国内外旱地移植机械化发展及现状分析

陶仁　程献丽　高富强

摘要：蔬菜在我国的农业生产中占据着重要地位和作用，发展旱地移植机械化对实现蔬菜生产机械化和产业化具有重要意义。通过对国内外旱地移植机械化技术发展研究，分析制约我国蔬菜移植机械化发展的因素及存在的问题，提出加速发展我国旱地移植机械化发展的建议，为蔬菜移植机械化技术发展提供参考。

关键词：移植机；蔬菜移栽；旱地；自动化

中图分类号：S223.9 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）03-0040-03

我国是世界上最大的蔬菜生产国，蔬菜播种面积居世界第一位。蔬菜生产是一项劳动密集型产业，其中秧苗移栽是蔬菜生产过程中的重要环节，约有60%以上的蔬菜品种采用育苗栽植方式种植，但是传统人工栽植操作技术落后，效率低，用工量大，劳动强度高，无法在短时间内完成大面积移栽。同时，人工栽植很难保证栽植株距、行距和深度均匀一致，影响作物的品质和产量。为减少人工消耗，提高移栽的质量和劳动效率，实现蔬菜栽植机械化势在必行。研究国内外旱地移植机械化技术，分析制约我国蔬菜移植机械化发展因素，提出加速旱地移植机械化发展建议，对加速蔬菜移植机械化技术发展具有重要的参考意义。

1 国外旱地移植机械化技术发展

1.1 半自动化移栽机械化发展时期

移植技术发展比较早的国家和地区主为欧美和日本等国。早在20世纪20年代初期，这些国家就开展了钵苗移植的生产工艺研究，研制出简单的秧苗移植机械，在一定程度上减轻了人工移植的劳动强度。30年代末至40年代初期，手工喂苗的秧苗移栽机具的人工动作被移栽机构所取代；50年代开始半自动移植技术及机械研究，不同结构的半自动移植机械和制钵机问世，送苗入土过程实现机械化；20世纪80年代，半自动移栽机、制钵机已开始在农业生产中推广应用；80年代至今，由于穴盘育苗技术的推广使用，育苗过程逐步实现机械化、工厂化和设施化，移栽机械发展迅猛，各种作物移栽基本实现机械化，并研制出多种全自动移栽机。

目前，国外发达国家的半自动移栽机已很成熟，移植技术已形成一个完整的机械作业体系，实现各种机具配套使用，移植后的作物能够正常生长，基本上满足农艺要求，移植机械的工作性能稳定可靠。栽植机构主要有钳夹式（圆盘钳夹式和链条钳夹式）、导苗管式（导管推落苗式、导管直落苗式和导管指带落苗式）、吊篮式、挠性团盘式及鸭嘴式等。

1.2 全自动移栽机械化发展时期

国外全自动移栽机的研究始于20世纪80年代。播种技术和育苗技术的发展，尤其是穴盘育苗技术的出现，加快了蔬菜机械化和工厂化育苗进程，也为自动取苗移栽奠定了基础。

日本自动移栽机的研发以小型化、精密化和专用性为主要方向，生产效率高的全自动移栽机在日本发展较为迅速。日本洋马公司、井关、久保田等主要农机企业先后研制出多款穴盘苗自动移栽机。典型机器有久保田A-500型自动移栽机和鸭嘴式全自动膜上移栽机、井关PR2和PVR-200型自动移栽机、关东KTII-70型自动移栽机、豆虎TP-1型自动移栽机等。

欧美等国农业土地较为集中、地块较大素，其自动移栽机的研发以大型化、自动化和联合作业为主要方向，多采用机电液一体化系统多行作业，适用于大型农场。其中较为典型的机器有美国Renaldo公司研发的基于空气整根育苗盘的SK20蔬菜自动移栽机、RAPID公司生产的RTW系列穴盘苗移栽机、澳大利亚Transplant Systems公司研发的HD 144型自动移栽机、英国皮尔逊（Pearson）公司生产的全自动移栽机、意大利法拉利Ferrari公司生产的FU工TUR.A系列全自动移栽机等。

