魏宏玲，王小瑜，陳進(jìn)熹，崔榮江

(1. 杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，杭州市，310018； 2. 山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)研究院，濟(jì)南市，250100)

0 引言

大蒜是中國主要特色經(jīng)濟(jì)作物之一，種植面積、產(chǎn)量、出口量以及出口額均居世界首位，為農(nóng)民增收、國家創(chuàng)匯做出積極貢獻(xiàn)，大蒜產(chǎn)業(yè)極具發(fā)展?jié)摿1-2]。

相對于大蒜種植業(yè)的發(fā)展，大蒜機(jī)械化生產(chǎn)條件相對滯后。近年來，受其生產(chǎn)工序繁雜、效率低、農(nóng)村勞動力結(jié)構(gòu)變化等影響，大蒜生產(chǎn)環(huán)節(jié)人工費(fèi)用已占到生產(chǎn)總成本的50%～60%，并且所占比重越來越大，使得大蒜種植綜合效益降低，種植風(fēng)險(xiǎn)增大，缺乏適合中國大蒜主產(chǎn)區(qū)的大蒜生產(chǎn)裝備已成為制約中國大蒜生產(chǎn)的瓶頸。研發(fā)與之配套的機(jī)械化生產(chǎn)裝備將成為必然趨勢，對保障中國大蒜產(chǎn)業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義。

大蒜生產(chǎn)包括耕整地、蒜頭破瓣分級、播種、田間管理、蒜苔收獲和蒜頭收獲等環(huán)節(jié)，涉及耕整地機(jī)械、蒜頭破瓣分級設(shè)備、大蒜播種機(jī)、田間管理設(shè)備、蒜苔收獲機(jī)和蒜頭收獲機(jī)等設(shè)備，其中僅耕整地機(jī)械和田間管理設(shè)備可采傳統(tǒng)機(jī)具。近年來，在各研發(fā)單位、企業(yè)及各級政府的努力下，國內(nèi)大蒜機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)得到快速發(fā)展，配套生產(chǎn)裝備逐步完善，除蒜苔收獲環(huán)節(jié)缺失機(jī)械外，其生產(chǎn)基本能夠?qū)崿F(xiàn)全程機(jī)械化，中國大蒜機(jī)械化生產(chǎn)裝備實(shí)現(xiàn)了從無到有。本文重點(diǎn)梳理了近年大蒜破瓣分級設(shè)備、大蒜播種機(jī)和大蒜收獲機(jī)的技術(shù)發(fā)展情況，指出大蒜機(jī)械化發(fā)展中存在的問題，并對發(fā)展思路進(jìn)行了探討。

1 大蒜破瓣分級設(shè)備

人工破瓣分級效率低、勞動強(qiáng)度大，提前破瓣種子養(yǎng)分流失、易損壞，另外，大蒜播種機(jī)播種需要精確分級的蒜瓣，蒜頭破瓣分選裝備在大蒜機(jī)械化生產(chǎn)環(huán)節(jié)中不可缺少。大蒜破瓣設(shè)備根據(jù)硅膠層數(shù)分為雙層和單層，國外破瓣分選設(shè)備多通過硅膠板與輸送帶之間上下碰撞實(shí)現(xiàn)破瓣，相較雙層硅膠瓣，單層硅膠傷蒜較為嚴(yán)重。蒜瓣分級裝置主要有滾筒篩和直線震動分級篩[3]，滾筒網(wǎng)格形狀有方形和長條形等，如圖1所示。相較直線震動分級篩，滾筒式網(wǎng)格篩雖然結(jié)構(gòu)更為簡單，但效率低，蒜瓣易滯留在篩網(wǎng)底部，導(dǎo)致分級不均勻，適用于小戶。目前國內(nèi)比較有代表性的大蒜破瓣分級機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要包括蒜頭提升裝置、破瓣裝置、蒜瓣提升裝置和蒜瓣分級裝置四部分，為減少破瓣損傷，破瓣裝置采用上下錐型硅膠破瓣盤結(jié)構(gòu)，軟揉搓方式破瓣，破瓣間隙通過壓力彈簧自適應(yīng)調(diào)整；蒜瓣分級裝置采用自激振動方式，并根據(jù)大蒜播種機(jī)排種器要求，蒜瓣分級直徑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為2.5、2、1.6 cm三種型號。機(jī)器具有損傷率低、效率高、分級精確等優(yōu)點(diǎn)。國內(nèi)外破瓣分選設(shè)備技術(shù)參數(shù)對比，如表1所示。

