筒由液压马达驱动，通过链条带动栽植装置和输送分苗装置动作；开沟覆土装置位于栽植装置正下方；输送分苗装置设置在机架后方；栽植装置设置在输送分苗装置前方，开沟器正上方；所有部件均固定在机架上，机架上方设置苗盘支架。该机能一次作业完成畦面整平、开沟、移栽、覆土等工序。技术参数如表1所示。

1.动力源 2.前地轮 3.驱动滚筒 4.开沟覆土装置 5.后地轮 6.输送分苗装置 7.栽植装置

项目单位参数外形尺寸mm3000×3000×1900整机重量kg600～700配套动力kW≥44.1PTOr/min540基质块尺寸mm(30×30-40×40-50×50)行数行4行距mm≥270(可调)株距mm≥230(可调)效率株/行∙h4000

1.2 工作过程

工作时，机器由拖拉机牵引作业，拖拉机动力输出轴与移栽机动力源连接，为整机各部件协同工作提供动力。首先，平底滚筒将栽植区域内的土壤压平，开沟器在压平后的土壤上开出矩形栽植沟；然后，人工将方体基质块苗从苗盘内成排取出放在后输送带上；成排基质块苗被连续向前输送，经间歇分苗机构区分后，始终保持前输送带顶端只保留1株基质块苗；栽植装置上的栽植器跨过前输送带并夹持顶端的基质块将其带走，当栽植器运动到近地端时被打开器被强制打开，方体基质块苗靠自身重力落入开沟器开出的栽植沟内；最后，覆土器对基质块进行覆土掩埋，完成基质块苗的栽植。

2 试验与分析

2.1 试验条件和方法

试验时间：2017年5月17-20日。

试验地点：北京中农富通农场试验田。

试验装置：多功能蔬菜快速移栽机样机配套雷沃欧豹M954-D型拖拉机，如图2所示。

图2 田间试验

试验对象：生长周期为25d、40×40×40mm的立方体基质块玉米苗，如图3所示。

土壤条件：沙壤土，试验前采用复式精整地机对其旋耕、细碎、起垄，垄面平整无大土块、石块、秸秆及杂草等障碍物，土壤含水率≤20%，符合秧苗栽植要求。

试验方法：将基质块苗蔬菜移栽机挂接到雷沃欧豹M954-D型拖拉机上，整机共4组工作单元，1人负责两组。每次每行连续测定120株，栽植频率、栽植质量和栽植精度同时测定，重复试验3次，取其平均值。

检验依据：根据旱地栽植机械行业标准JB /T 10291-2013[11]内相关标准进行检验。

图3 方体基质块苗

2.2 试验结果与分析

2.2.1 试验结果2.2.1.1 栽植频率

定义单位时间内移栽机任一栽植行栽植秧苗的全部株数为栽植频率，计算公式如(1)所示。由于4组同步驱动，因此以其中1行为试验对象记录时间，如表2所示。

(1)

式中F—栽植频率(株/min行-1)；

z—栽植株数(株)；

t—栽植时间(min)。

表2 栽植频率试验结果

2.2.1.2 栽植质量

在测量栽植频率的同时，对漏栽率、倒伏率、及试验长度进行测定。其中，漏栽株数根据设计株距Xr=230mm来确定。当相邻两株距Xi在0.5Xr≤Xi≤1.5Xr范围内时，合格株距；当相邻两株距Xi在1.5Xr≤Xi≤2.5Xr范围内时，漏栽1株；当相邻两株距Xi在2.5Xr≤Xi≤3.5Xr范围内时，漏栽2株……以此类推。

以秧苗主茎与地面夹角α为评价指标，定义α≤30°为倒伏，α>30°为合格[12]，以此来判断秧苗栽后倒伏率。

测量120株秧苗(包括漏栽数)每株栽植状态，不得重复计算，测定结果如表3所示。

表3 栽植质量试验结果

2.2.1.3 栽植精度

(2)

(3)

(4)

(5)

Sx—株距标准差(mm)；

CVx—株距变异系数(%)；

n—实测株距数(株)；

H—栽植深度合格率(%)；

Xi—实测株距(mm)；

Nh—栽植深度合格总株数(株)；

N—实测深度总株数(株)。

表4 栽植精度试验结果

2.2.2 结果分析

由表1可以看出：同一栽植行3次试验栽植频率各异，但差异显著性不是太大，平均栽植频率(F=57株/min·行-1)，小于技术参数中(F=66株/min·行-1)。其原因可能是人工操作不熟练导致喂苗速度受影响，或拖拉机低速挡未达到合适的行进速度。但该机器为输送带和吊杯组合式移栽机，以旱地栽植机械行业标准JB /T 10291-2013规定的最大栽植频率(F≥55株/min·行-1)为评判标准，则该机器能够满足要求。

由表2可以看出：4组栽植行同步作业测得漏栽率为6.67%，倒伏率为4.24%，栽植合格率为95.3%。与旱地栽植机械行业标准JB /T 10291-2013相比较，漏栽率高出1.67%，其原因可能是气动元件出现气路不畅造成分苗系统动作不连续及分苗不均，但倒伏率和栽植合格率均大于标准内提到的性能指标。

由表3可以看出：平均栽植株距235mm，标准差围绕设计株距230mm上下浮动范围不大，变异系数小于标准规定的≤20%，说明栽植株距比较稳定；平均栽植深度为62.9mm，能够将40×40×40mm的基质块埋实，标准差和变异系数变化不大，最终测量栽植深度平均合格率为98.75%，存在个别基质块掩埋不实的现象。这原因可能与地势和土壤整理程度有关，但其结果也远高于标准规定的≥75%。

3 结论与建议

1)引进了一种基质块苗蔬菜移栽机，实现了一次作业可完成畦面整平、开沟、移栽、覆土等功能。采用液压、气压与机械相互配合的多动力源组合传动方式，从而为蔬菜移栽机设计提供参考。

2)通过田间试验验证了机器的可靠性和作业效果。以旱地栽植机械行业标准JB /T 10291-2013为作业质量判断标准，其栽植频率F=57株/min·行-1，虽小于设计技术参数，但满足且高于移栽机标准规定的数值；秧苗栽植后倒伏率为4.23%，栽植合格率为95.3%，栽植株距及栽植深度合格率均满足标准要求。

3)试验结果显示机器漏栽率高出标准规定数值1.68个百分点，分析原因是：农田作业环境恶劣，空气杂质多，易造成气动系统堵塞，自动分苗系统工作不畅造成，建议下一步对气动系统进行优化和改进。另外，本文仅对机器的性能进行了简单的验证试验，还需对关键部件进行大量单因素试验和正交试验，研究不同因素的相互作用对本机器性能的影响，找出最优组合参数，以便对机器进行国产化改进设计，适应我国蔬菜种植的农艺要求。