2 国内旱地移植机械化技术发展

2.1 半自动化移栽技术研究级装备发展时期

我国的旱地栽植机械试验研究工作始于20世纪60年代。20世纪80年代，研制了2ZYS-4型油菜移栽机、2ZL-2型联合移栽机、2ZSZ-2型蔬菜无钵移栽机等半自动化蔬菜移栽机，还从国外引进了多种适合于移栽蔬菜、烟叶、甜菜等经济作物的移栽机械，但由于国内育苗技术落后，农机与农艺脱节，而未能得到推广应用。20世纪90年代，随着农业经济的快速发展和农行生产机械化水平的提高，机械化育苗和移栽技术研究备受重视，中国农业大学、吉林大学、山东工程学院、新疆农垦科学院、黑龙江省八五农场等科研单位，先后研制出多种类型的移栽机械。但令人遗憾的是只有极少机型投入小批量生产。

近年来，栽植机械伴随着旱地育苗移栽技术的研究和推广而发展起来，已成为科研和生产部门关注的问题之一。截至目前，国内己有多家单位成功研制出不同类型的半自动移栽机，其中部分机型己经小批量投产。典型产品有中国农业机械化研究院现代农装科技股份有限公司生产的2ZY-2A型吊杯式半自动移栽机和2ZB-2型行星轮系鸭嘴式半自动移栽机，山东青州华龙机械科技有限公司生产的2ZY- 2型半自动移栽机，南通富来威农业机械装备有限公司研制的2ZQ—4型油菜移栽机等。

目前，国内已经研制开发的钵苗移栽机主要以半自动为主，机械类型包括钳夹式移栽机、链夹式移栽机、挠性圆盘移栽机、导苗管式移栽机和吊兰式移栽机，机型大多是国外产品的仿制品。全自动移栽机因结构复杂，成本高而处在研究起步阶段。

2.2 自动移栽技术研究及装备发展阶段

目前，对于自动移栽机的研究我国正处于探索阶段，主要是针对国外的自动移栽机技术进行改进研究，尚未有成型的机型应用。浙江理工大学研制的2种蔬菜自动移栽装置，一种由穴盘苗输送机构、顶苗机构、分苗机构和栽植部件等组成，作业时顶苗机构一次将穴盘中的秧苗顶出，落入分苗机构，然后喂入导苗管并落入苗沟，完成蔬菜穴盘苗移栽；另一种移栽装置采用椭圆行星轮系机构，完成从穴盘中取苗和放苗动作。两套机构需要同开沟器和覆土镇压轮配合完成移栽作业。

新疆农业大学韩长杰研制的旱地自动移栽机，通过夹取钵苗茎杆的方式取苗，采用气动控制，投苗机构使用吊杯式栽植器。由于采用夹取苗茎的方式取苗，对苗茎的粗壮程度和韧性要求较高。

江苏大学毛罕平等在引进日本全自动蔬菜移栽机的基础上设计了一种由连杆机构、行星齿轮机构和凸轮机构组合而成的取苗机构，通过供苗装置和栽植机构配合实现两行移栽，但整体结构比较复杂，工作可靠性有待进一步研究。

沈阳农业大学邱立春等在穴盘苗移栽设计中，借鉴工业中机械手搬运工作原理，研制气压驱动铲状指针结构的机械手及穴盘苗输送装置。中国农业机械化科学研究院现代农装公司进行了基于PLC的钵苗自动输送技术研究，研制出指钳式铺膜移栽机，同时还进行了齿轮-五杆自动取苗技术研究。此外，吉林大学孙廷踪等及江苏大学郁玉峰也先后对穴盘苗移栽机器人进行了研究。

3 影响旱地移栽机械化发展因素分析

我国对移植机的研究已经取得了一定成果，但与发达国家的移植技术相比，我国的研究起步较晚，在发展中受各地自然条件、气候特点、经济基础、农机工业水平等诸多因素影响与制约，推广比较缓慢且不均衡。