(a) 滾筒式方空網(wǎng)格篩 (b) 滾筒式長條空網(wǎng)格篩圖1 滾筒式網(wǎng)格篩Fig. 1 Cylindrical mesh screen

圖2 國內(nèi)破瓣分選設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 2 Schematic diagram of garlic clove sorting equipment1.蒜瓣分級裝置 2.蒜瓣提升裝置 3.破瓣裝置 4.蒜頭提升裝置

表1 破瓣分選設(shè)備技術(shù)參數(shù)對比Tab. 1 Comparison of technical parameters of flap-breaking separation equipment

2 大蒜播種機(jī)

大蒜播種機(jī)是實(shí)現(xiàn)大蒜全程機(jī)械化生產(chǎn)的重要組成部分，缺少播種裝備易造成種植模式不規(guī)范，進(jìn)而阻礙大蒜收獲裝備推廣應(yīng)用。因此，要提高大蒜生產(chǎn)機(jī)械化水平，形成大蒜標(biāo)準(zhǔn)化種植，實(shí)現(xiàn)大蒜生產(chǎn)全程機(jī)械化，首要環(huán)節(jié)是開發(fā)高效適用的大蒜播種裝備。目前大蒜播種裝備主要有正芽型和平放型兩種。

2.1 正芽型大蒜播種機(jī)

2.1.1 正芽播種機(jī)關(guān)鍵技術(shù)

正芽栽種是我國大蒜傳統(tǒng)種植農(nóng)藝，可以提高蒜頭產(chǎn)量和品質(zhì)[4-7]。實(shí)現(xiàn)大蒜正芽播種的核心是大蒜鱗芽方向控制裝置，即通過控制裝置新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、新技術(shù)原理應(yīng)用，開發(fā)大蒜鱗芽方向控制技術(shù)與裝備，實(shí)現(xiàn)大蒜鱗芽的精確控制保證正芽播種，符合大蒜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)農(nóng)藝要求，是目前的研究熱點(diǎn)。機(jī)械控制和光電控制是目前大蒜鱗芽方向控制的兩種方式。機(jī)械控制：李華峰[8]提出根據(jù)大蒜鱗芽芽部和根部受浮力不同，發(fā)明了一種利用水進(jìn)行大蒜鱗芽方向控制的方法，如圖3(a)所示，研究表明，該方法適用于形態(tài)規(guī)則、重心靠下的大蒜鱗芽，但作為播種機(jī)的一個(gè)環(huán)節(jié)時(shí)，會出現(xiàn)濕鱗芽造成下栽鴨嘴黏土的問題。薦世春等[9]設(shè)計(jì)了一種錐形螺旋導(dǎo)種管定向裝置，如圖3(b)所示；趙純軍[10]應(yīng)用螺旋彈簧技術(shù)發(fā)明了一種大蒜播種機(jī)，該技術(shù)適用于形態(tài)規(guī)則、重心靠下的大蒜鱗芽，由于大蒜鱗芽在螺旋彈簧中的碰撞次數(shù)較多，控制時(shí)間延遲明顯，致使整機(jī)工作效率較低。韓國KSF株式會社[11]提出利用大蒜鱗芽芽尖細(xì)長特征進(jìn)行大蒜鱗芽方向控制的技術(shù)，如圖3(c)所示，針對芽尖長度≥10 mm的大蒜鱗芽，可實(shí)現(xiàn)90%以上的正芽。崇俊等[12]根據(jù)大蒜鱗芽重心靠下特性，發(fā)明了多層錐碗進(jìn)行大蒜鱗芽方向控制的技術(shù)，如圖3(d)所示，針對商河當(dāng)?shù)剞匪膺m應(yīng)性較好，由于采用多層控制方式，工作效率不高。耿愛軍等[13]提出利用種盒式進(jìn)行大蒜播種的方法，但還無法實(shí)現(xiàn)自動化。除機(jī)械控制，楊清明[14]、郭英芳[15]、高馳[16]、Lei P[17]、Li Y[18]、侯加林[19]、李玉華[20]等先后提出利用圖像處理技術(shù)、模式識別技術(shù)、光電識別技術(shù)和紅外線技術(shù)進(jìn)行大蒜鱗芽方向控制，目前光電式鱗芽方向控制方式仍處于實(shí)驗(yàn)室階段。

