云南高原山區(qū)蔬菜機(jī)械移栽技術(shù)研究

龍榮華 賴慶輝 陸琳 汪騫 高婷 鐘秋月 高玉蓉 秦榮 沙毓滄

摘要?云南是立體氣候，其土壤類型以及海拔類型多樣，對(duì)蔬菜種苗機(jī)栽移栽提出較高要求，一般的農(nóng)業(yè)機(jī)械移栽機(jī)很難適應(yīng)。為了有利于不同類型蔬菜苗的移栽，提高蔬菜苗移栽效果，減少對(duì)種苗的移栽損傷、漏苗率，降低勞動(dòng)成本，提高產(chǎn)值，筆者提出了農(nóng)藝技術(shù)與機(jī)械進(jìn)行融合，根據(jù)云南獨(dú)特的氣候、土壤、海拔對(duì)農(nóng)藝技術(shù)等進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，機(jī)械移栽才能達(dá)到較好效果。

關(guān)鍵詞?蔬菜;機(jī)械化移栽;高原山區(qū);技術(shù)研究;云南

中圖分類號(hào)?S23?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼?A?文章編號(hào)?0517-6611（2021）01-0203-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.01.054

Abstract?Yunnan has three-dimensional climate， with various soil types and elevation types， which put forward higher requirements for vegetable seedling machine planting and transplanting. It is hard to adapt general agricultural machinery to transplanting machine. In order to help vegetable seedling transplanting， to improve the transplanting effect of vegetable seedlings， to reduce to transplant damage and leakaging rate of seedlings， to reduce labor cost and increasing output value， we suggested that we should integrate agronomic techniques and machinery， properly improve?agronomic techniques according to the unique climate， soil and altitude， so as to achieve better results on mechanical transplanting in Yunnan.

Key words?Vegetables;Mechanized transplanting;Plateau mountains;Technology research;Yunnan

云南是高原山區(qū)省份，海拔高度起伏較大，平均海拔2 000 m左右。蔬菜種植機(jī)械化程度以及種植規(guī)模受地形、海拔、土壤類型等的影響較大。在云南蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，種植面積大的蔬菜種類有葉菜類、根菜類、果菜類等，如白菜、甘藍(lán)、花椰菜、蘿卜、辣椒、西葫蘆等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，十字花科蔬菜在云南高山冷涼蔬菜及冬早蔬菜中的比重較大，約50%。近幾年，隨著種植業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整，云南省蔬菜的種植面積越來越大，2019年的蔬菜種植面積達(dá)119.76萬hm2，總產(chǎn)量2 412.55萬t，綜合產(chǎn)值達(dá)到1 030.52億元，出口118.690 7萬t，創(chuàng)匯14.92億美元。在蔬菜生產(chǎn)過程中，移栽或播種環(huán)節(jié)最費(fèi)時(shí)費(fèi)工，勞動(dòng)成本較高，人工費(fèi)約占整個(gè)生產(chǎn)過程投入的40%～50%，山區(qū)所占比重更大，達(dá)到了55%。隨著社會(huì)的發(fā)展以及人口年齡結(jié)構(gòu)的變化，蔬菜生產(chǎn)所需的勞動(dòng)力越來越緊張，因此急需研究出適合云南高原山區(qū)蔬菜機(jī)械化移栽的方法。

云南是立體氣候，其土壤及海拔類型多樣，農(nóng)業(yè)類型屬于山地農(nóng)業(yè)，對(duì)蔬菜種苗機(jī)移栽有較高要求，一般的農(nóng)業(yè)機(jī)械移栽機(jī)很難適應(yīng)。鑒于此，筆者提出了1種高原山區(qū)蔬菜移栽裝置及方法，可適應(yīng)不同類型蔬菜苗的移栽，同時(shí)提高蔬菜苗移栽效果，減少對(duì)種苗的移栽損傷和漏苗率，降低勞動(dòng)成本，提高產(chǎn)值。

