穴盤苗移栽自動取投苗技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望

張學東 崔巍 劉云強 梁樹建 劉芳建 劉立晶

摘要：自動取投苗技術(shù)是自動移栽機研究的關(guān)鍵，是推動移栽作業(yè)全面機械化、自動化發(fā)展的重要一環(huán)。自動取投苗機構(gòu)種類多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為使研究者或用戶等能夠更快、更系統(tǒng)地了解自動取投苗技術(shù)，以文獻綜述的方法，歸納總結(jié)國內(nèi)外穴盤苗移栽自動取投苗技術(shù)，分為夾取式、頂出式、頂夾結(jié)合式、直落式四種類型；分析不同類別取投苗技術(shù)的工作原理和特點。指出應(yīng)用于實際生產(chǎn)的自動取投苗技術(shù)研究成果存在穩(wěn)定性差、可靠性低的問題，提出完善相關(guān)評價標準，推進機械式取投苗技術(shù)研究和小型機械裝備的發(fā)展，推進適合多行作業(yè)、高效移栽的取投苗技術(shù)發(fā)展的措施。展望結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定及作業(yè)智能的自動取投苗技術(shù)未來趨勢，以期為我國自動移栽機的發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：移栽機；穴盤苗；自動取投苗

中圖分類號：S223.9

文獻標識碼：A

文章編號：20955553 （2023） 12001708

Research status and prospect of automatic seedling picking and dropping technology

of plug seedling transplanting

Zhang Xuedong1， 2， Cui Wei1， 2， Liu Yunqiang1， 2， Liang Shujian1， 2， Liu Fangjian1， 2， Liu Lijing1， 2

（1. Chinese Academy of Agricultural Mechanization Sciences Group Co.， Ltd.， Beijing， 100083， China；

2. National Key Laboratory of Agricultural Equipment Technology， Beijing， 100083， China）

Abstract：

The technology of automatic seedling picking and dropping is the key to the research of automatic transplanting machine， and it is an important part of promoting the comprehensive mechanization and automation of transplanting operations. There are many types of automatic seedling picking and dropping mechanisms with complex structures. In order to enable researchers or users and other relevant personnel to understand the automatic seedling picking and dropping technology faster and more systematically， this paper uses the method of literature review to automatically transplant seedlings in plug trays at home and abroad. The technology of picking and dropping seedlings is summarized and is divided into four types as follows： clipping type， ejecting type， combined top-clamping type and straight-falling type. The working principle and characteristics of different types of seedling picking and throwing technology are analyzed. It points out that the research results of automatic seeding technology applied in actual production have problems of poor stability and low reliability， and proposes measures to improve the relevant evaluation standards， promote the research of mechanical seeding technology and the development of small mechanical equipment， and promote the development of multi-row operation and efficient transplanting of seeding technology. The future development of automatic seedling picking and dropping technology with simple structure， stable performance and intelligent operation is prospected， so asto provide a reference for the development of automatic transplanting machines in China.

Keywords：

transplanter； plug seedlings; automatic seedling picking and dropping

0 引言

作物育苗移栽可以充分利用光熱水等資源，提高種子出苗率和田間保苗率，增強作物對自然災(zāi)害和病蟲害的抵御能力，解決農(nóng)業(yè)種植茬口銜接矛盾，提高耕地利用率，增產(chǎn)增益，已成為現(xiàn)代化新型農(nóng)業(yè)不斷研究和推廣的種植模式［12］。

作物移栽主要有裸根苗移栽和缽體苗移栽兩種不同形式。穴盤苗屬于缽體苗的一種，因其便于存放運輸，苗株長勢勻稱，品質(zhì)高，育苗過程機械化程度高，適合規(guī)?；a(chǎn)，穴盤苗移栽在作物移栽種植模式中應(yīng)用多，發(fā)展廣［3］。目前國內(nèi)外穴盤苗移栽機械根據(jù)自動化程度分為半自動移栽機和自動移栽機，兩者主要區(qū)別在于半自動移栽機需要人工手動取投苗，作業(yè)效率較低，勞動強度大［4］。穴盤苗移栽自動取投苗技術(shù)研究是實現(xiàn)移栽作業(yè)全面機械化、自動化發(fā)展的重要一環(huán)。本文介紹國內(nèi)外穴盤苗移栽自動取投苗技術(shù)研究現(xiàn)狀，分析不同取投苗方式的工作原理和特點，以及在生產(chǎn)應(yīng)用中存在的問題，并給出應(yīng)對措施，對現(xiàn)階段自動取投苗技術(shù)進行展望，旨在為我國自動移栽機的發(fā)展提供參考。