(a) 水浮種方式 (b) 螺旋彈簧方式

(c) 鱗芽芽尖方式 (d) 多層錐碗方式圖3 大蒜鱗芽方向控制技術(shù)Fig. 3 Garlic scale bud direction control technology

2.1.2 典型正芽播種機(jī)

目前比較有代表性的大蒜正芽型大蒜精量播種機(jī)主要有2BUX-11型大蒜播種機(jī)、QH型大蒜播種機(jī)和 HADA大蒜播種機(jī)。

2BUX-11型大蒜播種機(jī)結(jié)構(gòu)如圖4所示，核心部件為鏈勺式單粒取種裝置[5]、鱗芽方向控制器(換向器)和直立下栽裝置[6-7]，其中鏈勺式單粒取種裝置工作過程包括沖種、傾斜清種、水平清種和逐個(gè)排種四個(gè)環(huán)節(jié)，取種勺為雙槽式，并根據(jù)蒜瓣大小分布，分大中小3個(gè)型號；方向控制器為錐形，大蒜鱗芽芽尖朝下進(jìn)入控制器時(shí)，芽尖漏出控制器，栽種器壓緊漏出方向控制器的蒜瓣芽尖，隨著方向控制器活動部件打開一定角度，芽尖承受不住自身重量，發(fā)生塑性變形，蒜瓣翻轉(zhuǎn)180°，芽尖朝上直立進(jìn)入栽種器，實(shí)現(xiàn)大蒜鱗芽方向控制，碰撞片采用圓弧形設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)芽尖長度大于5 mm的蒜瓣正芽；將谷物聯(lián)合收獲機(jī)扶禾器原理作為大蒜播種機(jī)栽植系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，中間軸隨驅(qū)動圓盤同時(shí)旋轉(zhuǎn)的直立下栽機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)10行以上鴨嘴同時(shí)直立下栽作業(yè)，機(jī)構(gòu)運(yùn)行穩(wěn)定。機(jī)器具有正芽率高、大蒜品種適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

圖4 2BUX-11型大蒜播種機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig. 4 Structure diagram of 2BUX-11 garlic seeder1.驅(qū)動總成 2.機(jī)架 3.鏈勺式單粒取種裝置 4.整地器 5.直立下栽裝置 6.鱗芽方向控制器

QH型自走式大蒜播種機(jī)結(jié)構(gòu)如圖5所示，采用轉(zhuǎn)勺式排種器取種，多層錐碗技術(shù)進(jìn)行鱗芽方向控制，曲柄五桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行直立下栽，該機(jī)針對當(dāng)?shù)剞匪馄贩N播種效果較好，但對形狀變化較大的雜交蒜品種正芽效果不穩(wěn)定。

圖5 QH型大蒜播種機(jī)Fig. 5 QH garlic seeder

韓國HADA大蒜播種機(jī)結(jié)構(gòu)如圖6所示，采用轉(zhuǎn)勺式排種器取種，利用鱗芽芽尖進(jìn)行鱗芽方向控制，行星輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行直立下栽，由于換向器采用平口設(shè)計(jì)方式，適合芽尖長度大于1 cm的大蒜鱗芽，對于芽尖短且彎的雜交蒜品種正芽效果不穩(wěn)定。3種正芽型播種機(jī)技術(shù)參數(shù)對比，如表2所示。