1?蔬菜移栽機(jī)械研究進(jìn)展

1.1?國內(nèi)外蔬菜移栽機(jī)械概況

20世紀(jì)30年代，國外出現(xiàn)了手工喂苗的蔬菜移栽機(jī)具;20世紀(jì)50年代研制出多種不同結(jié)構(gòu)形式的半自動(dòng)移栽機(jī);20世紀(jì)70年代末，設(shè)計(jì)出了精密苗盤播種機(jī)和自動(dòng)移栽機(jī);20世紀(jì)80年代初，設(shè)計(jì)出了箱式移栽機(jī);日本研制了全自動(dòng)移栽機(jī)。這些移栽機(jī)一般專用性都比較強(qiáng)，只適用于1種農(nóng)作物，如甜菜自動(dòng)移栽機(jī)、洋蔥自動(dòng)移栽機(jī)等。國外缽苗移栽機(jī)的種類較多，有鉗夾式、吊籃式、導(dǎo)苗管式及帶夾圓盤式等。移栽器形式不同，所適合移栽的作物也有區(qū)別;但一般形式移栽器的通用性都比較強(qiáng)，通過農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際應(yīng)用，這些移栽機(jī)的優(yōu)越性明顯，它不僅能保證移栽秧苗的株行距和移栽深度均勻一致，而且能按技術(shù)要求在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整;重要的是消除了移栽過程中的傷苗問題，秧苗移栽后的直立度、覆土壓密程度等都可以得到控制。但是，這些機(jī)械普遍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)昂貴等問題[1-4]。

20世紀(jì)70年代開始，我國研制了用在甜菜上的裸根苗移栽機(jī);20世紀(jì)80年代成功研制了半自動(dòng)蔬菜移栽機(jī);也從國外引進(jìn)了多種適合于移栽蔬菜、烤煙、甜菜等經(jīng)濟(jì)作物的移栽機(jī)械，但由于育苗技術(shù)落后、配套性能差以及機(jī)具本身性能不穩(wěn)定和生產(chǎn)率低等原因，這些移栽機(jī)都未能得到推廣使用[5]。

近幾年來，育苗技術(shù)的發(fā)展以及勞動(dòng)力成本的上升推動(dòng)了移栽機(jī)械的研制開發(fā)工作。目前，國內(nèi)已經(jīng)研制開發(fā)的缽苗移栽機(jī)主要以半自動(dòng)為主;而全自動(dòng)移栽機(jī)因結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，尚處在研究起步階段[5-7]。國內(nèi)常見的移栽機(jī)主要有鉗夾式、鏈夾式、撓性圓盤式、吊藍(lán)式、導(dǎo)苗管式、帶式和滑道式移栽機(jī)，存在的共性問題包括會(huì)出現(xiàn)秧苗易倒伏和埋苗現(xiàn)象，以及喂苗速度快、漏栽率增加、機(jī)械使用壽命短、機(jī)械造價(jià)高等[2]。

1.2?蔬菜苗機(jī)械化移栽的發(fā)展前景

蔬菜苗移栽機(jī)械化是一個(gè)系統(tǒng)工程，應(yīng)加強(qiáng)從育苗到移栽整個(gè)系統(tǒng)的研究，進(jìn)一步完善與移栽配套的育苗設(shè)施及相應(yīng)的配套技術(shù)，使育苗過程實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、工廠化和設(shè)施化，研究解決缽苗整缽、斷根、裝盤和運(yùn)輸?shù)戎虚g環(huán)節(jié)工作過程的機(jī)械化自動(dòng)化問題，使育苗和移栽有機(jī)地結(jié)合，研制出多種自動(dòng)、半自動(dòng)移栽機(jī)，真正地實(shí)現(xiàn)我國農(nóng)作物的育苗工廠化和移栽機(jī)械化[2，8]。顯而易見，實(shí)現(xiàn)栽植機(jī)械化已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迫切需要。21世紀(jì)我國育苗移栽機(jī)械化應(yīng)當(dāng)在發(fā)達(dá)國家成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從我國育苗技術(shù)的實(shí)際情況出發(fā)，研制開發(fā)出適合我國國情的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定可靠的育苗移栽機(jī)具和設(shè)備[9]。尤其是云南這種高海拔山區(qū)對(duì)機(jī)械的需求更迫切。