我国的蔬菜生产条件、种植模式、作物品种等存在明显差异，这些客观因素增加了移植技术研究与产品开发的难度，制约着移栽机械的推广应用。与粮食作物生产机械化相比，我国旱地移植机械化技术研究时间较短，在借鉴国外成功经验，学习、消化和吸收国外先进技术过程中，仿效较多，自主创新不足，生产上缺少技术先进、性能可靠、生产适用的机型。

受农机制造水平因素制约，国产栽植机械的性能单一，制造质量粗糙，常用零部件的通用性和互换性较差。由于缺乏统一标准，制钵、育苗与栽植环节相互分离，自成体系，育苗没有形成标准化和规模化。移植机械以半自动化为主，需要较多的辅助人员，作业效率低，成本高。

农机与农艺脱节严重。发达国家与移栽相配套的育苗技术已非常成熟，而我国的育苗机具和设施非常薄弱，尤其是适于营养钵苗和盘苗的高效精量播种设备匮乏，技术相对落后。

受蔬菜品种和农艺特点的影响，农机的普及和使用受到限制。蔬菜复种指数较高，可套种作物很多，在叶菜类、根茎类、瓜果类等作物间轮番间作，机械作业肯定会对套种作物有或多或少的损害，这种损害亦影响农机使用。育苗标准化技术、水肥一体化技术、病虫害绿色防治技术等都需要调整更新传统蔬菜生产方式。

受蔬菜生长环境、食用部位、温度要求和鲜嫩程度因素制约，技术上很难开发出通用的大型综合机械。一方面，这些机械的适用性影响农机大面积推广。结球叶菜类收割机械、马铃薯联合收获机等对大片露地种植的卷心菜、马铃薯等作物发挥作用，茄果类采摘机械受空间限制难在温室大棚中施展手脚，适用性受到限制。另一方面，机械的耐用性、安全性和售后服务也影响农机推广。

4 加快旱地移栽机械化发展的建议

纵观国内外移栽机械化的发展与应用情况，结合我国具体国情，研制性能优越、价格合理的高速移栽机将是今后国内蔬菜移栽机的发展趋势。为使移栽机能够满足生产需要并尽快实现产业化，提出几点建议：

4.1 基础研究与实践应用相结合

移栽机的核心是栽植机构，对其进行动力学分析，确定其运动轨迹。在实验室进行模拟试验，然后在试验地进行大量测试及考核作业，针对出现的问题进行改进，确定确实行之有效的方案。产、学、研多部门联合研发是加快移栽机研制开发及成果转化的重要途径。建立移栽技术及移栽设备发展产业战略联盟，形成移栽技术发展体系，将移栽技术作为一项系统工程。

4.2 国外先进技术与国内技术相结合

国外移植机械化发展时间早，经验丰富。国外的移栽设备技术先进，但是价格相当昂贵，且不适合国内的生产条件和种植模式。结合国内移栽生产技术需求现状，学习国外先进设备的先进技术和设计理念，然后进行技术再创新，研发适合我国国情的新型移栽设备，可缩短研发时时间，加快研发速度，早日实现产业化。

4.3 农机与农艺相结合

各地域的土壤环境、气候条件、选育品种各不相同，这些是设计人员必须考虑的。农机与农艺结合，农机为农艺服务。在产品设计时，充分考虑区域生产特点，注重农艺要求，研发的移栽设备的适用性、适应性、通用性才能更加合理，才能被广大用户所认可。

4.4 通用型与专业型相结合

鉴于目前国内移植机的适用性比较低，应使通用型移植机与专业型移植机结合，以通用型移植机为主，并向标准化、系列化、规格化方向发展，结构力求简单、功能齐全、成本低廉、秧苗移植质量好。半自动机移栽机作业需要较多的辅助人员，移栽速度有限，生产率不高。移植机研制需要将育苗和移植有机结合、机械与电子有机结合，着重解决移植过程中自动化问题，逐渐自主研制出全自动、全智能的移植机械。