圖6 HADA大蒜播種機(jī)Fig. 6 HADA garlic seeder

表2 正芽型播種機(jī)技術(shù)參數(shù)對比Tab. 2 Comparison of technical parameters of normal bud seeder

2.2 平放型大蒜播種機(jī)

平放播種方式在歐美國家較為常用，隨著國內(nèi)大蒜加工產(chǎn)業(yè)深入，如：蒜米、蒜片和蒜油等，對蒜頭形狀要求降低。另外，相對正芽型播種機(jī)，平放型播種機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格相對較低，隨著國內(nèi)鏈勺式大蒜排種器技術(shù)的成熟，平放型大蒜播種機(jī)在中國逐步有了一定市場空間(大蒜平放播種影響蒜頭形狀)。目前比較有代表性的平放型播種機(jī)主要有2BD-7平放型大蒜播種機(jī)、自走式平放型大蒜播種機(jī)和兩種國外平放型大蒜播種機(jī)。

2BD-7平放型大蒜播種機(jī)結(jié)構(gòu)如圖7所示，排種器為鏈勺式開溝器為船型，保證蒜瓣落地瞬間地面為平面，實(shí)現(xiàn)蒜瓣均勻橫躺姿態(tài)播種，排種器排種環(huán)節(jié)靠近開溝器，距離地面較近，保證蒜瓣落地回彈小，實(shí)現(xiàn)均勻播種。機(jī)器具有結(jié)構(gòu)簡單、播種均勻等優(yōu)點(diǎn)。圖8為自走式平放大蒜播種機(jī)，采用一級鏈勺式排種器，結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜，但一級簡易取種勺漏播率較高，適用范圍有限。另外，蒜瓣落入雙圓盤開溝器形成的三角形溝內(nèi)，種植姿態(tài)控制困難，種植均勻性較差。轉(zhuǎn)勺式排種器是國外大蒜播種機(jī)的主要排種方式，如圖9(a)所示，圓弧型取種勺均布在轉(zhuǎn)盤一側(cè)，當(dāng)取種勺轉(zhuǎn)到取種位置時(shí)，在旋轉(zhuǎn)擋塊作用下打開取種，并在扭轉(zhuǎn)彈簧作用下將蒜種夾緊，多余蒜瓣被毛刷刷掉，掉回種箱。2015年，團(tuán)隊(duì)引進(jìn)該排種器，試驗(yàn)顯示漏播率高達(dá)15%，不符合國內(nèi)精量播種要求。圖9(b)為國外氣吸式平放播種機(jī)，播種效率較高，需要將蒜瓣分為4級，因價(jià)格較高沒有在國內(nèi)得到推廣應(yīng)用。此外，該播種機(jī)大小行種植，種植均勻性不高，小行距種子極易混在一起。4種平放型播種設(shè)備技術(shù)參數(shù)對比如表3所示。

圖7 2BD-7平放型大蒜播種機(jī)Fig. 7 2BD-7 flat garlic seeder1.液壓油缸 2排種器 3.筑畦器 4.船型開溝器 5.驅(qū)動總成

圖8 自走式平放型大蒜播種機(jī)Fig. 8 Self-propelled flat garlic seeder

(a) 轉(zhuǎn)勺式大蒜平放型播種機(jī)

(b) 氣吸式大蒜平放型播種機(jī)圖9 國外大蒜平放型播種機(jī)Fig. 9 Foreign flat garlic seeder

表3 平放型播種機(jī)技術(shù)參數(shù)對比Tab. 3 Comparison of technical parameters of horizontal seeder

3 大蒜收獲機(jī)