1.3?我國移栽機(jī)械需要解決的問題

我國在移栽機(jī)械的研究開發(fā)方面雖然取得了較大的進(jìn)展，但仍然存在許多迫切需要解決的問題?，F(xiàn)有的技術(shù)由于側(cè)重點(diǎn)在機(jī)械，而忽視了機(jī)械與農(nóng)藝技術(shù)的融合，導(dǎo)致出現(xiàn)秧苗易倒伏和埋苗現(xiàn)象，而且漏栽率高、機(jī)械使用壽命短、機(jī)械造價(jià)高;目前還未見能適應(yīng)云南高原山區(qū)的蔬菜移栽機(jī)械，引進(jìn)后都需改進(jìn)，否則會(huì)出現(xiàn)動(dòng)力差且不易操作等問題[1]，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①缺乏針對(duì)類似云南立體氣候、土壤類型多樣以及高原海拔下的山地農(nóng)業(yè)機(jī)械在蔬菜種苗移栽上的應(yīng)用。云南省外或國外的機(jī)械在云南的應(yīng)用過程中，經(jīng)常出現(xiàn)工作過程中時(shí)間稍長(zhǎng)機(jī)械就會(huì)發(fā)熱且馬力不足、山地不適操作工作性能不穩(wěn)定、缽苗栽植入田后直立度差、勞動(dòng)強(qiáng)度大時(shí)易漏栽且生產(chǎn)率不高等問題。應(yīng)當(dāng)完善現(xiàn)有栽植機(jī)械的性能和功能。

例如，增加澆定根水、起壟和鋪膜以及免耕作業(yè)等功能[10]。

重新改造會(huì)造成功能下降、資源浪費(fèi)。②研制出的移栽機(jī)通用性差、規(guī)格單一，不能適用于多種作物的移栽作業(yè)。③國外大多數(shù)蔬菜都是采用育苗移栽方式種植，而我國在蔬菜移栽機(jī)方面的研究卻幾乎是一片空白。因此，應(yīng)當(dāng)把研究開發(fā)適合特殊要求的栽植機(jī)作為今后研究的重點(diǎn)。

2?種植機(jī)械

2.1?基本結(jié)構(gòu)?圖1為種植機(jī)構(gòu)整體示意圖。

2.2?基本參數(shù)

移栽機(jī)整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量為300～400 kg;種植方式為鴨嘴式苗杯種植;適合蔬菜種類包括甘藍(lán)、娃娃菜等葉菜類蔬菜;適合秧苗為128孔育苗穴盤育出的蔬菜苗;傳送帶線速度1 m/s;定植深度10～13 cm;適合株行距（30～35）cm×（20～30）cm;作業(yè)效率50～70株/min;適用起壟高度120 mm。

2.3?結(jié)構(gòu)改進(jìn)

2.3.1?取苗機(jī)構(gòu)。取苗機(jī)構(gòu)見圖2。

（1）非勻速間歇齒輪傳動(dòng)。在旋轉(zhuǎn)箱體上對(duì)稱布置2個(gè)取苗臂，結(jié)構(gòu)平穩(wěn)，取苗效率高，相比于日本與國內(nèi)其他取苗機(jī)構(gòu)，該取苗機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)高速取苗。

（2）橢圓—非圓齒輪行星系取苗機(jī)構(gòu)進(jìn)行取苗。首先，解決當(dāng)前人工取苗過程中效率低、工作方式粗放、漏苗率高等問題;其次，該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸較小、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、運(yùn)行平穩(wěn)、振動(dòng)較小，在旋轉(zhuǎn)式高速取苗階段實(shí)現(xiàn)間歇，完成取苗與推苗，減少機(jī)械在取苗、推苗過程中對(duì)基質(zhì)的損害，滿足丘陵山地地區(qū)機(jī)械作業(yè)小型化的要求;再次，齒輪箱殼體兩側(cè)對(duì)稱布置相同取苗針，機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)1周可實(shí)現(xiàn)2次取苗和推苗操作，且齒輪嚙合平穩(wěn)，提高了取苗效率，對(duì)于提高丘陵山地地區(qū)的蔬菜移栽機(jī)械化和生產(chǎn)率有積極意義。

