武漢地區(qū)小粒徑蔬菜直播機(jī)具研究現(xiàn)狀及進(jìn)展

杜錚 萬勇 舒虹杰 張俊峰 郭翔

設(shè)施蔬菜機(jī)械化

武漢地區(qū)小粒徑蔬菜直播機(jī)具研究現(xiàn)狀及進(jìn)展

杜錚 萬勇 舒虹杰 張俊峰 郭翔

導(dǎo)讀：隨著蔬菜種植規(guī)模的不斷擴(kuò)大，實現(xiàn)蔬菜播種的機(jī)械化勢在必行。研究和推廣適合武漢的、融合農(nóng)藝的蔬菜播種機(jī)，對于推進(jìn)武漢蔬菜生產(chǎn)全程機(jī)械化發(fā)展進(jìn)程具有積極作用。為此，介紹了武漢近幾年引進(jìn)國內(nèi)外蔬菜播種機(jī)的現(xiàn)狀以及消化、吸收和再創(chuàng)新蔬菜直播機(jī)具的研究進(jìn)展。根據(jù)適應(yīng)性試驗情況，針對引進(jìn)機(jī)具整機(jī)結(jié)構(gòu)笨重和排種器更換困難，進(jìn)行輕簡化和模塊化設(shè)計，自主研制的系列蔬菜播種機(jī)械農(nóng)藝適應(yīng)強(qiáng)、使用經(jīng)濟(jì)性高，能滿足武漢市不同蔬菜播種要求，有效減輕農(nóng)民的勞動強(qiáng)度、節(jié)約生產(chǎn)成本、改善生產(chǎn)條件，促進(jìn)農(nóng)民增產(chǎn)增收。

特約欄目主持：萬勇

高級工程師，武漢市農(nóng)科院農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究所副所長，負(fù)責(zé)科研、科技管理工作。長期在農(nóng)業(yè)科技推廣一線從事新產(chǎn)品開發(fā)和高新技術(shù)的引進(jìn)、改進(jìn)工作。參與“7萬畝建設(shè)”相關(guān)技術(shù)規(guī)范的起草與制定；主持、完成 《七萬畝設(shè)施蔬菜技術(shù)集成示范推廣》（農(nóng)機(jī)部分）；長期從事“溫室內(nèi)環(huán)境智能控制系統(tǒng)”、“現(xiàn)代設(shè)施條件下水肥耦合與配方施放技術(shù)”的研究；致力于小型設(shè)施蔬菜機(jī)具開發(fā)，擁有專利5項。

武漢市2012年全市蔬菜種植面積16.31萬hm2，蔬菜總產(chǎn)量661.62萬t。2013年，全市新建4 669 hm2設(shè)施蔬菜基地，主要種植薯尖、大白菜、結(jié)球甘藍(lán)、菠菜等葉菜類蔬菜，年生產(chǎn)能力達(dá)5億kg，日可供應(yīng)1 370 t蔬菜。截至2015年，全市蔬菜總產(chǎn)量742.30萬t，產(chǎn)值221.45億元，占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值比重達(dá)35.7%，穩(wěn)居農(nóng)業(yè)第一大支柱產(chǎn)業(yè)地位。2015年全市蔬菜播種面積17.407萬hm2，綜合考慮武漢市蔬菜生產(chǎn)機(jī)械化水平約在25%，高于同期全國蔬菜生產(chǎn)機(jī)械化水平[1]。但是，仍有大部分農(nóng)戶使用傳統(tǒng)撒種方式，生產(chǎn)效率低，后期間苗、種子等生產(chǎn)成本高，增加了保障蔬菜供應(yīng)數(shù)量和質(zhì)量安全、穩(wěn)定蔬菜價格的難度。因此，要提高土地產(chǎn)出率、勞動生產(chǎn)率以及提升蔬菜產(chǎn)品質(zhì)量，推進(jìn)蔬菜播種機(jī)械化成為必然選擇。

1 蔬菜機(jī)械化播種方式

武漢地區(qū)蔬菜播種主要包括撒播、條播、穴播和精量直播。撒播即采用人工或機(jī)械方式將種子均勻撒于苗床上。穴播又叫點播，條播和穴播技術(shù)的核心是確保單位長度或單位面積內(nèi)播種量的一致性。其排種原理以槽輪式、釘輪式、離心式、氣流式等為主，屬于傳統(tǒng)播種技術(shù)。精量直播技術(shù)優(yōu)于條播和穴播技術(shù)，對播種要求更為嚴(yán)格，具有省種、后期無需間苗等優(yōu)點，是機(jī)械播種的發(fā)展方向。