收獲是大蒜生產(chǎn)中勞動強(qiáng)度、用工量最大環(huán)節(jié)。國內(nèi)由于長期缺少標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)技術(shù)指導(dǎo)和生產(chǎn)裝備，大蒜種植模式多樣，種植行距、株距雜亂。面對復(fù)雜模式，國內(nèi)先后出現(xiàn)多種大蒜收獲機(jī)型，按大類分為分段收獲機(jī)和聯(lián)合收獲機(jī)兩種[21-29]。

3.1 大蒜分段收獲機(jī)

大蒜分段收獲指先挖掘，再由機(jī)器或人工進(jìn)行整理收集的收獲方式，主要有簡易挖掘式、帶清土輪式和鋪放式。

簡易挖掘式收獲機(jī)，如圖10所示，主要有自走式、手扶拖拉機(jī)前置、輪式拖拉機(jī)后置三種形式，挖掘收獲仍需要人逐顆清理和收集，特別地塊濕度較大時(shí)，蒜頭極易產(chǎn)生泥塊，給后期處理帶來極大不便。

(a) 自走式

(b) 手扶前置式

(c) 后置式圖10 簡易挖掘式收獲機(jī)Fig. 10 Excavating garlic harvester

為解決挖掘收獲清土問題，國內(nèi)先后出現(xiàn)小型和大型帶有清土輪的前置挖掘收獲機(jī)，如圖11(a)和圖11(b)所示，挖掘出的帶土蒜頭經(jīng)多級清土輪傳送至收獲機(jī)后方，實(shí)現(xiàn)蒜土分離，該機(jī)器對沙壤土收獲效果較好，對黏度較大的壤土還不能保證收獲效果。另外，不包膠的清土輪會對蒜頭造成一定損傷，機(jī)具抖動還會對拖拉機(jī)造成一定損傷。鋪放式分段收獲機(jī)，如美國的GW2400型大蒜割曬機(jī)，如圖12(a)所示，該機(jī)主要結(jié)構(gòu)為箭鏟—撥輪—分離輸送鏈桿組合，由拖拉機(jī)牽引，將大蒜與土壤的混合體經(jīng)初級和次級輸送鏈傳送到傳送鏈向后輸送，同時(shí)大蒜在鏈上振動，將土壤抖落，該方式適合大型農(nóng)田粗放式收獲，不適合國內(nèi)。山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)研究院針對我國大蒜產(chǎn)區(qū)4行一畦種植模式，研制了夾持鋪放式大蒜分段收獲機(jī)，如圖12(b)所示，一次加持收獲4行，作業(yè)時(shí)分禾器將倒伏交織大蒜秸稈扶起并按相應(yīng)種植行分開，使之有序進(jìn)入喂入撥輪以便夾持裝置順利夾持，同時(shí)位于撥輪下方的挖掘鏟從底部將大蒜挖松，夾持裝置將大蒜植株向后輸送，進(jìn)入橫向夾持鋪放鏈鋪放至地面。該機(jī)器使用過程中極易被雜草和薄膜堵塞，對行較為困難。3類大蒜分段收獲機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)對比如表4所示。

(a) 小型前置

(b) 大型前置圖11 帶清土輪式大蒜收獲機(jī)Fig. 11 Excavating garlic harvester

表4 3類大蒜分段收獲機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)對比Tab. 4 Comparison of advantages and disadvantages of three kinds of garlic section harvesters

3.2 大蒜聯(lián)合收獲機(jī)

大蒜聯(lián)合收獲指一次實(shí)現(xiàn)挖掘、切桿(打捆)、清土和收集的收獲方式，主要有切稈挖拔組合式、切稈挖掘式和打捆式。

切稈挖拔組合式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)可實(shí)現(xiàn)一次實(shí)現(xiàn)大蒜的挖掘、夾持輸送、切桿和收集作業(yè)，作業(yè)效率高，損傷率低，蒜頭粘土少后續(xù)加工處理方便，是大蒜理想收獲方式。切稈挖拔組合式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)在歐美國家技術(shù)已相對成熟，如圖13(a)所示的ERMR切莖收獲機(jī)。國內(nèi)切稈式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)的目前有大、小兩種型號，如圖13(b)和圖13(c)所示。目前制約大蒜聯(lián)合收獲機(jī)推廣應(yīng)用的主要原因是傳統(tǒng)小行距種植模式與機(jī)械聯(lián)合收獲大行距要求不匹配，對行收獲困難。另外，薄膜和雜草纏繞極易造成切稈式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)故障。