1 自動取投苗技術(shù)研究現(xiàn)狀

經(jīng)過第一二次工業(yè)革命的積淀，以歐美地區(qū)和日本為代表的發(fā)達國家率先進行作物移栽相關(guān)技術(shù)和機械裝備的研究。到20世紀80年代，半自動移栽機和制缽機已經(jīng)在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。隨著科學技術(shù)的進步，機械化取投苗技術(shù)更加成熟，適應(yīng)性更廣，可用于多種作物取投苗作業(yè)環(huán)節(jié)，移栽機自動化程度進一步提高［5］。我國20世紀50年代后期開始對移栽機械進行研究，相比發(fā)達國家，技術(shù)水平較低［67］。前期我國的自動移栽機主要依靠國外引進機型，因國內(nèi)外作物品種、種植農(nóng)藝、耕種環(huán)境等影響因素的差異，這些自動化移栽設(shè)備適應(yīng)性差，市場推廣難，應(yīng)用少，半自動移栽機在我國市場流通的移栽機械總量中占較大比重。隨著我國新型農(nóng)業(yè)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)機械化、智能化程度要求的不斷提高，很多高校、科研院所和農(nóng)業(yè)類企事業(yè)單位開始加強自動化移栽技術(shù)特別是取投苗技術(shù)及設(shè)備研究。

因不同的作物穴盤苗物理特性不同，移栽機苗盤進給和栽植方式不同，國內(nèi)外穴盤苗自動移栽機械取投苗技術(shù)可以分為夾取式、頂出式、頂夾結(jié)合式、直落式。

1.1 夾取式

通過送盤機構(gòu)將穴盤苗移送至待抓取位置，由取苗爪末端執(zhí)行部件夾持秧苗，從穴盤中取出并投放至下一級分投苗裝置，或者直接投入栽植器，完成一個自動取投苗工作周期。根據(jù)取苗末端執(zhí)行部件夾取秧苗的位置不同，可以分為莖稈夾取型和基質(zhì)夾取型兩類，工作原理如圖1所示。

1.1.1 莖稈夾取型

取苗末端執(zhí)行部件（多為夾子式結(jié)構(gòu)）直接加緊苗株莖稈部位進行拉拔，將苗株根系和基質(zhì)塊從穴盤缽穴中一同拔出，到達指定投苗位置時末端執(zhí)行部件松開，苗依靠自重落下，完成投苗。該方式主要應(yīng)用于苗株莖稈長且粗壯，有較強韌性，直立度好的穴盤苗，例如番茄、辣椒等。同時該類取苗方式要求苗株盤根性高，基質(zhì)塊相對緊實，以避免基質(zhì)破碎，缽穴粘連，苗根裸露等情況出現(xiàn)。對于葉展較大的作物苗株，該取苗方式易出現(xiàn)非移栽目標苗株的莖葉被末端執(zhí)行部件連同加緊，一并取投的問題，降低移栽一致性和成功率。因此該方式對育苗要求較高，作物應(yīng)用范圍受限。該技術(shù)應(yīng)用代表機型有新疆巴州良佳2ZB系列自動移栽機、寧津金利達田耐爾自動秧苗移栽機。

針對夾莖取苗過程中易傷苗、漏苗的問題，胡雙燕等［8］以適栽期內(nèi)128孔穴盤培育的辣椒苗為研究對象，對莖稈進行拉伸、擠壓及彎曲力學特性試驗和苗坨脫盤夾取力試驗，并結(jié)合ANSYS軟件對莖稈進行靜力學分析。指明移栽過程傷苗的主要原因是取苗末端執(zhí)行部件工作時對莖稈的徑向擠壓，而非取苗時的拉拔影響。