1.1 撒播

蔬菜撒播機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，通過旋轉(zhuǎn)葉輪產(chǎn)生的離心力將種子撒出。撒播是一種較粗放的直播方式，用種量較大，密度難以控制，后期管理不方便，產(chǎn)量難以保證。在武漢本地，種植菠菜、小白菜、蘿卜等蔬菜往往采用這種方式。而生菜、油麥菜等外形不規(guī)則的蔬菜品種先撒播，然后再移栽定苗。對于苜蓿、油菜等一次種植面積大的種子，較多采用機(jī)械化撒播的方式，具體方法為將種子與肥料、細(xì)砂、炒熟的種子等填充材料混合之后進(jìn)行人工或機(jī)械撒播。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所研制的撒播式播種機(jī)，種箱中的種子由排種器先落在一個球面上，再均勻地撒播在苗床上，可用于苜蓿等牧草種子的撒播[2，3]。這種方法種子浪費較嚴(yán)重，出苗后往往需要間苗、補苗。

1.2 條播

條播即將種子均勻地播成一條，行與行之間保持一定距離均勻播種。條播的作物有一定的行間距，通風(fēng)和受光均勻，且便于行間松土施肥。條播用種量少于撒播，但單行作物密度相對較大。

具體生產(chǎn)過程中，武漢地區(qū)谷物、玉米、花生和馬鈴薯[4]等糧食作物多采用此方式播種。谷物條播機(jī)經(jīng)多年發(fā)展已相對成熟，主要采用外槽輪式和摩擦盤式等類型的排種器。目前，市面上適用于小粒徑種子的條播機(jī)多是在谷物條播機(jī)的基礎(chǔ)上改進(jìn)的[5]。

1.3 穴播

穴播，即按照規(guī)定的株距、行距進(jìn)行播種，每穴內(nèi)播有多粒種子，是一種比較精確的播種方式。穴播具有條播的優(yōu)點，用種量較條播相對少些，且穴播由于邊際效應(yīng)的作用，由穴邊緣向穴中心呈由大到小的有序狀態(tài)分布，便于分級選苗，比較適合油菜及一些小粒徑的蔬菜品種的播種[6]。

1.4 精播

精播即在規(guī)定的株距和行距要求下將每穴所播粒數(shù)控制到1粒，是一種更為精確的播種方式。精播可在保證出苗率的同時，將種子用量控制在最小，使田間植株分布均勻、合理密植，甚至不需間苗。

精量直播排種器有機(jī)械式和氣力式2種。機(jī)械式包括垂直圓盤式、垂直窩眼式、錐盤式、水平圓盤式、傾斜圓盤式、帶夾式等。機(jī)械式精量排種器播種小粒徑種子時型孔過小則易造成堵塞和破損，型孔過大難以實現(xiàn)精播的要求。當(dāng)前的研究重點主要是解決小粒徑種子容易造成的型孔堵塞和種子破損兩大技術(shù)難題[7]。氣力式排種器包括氣吸式、氣壓式、氣吹式等。氣吸式利用負(fù)壓吸種，完成種子與種群的分離、輸種，在投種區(qū)切斷負(fù)壓，依靠種子的自身質(zhì)量或刮種裝置對種子的作用完成投種過程 。

1.5 小結(jié)

目前市場上成熟的小粒徑蔬菜播種機(jī)，對機(jī)械式排種器種子受力與運動規(guī)律的研究已經(jīng)比較成熟，以合格指數(shù)、漏播指數(shù)、重播指數(shù)、破碎率等指標(biāo)量化排種器排種效果的評價體系趨于完善。對小粒徑種子氣力式排種技術(shù)的研究還有待加強(qiáng)。通過檢測手段的升級，高速攝像、數(shù)值模擬和計算機(jī)仿真分析等技術(shù)的應(yīng)用，研究氣力式排種器氣流場與排種器、種子的氣固耦合機(jī)理，明確氣流場與排種器結(jié)構(gòu)的相互影響成為可能。機(jī)具在設(shè)計過程中，考察種子受載、變形及其破損過程和種子的運動規(guī)律，以及對氣力充種、清種與種子運動情況等進(jìn)行觀察，利于設(shè)計出更有效、更輕簡化的機(jī)具。

2 國內(nèi)外先進(jìn)小型蔬菜播種機(jī)械

為了突破蔬菜直播播種環(huán)節(jié)機(jī)械化的瓶頸，填補技術(shù)空白，武漢市農(nóng)機(jī)科研、推廣部門引進(jìn)了韓國生產(chǎn)的2BS-JT10型精密蔬菜播種機(jī)、日本生產(chǎn)的SYV-M500W矢崎電動蔬菜播種機(jī)以及國產(chǎn)的DB-S05德易播汽油蔬菜播種機(jī)進(jìn)行適應(yīng)性試驗，取得了較好效果。