(c) 國內(nèi)小型切稈挖拔組合式聯(lián)合收獲機(jī)圖13 切稈挖拔組合式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)Fig. 13 Combined harvester for cutting stalk, digging and pulling garlic

針對我國大蒜產(chǎn)區(qū)小行距種植無法對行收獲問題，山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)研究院研制了切莖挖掘式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)，如圖14所示，撥禾輪將大蒜秸稈撥至切割器切斷，進(jìn)入螺旋鋪放裝置成條鋪放，挖掘裝置從底部將蒜頭挖出，通過鏈篩輸送振動實(shí)現(xiàn)蒜土分離，然后進(jìn)入橫向輸送器，經(jīng)升運(yùn)器至刷式清潔裝置，清理后輸送至蒜頭收集箱，完成作業(yè)。該機(jī)器適用于蒜稈直立狀態(tài)較好的情況，倒伏蒜收獲效果不好，地塊濕度較大時(shí)，泥塊現(xiàn)象明顯。針對我國部分大蒜大行距種植模式，研制了打捆式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)，如圖15所示，作業(yè)時(shí)，蒜秧經(jīng)扶禾器導(dǎo)入V帶夾持傳送裝置，同時(shí)挖掘鏟入土將大蒜根部土壤挖松，蒜秧經(jīng)夾持傳送裝置傳送至打捆裝置，在夾持傳送過程中，位于夾持傳送裝置下方的轉(zhuǎn)動刷對大蒜根部進(jìn)行拍擊清土，當(dāng)打捆裝置中蒜秧收集到一定數(shù)量時(shí)，蒜秧會觸發(fā)打捆開關(guān)，打結(jié)器用繩線對蒜秧進(jìn)行捆綁，撥叉將蒜捆撥到橫向輸送帶上，輸送到一側(cè)。該機(jī)器穩(wěn)定性較好，但一次只能收獲一行，效率不高，需要拖拉機(jī)牽引，收獲方式不靈活。3類大蒜聯(lián)合收獲機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)對比如表5所示。

圖14 切莖挖掘式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 14 Schematic diagram of stem cutting and digging garlic combine harvester1.機(jī)架 2.蒜箱 3.升運(yùn)器 4.切割器 5.挖掘裝置 6.液壓底盤

圖15 打捆式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig. 15 Overall structure of baling garlic combine harvester1.輸送裝置 2.打結(jié)裝置 3.放繩器 4.夾持傳送機(jī)構(gòu) 5.控制箱 6.扶禾器 7.挖掘機(jī)構(gòu) 8.機(jī)架

表5 3類大蒜聯(lián)合收獲機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)對比Tab. 5 Comparison of advantages and disadvantages of three kinds of garlic combined harvesters

4 存在問題與發(fā)展思路

4.1 存在問題

1) 傳統(tǒng)種植模式與機(jī)械化生產(chǎn)需求模式存在矛盾。國內(nèi)大蒜種植行距一般為12～20 cm，小行距高密度種植給大蒜聯(lián)合對行收獲帶來極大困難，也是目前制約大蒜聯(lián)合收獲機(jī)推廣應(yīng)用的主要原因。另外，由于長期缺少標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)技術(shù)指導(dǎo)和生產(chǎn)裝備，國內(nèi)大蒜種植模式多樣，種植行距、株距雜亂，給大蒜機(jī)械的生產(chǎn)制造帶來很多困難。