（3）凸輪機(jī)構(gòu)推動(dòng)取苗針的方式進(jìn)行取苗。采用凸輪機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)械機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，可以實(shí)現(xiàn)適應(yīng)橢圓—非圓齒輪行星系高速化取苗作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，取苗針插入土壤后夾緊基質(zhì)，可以使基質(zhì)最大限度地保持原有形狀，在推苗后以1個(gè)近乎完整的形態(tài)落入栽植器，完成栽植。取苗機(jī)構(gòu)結(jié)合夾取式取苗機(jī)構(gòu)取苗效率高、傷苗率低的優(yōu)點(diǎn)。

2.3.2?移植器。移植器結(jié)構(gòu)見圖3。

（1）鴨嘴式栽植器。缽苗在栽植后直立度高，鴨嘴在栽植過程中可以始終與壟面保持垂直，提高了立苗率。與國內(nèi)外其余栽植機(jī)構(gòu)相比，該機(jī)構(gòu)軌跡豐富，可以通過變動(dòng)連桿尺寸參數(shù)、機(jī)組作業(yè)速度與傳動(dòng)比來改善栽植性能，便于根據(jù)云南地區(qū)丘陵山地地形特點(diǎn)設(shè)計(jì)符合農(nóng)藝要求的栽植軌跡，可以因不同作物的株行距來調(diào)整機(jī)械。

（2）齒輪開合機(jī)構(gòu)。齒輪嚙合較插銷式嚙合機(jī)構(gòu)運(yùn)行平穩(wěn)，可根據(jù)缽苗苗齡大小張開適合缽苗株錐角的角度。齒輪機(jī)構(gòu)目前主要用于各類機(jī)械傳動(dòng)方面，在控制移栽機(jī)栽植器鴨嘴開合部分幾乎無應(yīng)用。相對(duì)于插銷式開合機(jī)構(gòu)，齒輪開合機(jī)構(gòu)不僅加工裝配簡(jiǎn)單、生產(chǎn)加工成本較少，而且還可根據(jù)栽植秧苗株錐角大小配合拉線結(jié)構(gòu)合理改進(jìn)鴨嘴張開角度，且齒輪機(jī)構(gòu)本身運(yùn)行平穩(wěn)，在鴨嘴張開閉合過程中自身產(chǎn)生的振動(dòng)較小，對(duì)缽苗基質(zhì)的損害小，在鴨嘴張開閉合過程中所受的摩擦力小于插銷開合機(jī)構(gòu)，不會(huì)出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象，且可延長(zhǎng)鴨嘴使用壽命。

2.3.3?移植機(jī)構(gòu)。移植機(jī)構(gòu)見圖4。采用五連桿式栽植機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)平穩(wěn)、性能穩(wěn)定，在承載相同負(fù)荷條件下所受壓力較小;栽植過程中機(jī)構(gòu)受到的振動(dòng)沖擊小，對(duì)缽苗基質(zhì)損傷小;在運(yùn)行時(shí)更加平穩(wěn)，不會(huì)因配重不均造成機(jī)構(gòu)急回問題而產(chǎn)生振動(dòng)，進(jìn)而影響其在土壤栽植過程中由于振動(dòng)而產(chǎn)生的缽苗基質(zhì)損傷、栽苗不直立等問題。

3?一種高原山區(qū)蔬菜移栽方法

為了能讓機(jī)械滿足云南不同海拔、氣候以及土壤類型多樣條件下的蔬菜機(jī)械化移栽，對(duì)農(nóng)藝參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整。

3.1?工藝流程

具體工藝流程為旋耕機(jī)整地碎土→起壟機(jī)起壟→根據(jù)需求調(diào)節(jié)蔬菜移栽機(jī)栽插行距、株距和深度→運(yùn)苗、取苗→秧苗被苗杯栽植進(jìn)入大田→覆土器對(duì)栽植秧苗進(jìn)行覆土鎮(zhèn)壓。