2.1 2BS-JT10璟田汽油蔬菜播種機(jī)（圖1）

圖1 璟田2BS-JT10

圖2 矢崎SYV-M500W

該系列蔬菜播種機(jī)由上?？挡崢I(yè)有限公司從韓國引進(jìn)，以汽油機(jī)為動力，適合直播蔬菜品種。該機(jī)型采用窩眼輪方式排種，適用范圍廣，小白菜、娃娃菜、玉米、黃豆種子都可播種。在播種過程中可按農(nóng)藝需求調(diào)整好株行距，將播種、覆土、壓土一次性完成。整機(jī)動力2.94 kW，最大同時可播10行，最小株距2.5 cm，播種深度最大 70 mm，工作幅寬830 mm。采用機(jī)械播種能保持行距、株距、深度基本一致，作物長勢整齊。

2.2 SYV-M500W矢崎電動蔬菜播種機(jī)（圖2）

該系列蔬菜播種機(jī)采用電力驅(qū)動，作業(yè)輕松。低位排種的設(shè)計使得落種更穩(wěn)定，有利于提高播種精度。采用前輪驅(qū)動，便于排種器安裝和更換。行距固定為40 mm或者為40 mm的整數(shù)倍，最大工作效率約10 005 m2/h。該機(jī)型采用一體式排種盒結(jié)構(gòu)，更換排種器較為麻煩。

2.3 DB-S05德易播汽油蔬菜播種機(jī)（圖3）

該系列播種機(jī)由德易播機(jī)械發(fā)展有限公司設(shè)計制造，以汽油機(jī)為動力，適合直播蔬菜品種。播種行數(shù)5行，行距8～15 cm可調(diào)，工作幅寬600 mm。播種輪采用特殊材質(zhì)制作而成，其特點是防靜電不粘連種子，使種子順利落種，且不易破碎。該機(jī)型增加有離合裝置，使得前進(jìn)時播種，后退時不播種，最大程度減少種子的消耗。

圖3 德易播汽油蔬菜播種機(jī)

3 武漢地區(qū)小型蔬菜播種機(jī)械研發(fā)現(xiàn)狀

2013年，武漢市啟動了“七萬畝”設(shè)施蔬菜建設(shè)項目，成功引進(jìn)國內(nèi)外設(shè)施內(nèi)小型機(jī)具10余套。在市委、市政府的高度重視下，武漢市農(nóng)機(jī)鑒定推廣站、武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所等農(nóng)機(jī)推廣科研單位積極作為，多次舉辦蔬菜生產(chǎn)全程機(jī)械化演示培訓(xùn)、現(xiàn)場推介會，大力推廣先進(jìn)適用的蔬菜生產(chǎn)機(jī)械。其中，武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所依托市財政局、市農(nóng)委項目資金，設(shè)計研發(fā)了手推式小粒徑蔬菜播種機(jī)、懸掛式蔬菜播種機(jī)和電動自走式小粒徑蔬菜穴播機(jī)，申請專利2項（專利號：201410564369.5；201420613857.6）。在2013年、2014年武漢市農(nóng)業(yè)博覽會上，該系列產(chǎn)品因其適用性強(qiáng)，受到廣泛關(guān)注。武漢市農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究所科研人員還不定期開展設(shè)施大棚內(nèi)機(jī)具推廣演示活動：從2014年起，武漢市農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究所在黃陂錦繡雨臺合作社、黃陂石橋村、武漢市蔬菜科學(xué)研究所展示中心、新洲神龍和東西湖吉農(nóng)、江夏武鋼源通蔬菜基地、江夏元井山蔬菜專業(yè)合作社等地進(jìn)行設(shè)施大棚內(nèi)機(jī)械化播種示范推廣工作，著力推動設(shè)施內(nèi)小型機(jī)具的普及。此外，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院聯(lián)合武漢黃鶴拖拉機(jī)制造有限公司對原有油菜精量聯(lián)合直播機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計，推出黃鶴小粒種子播種機(jī)。

3.1 2BSR-2人工雙行蔬菜播種機(jī)（圖4）

該機(jī)型體積小，質(zhì)量小，適合在大棚設(shè)施內(nèi)作業(yè)。人力推動播種，開溝、播種、覆土、陣壓一次完成，適合中、小面積作業(yè)。整機(jī)重量輕，可在壟上播種，操作簡便、轉(zhuǎn)彎靈巧。小粒種子密集性種植效果最佳，使用高強(qiáng)度復(fù)合材料制作播種輪磨損小，落種率89%以上。

圖4 2BSR-2人工雙行蔬菜播種機(jī)