針對取苗機構(gòu)夾取缽苗時會造成苗體和根系損傷的問題，李華等［9］以番茄穴盤苗為研究對象，模擬人工取投苗移栽過程，提出一種斜夾直拔夾取方式，并基于二階橢圓齒輪行星輪系和凸輪擺桿機構(gòu)設(shè)計取投苗機構(gòu)和夾苗器，如圖2所示。實現(xiàn)苗夾以最大張開角，斜向靠近莖稈并加緊，垂直于穴盤孔穴將苗拔出，且在苗體近乎直立的狀態(tài)時完成投放。規(guī)避苗體莖葉對夾苗過程的干擾，減小莖葉損傷和多取漏取的概率，提高取、投苗成功率。取苗試驗結(jié)果表明：80株/min的取苗頻率下，取苗成功率92%，投苗成功率94.2%，傷苗率2.9%。

針對半自動辣椒移栽機作業(yè)效率低、勞動強度大的問題，韓長杰等［10］采用夾莖稈取苗方式研究設(shè)計一種辣椒穴盤自動移栽機，如圖3所示。通過時序控制多氣缸協(xié)同作業(yè)，實現(xiàn)整排取苗再分苗投苗，提高取苗效率，降低取苗爪運動軌跡和姿態(tài)的設(shè)計難度。取苗爪以合適的角度夾、取莖稈，減小對穴盤苗莖葉的干擾和損傷。

1.1.2 基質(zhì)夾取型

取苗末端執(zhí)行部件（多為針式結(jié)構(gòu)）插入基質(zhì)中，將苗株根系和基質(zhì)一同加緊，從穴盤缽穴中取出，到達指定投苗位置時末端執(zhí)行部件釋放夾持力，苗坨在推苗機構(gòu)作用下脫離裝置，依靠自重完成投苗。該方式主要利用育苗過程中，苗株根系會在基質(zhì)中穿插、纏繞和包裹，形成根系—基質(zhì)復(fù)合體的特性。該復(fù)合體具有一定的彈性應(yīng)變能力和抗壓能力［11］，保證末端執(zhí)行部件插入、加緊及投放等操作不易損傷根系—基質(zhì)復(fù)合體。該取苗技術(shù)成功率高，可靠性好，廣泛應(yīng)用于日本地區(qū)的自動移栽機，如久保田SKP-101系列移栽機、井關(guān)PVZ1移栽機、洋馬PW20R移栽機等機型。對于葉展大、莖稈短的葉菜類作物，如生菜、甘藍等，取苗末端執(zhí)行部件在扎取苗時，容易對莖葉造成損傷，因此該方式對取苗末端執(zhí)行部件的運動軌跡、取投苗姿態(tài)、穴盤苗育苗質(zhì)量要求高，適栽期的穴盤苗需具備較好的根系—基質(zhì)復(fù)合特性。

為保證取苗末端執(zhí)行部件的運動軌跡與姿態(tài)，設(shè)計了行星輪系—滑道組合式取苗機構(gòu)，如圖4（a）所示。取苗爪在行星輪系機構(gòu)和滑道的共同作用下，形成圖中所示的取苗軌跡［12］。Islam等［13］設(shè)計了一種齒輪、凸輪、曲柄滑塊多機構(gòu)組合式取苗機構(gòu)，如圖4（b）所示，可實現(xiàn)直線取苗與擺動送苗作業(yè)要求。

俞高紅等［14］基于橢圓—不完全非圓齒輪行星系設(shè)計一種蔬菜缽苗取苗機構(gòu)，如圖5所示，實現(xiàn)取苗針沿穴盤苗中線方向插入基質(zhì)，沿該方向?qū)⒚鐝难ūP缽穴中取出。該結(jié)構(gòu)降低了基質(zhì)夾取型取苗方式對根系—基質(zhì)復(fù)合體的滑切和擾動，降低了基質(zhì)破損率，提高了取苗效率，增強了性能穩(wěn)定性。崔巍等［15］設(shè)計一種雙曲柄五桿式取苗機構(gòu)，使得取苗末端執(zhí)行部件實現(xiàn)理想的運動軌跡和取投苗姿態(tài)，同時解決非圓齒輪加工難，成本高的問題。