2) 大蒜機(jī)械生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。隨著大蒜生產(chǎn)裝備種類和廠家的增多，出現(xiàn)機(jī)具標(biāo)準(zhǔn)不匹配問題，如大蒜破瓣分級標(biāo)準(zhǔn)與機(jī)械播種需要不匹配，播種機(jī)行距設(shè)計(jì)與機(jī)械收獲需求不匹配，不同企業(yè)機(jī)械生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等。

3) 大蒜機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)有待進(jìn)一步提高。正芽播種和聯(lián)合收獲是大蒜首選生產(chǎn)方式，其相關(guān)技術(shù)仍有提升空間。

第一，正芽播種機(jī)正芽率有待進(jìn)一步提高。目前大蒜播種機(jī)正芽率低主要有兩個(gè)原因：(1)大蒜鱗芽缺少穩(wěn)定物理特征。中國大蒜品種資源豐富，約70多個(gè)，比較有代表性的品種為蒼山大蒜和金鄉(xiāng)雜交大蒜，如圖16所示，蒼山大蒜鱗芽芽尖直長、形態(tài)規(guī)則、約90%的大蒜鱗芽重心靠下；金鄉(xiāng)雜交大蒜鱗芽芽尖彎短，形態(tài)相對復(fù)雜、約72%的大蒜鱗芽重心靠下；另外，蒜頭采用機(jī)器揉搓方式分瓣時(shí)，還會造成20%～35%的大蒜鱗芽脫皮問題，進(jìn)一步增加大蒜鱗芽物理特征的復(fù)雜性。(2)控制裝置使用種子物理特征單一。依據(jù)種子自身物理特性設(shè)計(jì)控制裝置是目前常用方法，例如玉米、超級稻、南瓜等作物定向控制裝置的研究，現(xiàn)有機(jī)械式大蒜鱗芽方向控制裝置設(shè)計(jì)主要應(yīng)用大蒜鱗芽芽尖細(xì)長特征或重心靠下特征，同時(shí)使用兩種或兩種以上種子物理特征的控制裝置尚未見報(bào)道。

第二，大蒜聯(lián)合收獲機(jī)在適應(yīng)性和穩(wěn)定性方面還需做進(jìn)一步提高。(1)國內(nèi)大蒜種植行距小，加上部分倒伏，機(jī)器對行行走和扶禾效果不理想。(2)機(jī)器連續(xù)工作能力較差，秸稈、雜草和薄膜造成堵塞，故障率較高。(3)機(jī)器普遍缺少蒜頭清土裝置，土地濕度較大時(shí)易出現(xiàn)泥塊現(xiàn)象，給后期清理帶來麻煩。

(a) 蒼山大蒜 (b) 金鄉(xiāng)雜交大蒜 (c) 脫皮大蒜圖16 不同大蒜鱗芽Fig. 16 Different garlic scale buds

4.2 發(fā)展思路探討

1) 開展宜機(jī)化大蒜生產(chǎn)模式研究。在現(xiàn)有機(jī)具基礎(chǔ)上，調(diào)整傳統(tǒng)種植模式，開展宜機(jī)化大蒜生產(chǎn)模式研究。團(tuán)隊(duì)對大小行模式做了初步探索，研究結(jié)果表明大小行種植模式產(chǎn)量略有增加[24]，小范圍聯(lián)合收獲機(jī)試驗(yàn)表明，大小行模式極易對行(小行距120 mm，大行距240 mm)，此外大蒜正芽播種機(jī)也能實(shí)現(xiàn)該種植模式，大小行模式符合大蒜機(jī)械化生產(chǎn)模式要求。對主要大蒜品種、種植區(qū)域開展宜機(jī)化大蒜生產(chǎn)模式研究，在不減少產(chǎn)量和降低品質(zhì)的條件下，使其更便于機(jī)械化播種和收獲，是目前解決大蒜機(jī)械化生產(chǎn)問題的關(guān)鍵。目前也初步具備了開展試驗(yàn)研究的機(jī)械裝備條件。