該機(jī)型采用窩眼輪排種方式，可以根據(jù)種子大小自由組裝，拆卸增加、減少行數(shù)（組數(shù)），更換播種輪可播不同類型的種子，適合蘿卜、甘藍(lán)、白菜、小白菜、娃娃菜、菜心、油菜等小粒徑種子。行距8～15 cm，生產(chǎn)效率2.5 km/h，667～1 334 m2/h。

3.2 2BSX-2懸掛式蔬菜播種機(jī)（圖5）

圖5 2BSX-2懸掛式蔬菜播種機(jī)

該機(jī)型適合在露天地塊上，以拖拉機(jī)或者微耕機(jī)等為動力牽引工作。整個機(jī)器由動力、安裝平臺和若干個播種機(jī)模塊組成。用戶在使用時，可根據(jù)動力源的動力、寬度、行距選擇行數(shù)自由組合，播種機(jī)模塊整體安裝在平臺上，拆卸方便。同時還設(shè)計有地面仿形機(jī)構(gòu)，使得每個播種模塊可根據(jù)土地高低不平自動調(diào)節(jié)。通過更換播種輪，可進(jìn)行小粒徑種子播種。整機(jī)配套不同型號的齒輪，方便調(diào)節(jié)株距，播種深度可在0～30 mm內(nèi)自由調(diào)節(jié)。播種速度快，整機(jī)作業(yè)速度5 km/h，即2 001～2 668 m2/h，播種準(zhǔn)確率在80%以上。

3.3 2BSD-10電動小粒徑蔬菜播種機(jī)（圖6）

該機(jī)型整機(jī)尺寸小（寬1.2 m、長1.4 m），工作效率高，同時整機(jī)采用電池作為動力，環(huán)保安全，無污染，適合在設(shè)施大棚內(nèi)進(jìn)行快速高效的作業(yè)。整機(jī)安裝有10個排種器，可以根據(jù)種植行距要求在1～10行間進(jìn)行調(diào)整，行距最小8 cm，播種深度可在0～30 mm。開溝、落種、覆土、陣壓一步完成，可以條播，也可以點播。播種過程中，勞動強(qiáng)度小，作業(yè)效率較高，整機(jī)作業(yè)速度3.5 km/h，1 334～2 001 m2/h，播種準(zhǔn)確率在86%以上。

3.4 2BFQW-6型氣吸式精密播種機(jī)（圖7）

該機(jī)型由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)研制，武漢黃鶴拖拉機(jī)制造有限公司生產(chǎn)，外形尺寸2.3 m×1.6 m×1.1 m，整機(jī)配套動力6.3 kW柴油機(jī)，工作行數(shù)6行，行距10～25 cm可調(diào)，主要用于露天地塊油菜播種，經(jīng)過簡單改裝后也可用于小粒徑類球形種子的播種，播種效率2 001～5 336 m2/h。該機(jī)型采用氣吸式排種器，播種精度高，轉(zhuǎn)彎半徑小，適合小地塊操作。

圖6 2BSD-10電動小粒徑蔬菜播種機(jī)

圖7 黃鶴2BFQW-6型氣吸式精密播種機(jī)

4 總結(jié)

與國外播種機(jī)相比，我國播種機(jī)結(jié)構(gòu)落后，新技術(shù)含量低，外觀質(zhì)量差；整機(jī)結(jié)構(gòu)顯得笨重，調(diào)節(jié)不便，作業(yè)速度慢，液壓技術(shù)和電子監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用很少，新材料和新工藝還沒得到廣泛應(yīng)用，普遍存在著產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量不高、外觀質(zhì)量粗糙和可靠性差等問題。國外播種機(jī)制造成本高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出中國農(nóng)民的購買能力，不適合大量進(jìn)口推廣。因此，國內(nèi)播種機(jī)的生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該吸取國外的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗，提高自己的技術(shù)水平和工藝水平，設(shè)計和制造出適合中國國情的高性能播種機(jī)，盡快縮小我國農(nóng)業(yè)與西方發(fā)達(dá)國家的差距，這對于保證城市周邊地區(qū)蔬菜種植、推動農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步、穩(wěn)定城市蔬菜供應(yīng)，具有極其重要的作用。

[1]宋承琦，張麗華.武漢市蔬菜生產(chǎn)全程機(jī)械化現(xiàn)狀及發(fā)展建議[J].湖北農(nóng)機(jī)化，2016（6）：34-36.

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武漢市農(nóng)委武漢市財政局專項資金（武農(nóng)文[2016] 132號）、武漢市農(nóng)科院創(chuàng)新項目（CX201721、CX201721）

杜錚，武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，430345

萬勇，舒虹杰，張俊峰，郭翔，武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所

2017-03-14