針對取苗末端執(zhí)行部件夾取苗坨時易出現(xiàn)根土破壞的問題，韓綠化等［16］研究設(shè)計一種兩指四針鉗夾式基質(zhì)夾取型末端執(zhí)行器，如圖6所示。

該機構(gòu)利用氣缸和橡膠氣囊驅(qū)動，選擇四針插入，兩指加緊取苗，兩指松放，四針回退投苗的工作原理，并基于穴盤苗力學特性設(shè)計夾取力。通過試驗分析發(fā)現(xiàn)，當提取速度為40mm/s、入缽角為11°、插入深度為32mm、單穴為4株、含水率為55%～60%時，取苗執(zhí)行部件對苗坨根土破壞程度最小。

1.2 頂出式

常規(guī)育苗穴盤下方設(shè)有排水孔，頂桿透過排水孔作用根系—基質(zhì)復(fù)合體下端面，將苗從育苗穴盤中頂出，頂落的苗由下一級分投苗裝置有序投放至栽植器中，完成取投苗。該方式主要利用穴盤苗根系—基質(zhì)復(fù)合體具有一定的黏彈性，不容易破碎。頂桿僅做直線往復(fù)運動，結(jié)構(gòu)簡單，不易對苗的莖葉造成直接損傷。該技術(shù)應(yīng)用代表機型有常州亞美柯2ZS-4（OPK-4）全自動蔬菜缽苗移栽機。常規(guī)穴盤苗末端根系較少，部分基質(zhì)碎屑會經(jīng)由排水孔流失，導(dǎo)致整個根系—基質(zhì)復(fù)合體呈現(xiàn)上緊下松的物理特性。因此要求頂桿直徑大小既能保證頂桿透過排水口，又能避免其過細直接插入復(fù)合體，導(dǎo)致基質(zhì)破碎和取投苗失敗。根據(jù)頂出式取苗實現(xiàn)方式的不同，可以分為機械驅(qū)動、電驅(qū)動、氣動和頂桿與射流組合四種類型。

1.2.1 機械驅(qū)動型

一般采用凸輪、曲柄滑塊、撥桿等結(jié)構(gòu)，搭配彈簧，實現(xiàn)頂桿的頂推和復(fù)位。該類型系統(tǒng)簡單，可靠性強，整體傳動較復(fù)雜，且存在機械摩擦，相關(guān)部件易磨損，動作精度較差。

針對玉米缽苗移栽機，尹大慶等［17］提出一種頂出式有序分秧機構(gòu)，如圖7所示。驅(qū)動軸錯位均布8個撥桿，聯(lián)動苗盤勻速連續(xù)進給，8個撥桿依次通過杠桿傳動，推動對應(yīng)的頂桿將苗頂出，在彈簧的作用下頂桿復(fù)位，驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)一周可有序取投苗8次。在撥桿和頂桿之間增加杠桿傳動，大幅提高頂桿的移動速度，實現(xiàn)苗盤非間歇進給取苗。

1.2.2 電驅(qū)動型

一般采用伺服電機與機械結(jié)構(gòu)相結(jié)合方式驅(qū)動頂桿往復(fù)運動。該類型簡化了純機械機構(gòu)的傳動系統(tǒng)，整體結(jié)構(gòu)更加緊湊；引入電控系統(tǒng)，易于控制，方便頂桿往復(fù)運動不同階段速度調(diào)節(jié)，減小沖擊力，有利于降低基質(zhì)破損率，提高取投苗效率。

針對頂桿推頂易造成秧苗損傷的問題，楊傳華等［18］設(shè)計一種基于PLC控制的缽苗自動輸送裝置。采用伺服電動缸驅(qū)動頂桿，速度快、精度高、可控性強。采用慢推快回的設(shè)計思路，而且可根據(jù)不同作物穴盤苗苗坨不同的物理特性調(diào)節(jié)推頂速度，降低頂苗過程頂桿對苗坨的損傷，提高取苗機構(gòu)適應(yīng)性。

1.2.3 氣動型

利用氣缸驅(qū)動頂桿支架，將穴盤苗頂出，動作迅速、反應(yīng)快、調(diào)節(jié)方便、易于自動控制。氣動元件結(jié)構(gòu)簡單、成本低、耐用性強。因需要提供氣源，對于田間移栽機械增加氣泵裝置，使整機結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