3.2?實(shí)施步驟

3.2.1?整地碎土。區(qū)別于傳統(tǒng)橫軸式旋耕機(jī)整地碎土，采用2組立軸式刀輥，相鄰刀具轉(zhuǎn)速大小相等，方向相反，立軸刀體刀身下部頂端為圓錐形，上部為立式銑刀形狀，其作業(yè)原理為立式鉆銑模式，進(jìn)行整地碎土?xí)r，既可減少刀輥進(jìn)入土壤中的阻力，方便刀輥入土和持續(xù)前進(jìn)，降低作業(yè)功率，又可進(jìn)行土壤深耕，解決丘陵山地耕作深淺的問題，具備良好的上翻下松作業(yè)效果和土壤破碎能力，有利于起壟機(jī)構(gòu)進(jìn)行起壟作業(yè)。

3.2.2?起壟。農(nóng)藝要求為壟面寬1.2 m，壟溝深0.25～0.30 m，各壟之間溝渠距離為0.25 m，壟面長(zhǎng)度視作業(yè)地段長(zhǎng)度而定。

3.2.3?行株距。根據(jù)不同蔬菜的特征特性確定其株行距和種植深度，以花椰菜為例，其農(nóng)藝要求決定行株距為0.35 m×0.30 m，種植深度為0.10～0.15 m。

3.2.4?運(yùn)苗和取苗。采用128孔穴盤，長(zhǎng)寬為0.54 m × 0.28 m，運(yùn)苗過程將采用橫縱向步進(jìn)位移機(jī)構(gòu)進(jìn)行秧苗穴盤運(yùn)送：依靠凸輪進(jìn)行秧苗穴盤橫向運(yùn)動(dòng)進(jìn)給，橫向進(jìn)給距離為28 cm;根據(jù)移栽要求進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，依靠棘輪運(yùn)動(dòng)進(jìn)行秧苗穴盤縱向移動(dòng)。

3.2.5?移栽。依靠五桿栽植機(jī)構(gòu)進(jìn)行蔬菜小苗移栽，其具體栽植移栽部件為鴨嘴式苗杯，栽植軌跡高度為0.32 m，栽植深度為0.10～0.15 m。最后覆土，澆定根水。

4?結(jié)論

該技術(shù)適用于云南高海拔、坡度大、土壤類型多樣的山區(qū)地區(qū)蔬菜種苗機(jī)械移栽。取苗機(jī)構(gòu)采用非勻速間歇齒輪傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)平穩(wěn)，在旋轉(zhuǎn)箱體上對(duì)稱布置2個(gè)取苗臂，提高了工作穩(wěn)定性，取苗效率高，與日本和國內(nèi)其余取苗機(jī)構(gòu)相比，該取苗機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)高速取苗。采用五連桿式栽植機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)平穩(wěn)、性能穩(wěn)定，在承載相同負(fù)荷條件下所受壓力較小;栽植過程中機(jī)構(gòu)受到的振動(dòng)沖擊小，對(duì)缽苗基質(zhì)損傷小;采用鴨嘴式栽植器，缽苗在栽植后直立度高，鴨嘴在栽植過程中可以始終與壟面保持垂直，提高了立苗率。與國內(nèi)外其余栽植機(jī)構(gòu)相比，該機(jī)構(gòu)軌跡豐富，可以通過變動(dòng)連桿尺寸參數(shù)、機(jī)組作業(yè)速度與傳動(dòng)比來改善栽植性能，便于根據(jù)云南地區(qū)丘陵山地地形特點(diǎn)設(shè)計(jì)符合農(nóng)藝要求的栽植軌跡，可以因不同作物的株行距來調(diào)整機(jī)械。蔬菜人工移栽效率為0.022 hm2/d，通過機(jī)械定植的作業(yè)效率按0.1 hm2/h計(jì)算，每天可移栽0.8 hm2，節(jié)約人工33人。

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