2) 對關(guān)鍵技術(shù)問題繼續(xù)攻關(guān)。(1)正芽播種方面可通過串聯(lián)使用大蒜多種物理特征進(jìn)行大蒜鱗芽方向控制，一套控制裝置使用大蒜鱗芽多種不同物理特征進(jìn)行大蒜鱗芽方向控制，從原理上增加控制裝置的可靠性和其對大蒜品種的適應(yīng)性。另外，圖像識別技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域已相對成熟，可嘗試將其應(yīng)用到大蒜鱗芽方向控制環(huán)節(jié)。(2)大蒜聯(lián)合收獲技術(shù)國外已成熟，可在其基礎(chǔ)上針對國內(nèi)種植模式做適用性改進(jìn)。多輪的試驗(yàn)表明，行距小于220 mm，對行收獲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)器實(shí)際對行操作都會很困難，如加持帶輪的布置，小行距還會造成加持切割結(jié)構(gòu)因空間問題強(qiáng)度不夠。因此，國內(nèi)大蒜收獲技術(shù)重點(diǎn)因該放在扶禾結(jié)構(gòu)、防堵結(jié)構(gòu)、松土結(jié)構(gòu)、加持結(jié)構(gòu)適應(yīng)性改進(jìn)方面。

3) 政行企三方合作。(1)大蒜相對主要糧食作物屬于小眾農(nóng)產(chǎn)品，大型農(nóng)機(jī)企業(yè)仍未有涉及，目前主要是少數(shù)高校和科研院所及部分小型農(nóng)機(jī)企業(yè)在做，其相關(guān)生產(chǎn)機(jī)械的研發(fā)難度不低，需要政府在科研經(jīng)費(fèi)和農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼政策方面給與支持。(2)國內(nèi)大蒜種植仍是小戶為主，作為主要經(jīng)濟(jì)作物，農(nóng)戶直接接受新機(jī)具的意愿較低，需要企業(yè)和各級農(nóng)機(jī)推廣部門合作，進(jìn)行廣泛試驗(yàn)示范。(3)行業(yè)農(nóng)藝專家和農(nóng)機(jī)專家合作，共同制定宜機(jī)化大蒜生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，給實(shí)際生產(chǎn)和制造提供指導(dǎo)，共同促進(jìn)中國大蒜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

4) 加強(qiáng)知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)力度。簡易農(nóng)機(jī)具極易被模仿，如大蒜播種機(jī)鏈勺式排種器，已被廣泛模仿應(yīng)用到小型自走式播種機(jī)，給發(fā)明廠家?guī)順O大困擾，仿造嚴(yán)重影響著創(chuàng)新發(fā)展。

5 結(jié)論

1) 本文梳理了近年國內(nèi)外大蒜生產(chǎn)機(jī)械研究現(xiàn)狀，其中蒜頭破瓣分級設(shè)備已被廣泛應(yīng)用，技術(shù)已相對成熟；播種設(shè)備正逐步被蒜農(nóng)接受，技術(shù)還有提升空間；收獲裝備受制于種植模式的不規(guī)范，實(shí)際應(yīng)用效果不佳，特別聯(lián)合收獲機(jī)械。

2) 中國大蒜機(jī)械生產(chǎn)現(xiàn)階段主要矛盾為傳統(tǒng)種植模式與機(jī)械化生產(chǎn)需求模式不匹配，如：傳統(tǒng)小行距種植模式與機(jī)械聯(lián)合收獲大行距要求不匹配，大蒜破瓣分級標(biāo)準(zhǔn)與播種機(jī)排種要求標(biāo)準(zhǔn)不匹配等。

3) 針對存在問題，提出開展宜機(jī)化大蒜生產(chǎn)模式研究，有效銜接大蒜生產(chǎn)各環(huán)節(jié)機(jī)具，同時(shí)對正芽播種和聯(lián)合收獲關(guān)鍵技術(shù)繼續(xù)公關(guān)，通過政行企三方合作，共同促進(jìn)中國大蒜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的思路。