針對頂出式取投苗，穴盤苗頂出后存在翻滾，運動軌跡不可控，落點不精確的問題，文永雙等［19］研究設(shè)計了一種插入頂出式取投苗裝置，主要由插入頂出機構(gòu)、送盤機構(gòu)、翻板機構(gòu)和送苗機構(gòu)等組成，工作原理如圖8所示。通過設(shè)置穴盤苗中線與頂桿中軸線的夾角，減小穴盤苗斜拋初始角速度、斜拋角度以及下落高度減輕苗體的翻轉(zhuǎn)。在頂桿末端增設(shè)了扁針預(yù)先固定苗體姿態(tài)，通過翻板和梳理板阻止苗坨粘連頂桿，提高落苗的整齊度和落點精度。

1.2.4 頂桿與射流組合型

頂桿驅(qū)使苗坨從穴盤脫離，主要需要克服苗坨與穴缽腔接觸面之間的黏結(jié)力和摩擦力。為避免頂桿與根系—基質(zhì)復(fù)合體直接機械接觸導(dǎo)致頂桿刺入苗缽，提高取苗成功率，Shaw［20］設(shè)計了一種氣流與頂桿結(jié)合式取投苗裝置，如圖9所示。頂桿內(nèi)部中空，頂端封閉，在靠近頂桿頂端的位置設(shè)有數(shù)個與頂桿軸線成一定角度的細孔。頂苗時先由細孔噴出有壓氣流抵消部分黏結(jié)力，促使苗坨和穴缽腔松動，再由頂桿機械接觸將穴盤苗完全頂出。經(jīng)過試驗證明，增加氣流輔助作用使頂出式取投苗成功率明顯提高。

1.3 頂夾結(jié)合式

該類取苗方式實質(zhì)為夾取式和頂出式取投苗方式的組合，工作原理是苗盤進給裝置將穴盤苗移送至目標位置，苗坨經(jīng)由頂苗桿作用脫離穴缽腔，由取苗爪末端執(zhí)行器夾持苗體離開穴盤區(qū)域，投放至下一級分投苗裝置，或直接投放至栽植器，完成一次取投苗。依據(jù)取苗末端執(zhí)行部件結(jié)構(gòu)和夾取方式分類，分為頂夾基質(zhì)型和頂扎基質(zhì)型兩類，如圖10所示。

1.3.1 頂夾基質(zhì)型

取苗爪為一定寬度的夾板，頂桿將苗坨從穴缽腔中頂出并推入取苗爪夾持區(qū)域，取苗爪夾持整個苗坨進行取投苗。采用該類取苗方式作業(yè)，苗體根系和莖葉不易受損，弱化取苗爪末端執(zhí)行器運動軌跡和姿態(tài)要求，一定程度解決葉展大、無莖稈特點的作物穴盤苗機械化移栽取苗難題。該技術(shù)應(yīng)用代表機型有意大利的FUTURA自動移栽機，其取苗機構(gòu)采用頂夾結(jié)合方式整排取苗，整排投放至旋轉(zhuǎn)式導(dǎo)苗桶，由導(dǎo)苗桶有序投放至栽植器中。整機集成機電一體化技術(shù)，作業(yè)效率高達4500株/（h·行），適合地勢平坦、種植面積較大的區(qū)域作業(yè)，整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，維護困難。

針對現(xiàn)在頂夾結(jié)合式取苗機構(gòu)系統(tǒng)復(fù)雜，成本高等問題，金鑫等［21］將整個取投苗流程分解為穴盤進給、頂苗、苗爪開合和翻轉(zhuǎn)四個動作，設(shè)計一種純機械傳動的穴盤苗自動輸送裝置。采用凸輪機構(gòu)驅(qū)動苗盤橫向移動，槽輪機構(gòu)驅(qū)動苗盤縱向進給，曲柄滑塊機構(gòu)驅(qū)動頂桿工作，凸輪與齒輪齒條機構(gòu)結(jié)合驅(qū)動苗爪的開合和翻轉(zhuǎn)。試驗結(jié)果顯示：在取苗速度140株/min時，取基質(zhì)含水率32.79%時，取苗成功高達98.44%，基質(zhì)損失率36.67%，滿足移栽種植要求。

基質(zhì)損失率高的主要原因是在頂苗過程中，基質(zhì)低端在頂桿的作用下，沿莖稈方向發(fā)生壓縮變形，當苗夾施加垂直于莖稈方向的夾持力時，基質(zhì)又沿此方向發(fā)生形變，導(dǎo)致根系—基質(zhì)復(fù)合體原有物理特性改變，未能與根系結(jié)合緊密的基質(zhì)顆粒在取投苗過程中極容易脫落，造成基質(zhì)損失［22］。

1.3.2 頂扎基質(zhì)型

取苗爪一般為針式結(jié)構(gòu)，針狀取苗爪以一定的角度插進由頂桿頂出的苗坨，苗隨取苗爪運動至投苗位置，由推苗機構(gòu)作用脫離，完成投苗。采用該類取苗方式作業(yè)，運行可靠，相比基質(zhì)夾取型取投苗方式，苗坨不易于穴缽腔粘連，基質(zhì)破損率低，取投苗成功率更高。Isao［23］設(shè)計一種取苗裝置，如圖11所示。頂桿將苗坨從水平放置的苗盤頂出，取苗針同步插入苗缽取苗，隨后持苗移動至投苗位置，取苗針縮回完成投苗。

與該裝置類似，何亞凱［24］提出一種頂扎基質(zhì)型取苗裝置。頂桿將穴盤苗從穴缽頂出的同時，針式取苗爪與穴盤苗成一定角度插入苗坨，完成取苗。該研究有效解決基質(zhì)損失率高的問題，同時傾斜扎取苗坨還減小對苗莖葉的損傷，提高取投苗成功率。

頂夾結(jié)合式取投苗技術(shù)兼?zhèn)鋳A取式和頂出式兩種取投苗方式的優(yōu)點，提高取投苗成功率同時，降低對苗的損傷率，提高移栽機適應(yīng)性。應(yīng)用頂夾結(jié)合式取投苗技術(shù)的裝置結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，尺寸較大；除機械系統(tǒng)外，一般還增加電動和氣動等工作元件及相應(yīng)的控制系統(tǒng)，整體成本較高；各個系統(tǒng)時空配合精度要求高，控制復(fù)雜。

1.4 直落式

直落式取投苗技術(shù)主要依靠空氣整根營養(yǎng)缽育苗技術(shù)的發(fā)展。該育苗技術(shù)采用口小底大，上下通透的四棱錐臺形穴缽腔育苗盤。相關(guān)育秧試驗和移栽試驗研究表明，空氣整根缽苗秧苗粗壯，根須多且粗壯，根系—基質(zhì)復(fù)合體的彈性應(yīng)變能力和抗壓能力更好。取投苗時，穴盤苗在取苗機構(gòu)和重力的共同作用下，有序直落到下一級分投苗機構(gòu)，或直接投入栽植器。根據(jù)取苗機構(gòu)作用方式不同，可以分為機械式和氣力式兩種。

1.4.1 機械式

通過上下往復(fù)運動的末端執(zhí)行部件直接接觸苗缽，機械式下壓，促使空氣整根缽苗從穴盤中下落，完成取投苗作業(yè)。馬旭等［25］針對空氣整根缽苗移栽機設(shè)計了一種機械式取投苗機構(gòu)，如圖12所示。回轉(zhuǎn)運動的撥指套周期性驅(qū)動杠桿，杠桿另一端做向下的圓弧擺動，通過雙向?qū)е突鄣膶?dǎo)向，將杠桿的圓弧擺動轉(zhuǎn)化為投苗執(zhí)行部件的下壓運動。整體結(jié)構(gòu)簡單，可靠性強。

1.4.2 氣力式

通過輸送有壓氣體，在苗坨上下面產(chǎn)生壓力差，依靠這種壓力差將空氣整根缽苗從穴盤中推落，完成取投苗作業(yè)。針對完全依靠氣吹方式取苗，耗能高，成功率低的問題。袁挺等［26］提出了一種氣吹振動復(fù)合的取投苗技術(shù)，如圖13所示。該裝置主要由送苗機構(gòu)，振動機構(gòu)和氣吹機構(gòu)組成。在振動器和彈簧的作用下，穴盤不斷做簡諧運動，依靠慣性打破苗坨與穴缽內(nèi)壁的黏附力。當缽苗運動至投苗位置時，在氣壓、振動和重力的共同作用下，完全克服與穴缽內(nèi)壁的黏附力和摩擦力，從穴盤中脫落，完成取投苗作業(yè)。以甘藍苗為試驗對象，結(jié)果表明：當基質(zhì)含水率為55%，振動頻率為36Hz，氣壓為0.45MPa時，取苗成功率為92%，基質(zhì)破損率為3.46%，滿足移栽要求。

直落式取投苗技術(shù)原理及裝置結(jié)構(gòu)簡單，成功率高，可同時完成取苗和投苗，效率高。缺點是空氣整根營養(yǎng)缽育苗穴盤的尺寸結(jié)構(gòu)明顯區(qū)別于一般穴盤，目前該取投苗技術(shù)尚處于研究階段，會提高育苗成本，不便于技術(shù)和設(shè)備推廣；由于口小底大的特殊結(jié)構(gòu)，取投苗作業(yè)時，限制葉展大小不能超過上口尺寸，避免下落時穴盤刮傷苗體莖葉。

通過對四種穴盤苗自動取投苗技術(shù)特點和研究現(xiàn)狀進行對比分析，如表1所示。夾取式取苗性能穩(wěn)定，適應(yīng)強；頂出式取苗結(jié)構(gòu)簡單，傷苗率低；頂夾結(jié)合式取苗技術(shù)同時具備夾取式和頂出式的優(yōu)點，但裝置整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜；直落式取苗可同時完成取投苗，可靠性強，但需要定制穴盤，育苗成本高。

2 存在問題與發(fā)展建議

2.1 存在問題

2.1.1 穴盤制造、育苗技術(shù)與自動取投苗技術(shù)匹配度差

穴盤制作、穴盤育苗作為自動移栽作業(yè)的前置環(huán)節(jié)，直接影響自動取投苗效果的好壞。我國移栽裝備技術(shù)發(fā)展的幾十年里，各個環(huán)節(jié)發(fā)展相對獨立，結(jié)合緊密程度低，無統(tǒng)一的標準化要求，如現(xiàn)有育苗穴盤孔穴數(shù)雖然已經(jīng)形成統(tǒng)一規(guī)格標準，但在穴缽腔體容積大小、深度、上口下底以及排水孔的尺寸和局部結(jié)構(gòu)設(shè)計，不同品牌的育苗穴盤差異明顯，整體質(zhì)地軟硬程度也不盡相同。穴盤育苗水平參差不齊，苗株根系的盤根性、苗坨緊實程度和含水率、適栽期苗株高度及葉展寬度無統(tǒng)一的評價標準和要求。這種差異的存在對穴盤進給精準定位，降低基質(zhì)破損率和傷苗率，提高取投苗成功率和可靠性造成困難，進一步提高了移栽機械裝備的設(shè)計要求，一定程度阻礙了自動取投苗技術(shù)的發(fā)展和移栽作業(yè)全程機械化進程的推進。

2.1.2 取投苗技術(shù)通用性差

現(xiàn)有的取投苗技術(shù)大多是針對特定種類或品種的作物、特定地域種植農(nóng)藝研發(fā)的，如針對新疆地區(qū)的辣椒、番茄等茄果類蔬菜，東北地區(qū)玉米等。市場上流通的移栽取投苗裝置通用性差，一旦更換作物對象進行移栽作業(yè)，傷苗率、基質(zhì)破損率、取投苗成功率和可靠性等受明顯影響。我國農(nóng)業(yè)種植有作物輪作需求，取投苗技術(shù)通用性差這一問題提高了種植戶的購機成本，阻礙了移栽作業(yè)機械化發(fā)展。

2.2 發(fā)展建議

2.2.1 穴盤制造、育苗技術(shù)標準化

根據(jù)我國作物移栽農(nóng)藝要求，結(jié)合育苗穴盤制造行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，統(tǒng)一穴盤規(guī)格，制定明確的技術(shù)參數(shù)，使育苗穴盤設(shè)計與制造有章可循；加強育苗行業(yè)培訓，提高整體育苗水平，強化各類技術(shù)標準，對適栽期穴盤苗育苗質(zhì)量有統(tǒng)一的評價標準和要求。例如統(tǒng)一孔穴規(guī)格的穴盤，形狀位置尺寸應(yīng)保持一致；適栽期穴盤苗基質(zhì)含水率在規(guī)定范圍內(nèi)，莖稈直立度、葉展大小、苗株根系盤根性和苗坨彈性應(yīng)變能力和抗壓能力等評價標準符合機械化取投苗技術(shù)要求。機械化移栽是一項系統(tǒng)性工程，將自動取投苗技術(shù)研究與穴盤制造、制缽、育苗等工作環(huán)節(jié)緊密結(jié)合，將取投苗機械研發(fā)過程中的問題和難點分散，通過多個技術(shù)環(huán)節(jié)配合，共同解決機械研發(fā)環(huán)節(jié)難以攻克的難題。

2.2.2 應(yīng)用新理念研發(fā)高性能取投苗技術(shù)

總結(jié)國內(nèi)外取投苗技術(shù)的優(yōu)缺點，緊密結(jié)合我國移栽作業(yè)國情，對我國穴盤苗自動取投苗技術(shù)進行創(chuàng)新性突破。如繼續(xù)加強穴盤苗力學特性基礎(chǔ)研究，為取投苗技術(shù)研究提供真實有效的數(shù)據(jù)支撐；應(yīng)用仿真模擬等現(xiàn)代化科研手段，縮短研發(fā)周期，增加優(yōu)化次數(shù)，提高研究成果的可靠性；在保證取投苗技術(shù)成功率和穩(wěn)定性的前提下，加強其對穴盤苗差異化的通用性和自適應(yīng)能力；加快科研成果轉(zhuǎn)化率，將研究成果落實到實際生產(chǎn)，通過農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)過程，反饋技術(shù)研究的難點和突破方向，促進高性能取投苗技術(shù)研發(fā)不斷進步。

3 展望

取投苗技術(shù)是穴盤苗自動化移栽發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，國內(nèi)外在這方面的研究已經(jīng)取得長足發(fā)展，很多有針對性作業(yè)對象的取投苗移栽機構(gòu)，可以完成規(guī)定要求的移栽作業(yè)任務(wù)。但現(xiàn)有的取投苗技術(shù)在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用和普及程度依然不夠，大部分研究成果仍處于試驗階段，科技成果轉(zhuǎn)化率低。應(yīng)用于實際生產(chǎn)的自動取投苗技術(shù)研究成果存在穩(wěn)定性差、可靠性低的問題，未能明顯改變采用人工取投苗的半自動移栽作業(yè)仍然占機械化移栽作業(yè)絕大比例的生產(chǎn)種植局面。根據(jù)現(xiàn)有穴盤苗自動取投苗技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和機械裝備市場應(yīng)用情況，對近階段自動取投苗技術(shù)發(fā)展提出以下建議。

1）行業(yè)及相關(guān)部門進一步推進穴盤生產(chǎn)、制缽、育苗和機械化移栽各個環(huán)節(jié)的一體化發(fā)展，緊密結(jié)合各個環(huán)節(jié)，完善相關(guān)評價標準，有利于取投苗等移栽技術(shù)研究和相關(guān)機械裝備的發(fā)展。

2）針對新疆、東北等地塊大，地勢平坦區(qū)域，著重推進適合多行作業(yè)，高效移栽的取投苗技術(shù)發(fā)展，提高移栽作業(yè)的效率和質(zhì)量，提高移栽機械裝備的自動化程度；對于地塊小，多為山區(qū)和丘陵地帶的地域，側(cè)重機械式取投苗技術(shù)研究和小型機械裝備的發(fā)展，提高移栽作業(yè)機械化水平。

3）從現(xiàn)在移栽機械應(yīng)用現(xiàn)狀和需求看，結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定及作業(yè)智能是未來取投苗技術(shù)發(fā)展的主要方向，降低傷苗率，提高可靠性和通用性是迫切需求。應(yīng)充分將識別技術(shù)、智能控制等現(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用在取投苗技術(shù)研究上，研究生產(chǎn)出智能化通用型取投苗機構(gòu)。

參 考 文 獻

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