廣州地區(qū)蔬菜機械化移栽技術(shù)推廣實踐與思考

鄭章榮，張佳敏，徐強輝，何紹恒，韓孟紅

（廣州市農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)推廣站，廣東 廣州 510405）

0 引言

蔬菜是我國發(fā)展速度較快的經(jīng)濟作物之一，種植面積僅次于糧食作物[1]。蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對促進鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)振興和農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化具有深遠意義。近幾年在粵港澳大灣區(qū)“菜籃子”工程的帶動下，廣州蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭強勁，2020 年廣州統(tǒng)計年鑒[2]顯示，廣州蔬菜總播種面積達148 064 hm2，已打造了增城遲菜心、芥藍、小白菜等特色的蔬菜產(chǎn)業(yè)，其中增城遲菜心更以其優(yōu)質(zhì)出品、暢銷粵港澳大灣區(qū)而聞名遐邇。

近年來，為助力蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展，廣州市農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)推廣站（以下簡稱廣州市農(nóng)機推廣站）以示范推廣蔬菜生產(chǎn)全程機械化技術(shù)為抓手，積極開展蔬菜移栽機械的試驗示范和推廣培訓(xùn)工作，著力推進蔬菜移栽機械在蔬菜生產(chǎn)中的應(yīng)用。本文通過介紹廣州地區(qū)蔬菜機械化種植主要采用的機械化移栽技術(shù)及技術(shù)應(yīng)用存在的短板弱項，在開展廣泛試驗示范基礎(chǔ)上，對引進的蔬菜移栽機械進行針對性強的技術(shù)探索與優(yōu)化，提升蔬菜移栽機械的實用性和適用性，引導(dǎo)推動蔬菜移栽機械高質(zhì)量發(fā)展，為推進鄉(xiāng)村蔬菜產(chǎn)業(yè)貢獻農(nóng)機力量。

1 廣州蔬菜機械化移栽技術(shù)推廣情況

1.1 蔬菜機械化規(guī)模種植的前提

廣州地區(qū)雨水充沛、光照充足，能夠滿足蔬菜大規(guī)模種植的氣候條件，但存在土壤板結(jié)、土壤粘性大等問題，土壤耕整成為蔬菜機械化規(guī)模種植的前提條件。

廣州市農(nóng)機推廣站在總結(jié)近年來開展蔬菜機械化移栽試驗、示范和推廣基礎(chǔ)上，積極示范蔬菜機械化耕整地的土壤改良辦法:①有機涵養(yǎng)法。通過施有機肥、稻菜輪作、秸稈還田等進行土壤改良，有效提高土壤透氣性及有機質(zhì)含量[3]；②深松晾曬法。用鏵式犁進行土壤深松，深翻30 cm，耕深穩(wěn)定性平均大于等于85%，把稻菜殘渣、秸稈及有機肥深埋于土壤層，并進行晾曬，讓土壤中的各菌類與稻、菜、雜草的秸稈、殘渣等充分接觸反應(yīng)，促進土壤養(yǎng)分的形成，有效降低土壤板結(jié)情況[4]；③反旋式耕整地機械碎土法。如圖1 所示，運用新引進的反旋式耕整地機械進行土壤旋耕作業(yè)，能有效提升板結(jié)土壤的破碎率，經(jīng)機械化耕整地作業(yè)后土壤整體變得細碎均勻，整體碎土率在90%以上，旋耕后地表平整度小于等于5 cm，為開展機械化起壟作業(yè)提供優(yōu)良條件。

圖1 反旋耕機械的碎土試驗示范活動

良好的起壟作業(yè)能夠更好地滿足后續(xù)蔬菜機械化移栽、田間管理及收獲等作業(yè)的需要。蔬菜機械化起壟作業(yè)是在保持壟頂面平整度小于等于2 cm 前提下[5]，所起的壟型由壟頂中間向壟頂兩邊延伸，略帶2～5°小弧度的傾斜角，符合廣州地區(qū)排除多余雨水的農(nóng)藝要求。

1.2 蔬菜機械化移栽技術(shù)要點。

蔬菜機械化移栽，是利用蔬菜移栽機械將育好的蔬菜苗快速有序移栽到土壤中的一種蔬菜機械化種植方式。目前市場上有許多品牌的蔬菜移栽機械可供蔬菜種植戶選擇。按自動化程度劃分可分為半自動和全自動兩類，半自動需要人工取投苗、全自動則無需人工取投苗，按栽植器形狀可分為鏈夾式、鴨嘴式、鉗夾式、導(dǎo)苗管式蔬菜移栽機械[6]，蔬菜種植戶可根據(jù)蔬菜品種及種植農(nóng)藝要求選擇不同的蔬菜移栽機械開展機械化種植。

為更好推進蔬菜生產(chǎn)機械化技術(shù)的推廣普及，解決蔬菜全程機械化技術(shù)在移栽環(huán)節(jié)上的短板，廣州市農(nóng)機推廣站近年來先后引進了井關(guān)PVHR2-E18移栽機、鼎鐸2ZB-2A 移栽機、華龍2ZBLZ-4 履帶式移栽機、洋馬2ZQ-2 自動移栽機、富來威2ZL 系列移栽機及禾田2ZS-8A 移栽機等多種蔬菜移栽機械。該類型蔬菜移栽機械主要運用了雙曲柄機構(gòu)或?qū)к壥降倪\動原理開展蔬菜移栽定植，均能實現(xiàn)蔬菜的連續(xù)不間斷種植，蔬菜種植效率較高、直立度較好、成活率也較高。

為掌握新引進蔬菜移栽機械的性能，廣州市農(nóng)機推廣站組織技術(shù)力量開展對應(yīng)蔬菜移栽機械的試驗示范與推廣工作，如圖2 和圖3 所示，并收集到部分移栽機械試驗示范數(shù)據(jù)如下：①適合2 行種植的有井關(guān)PVHR2-E18 移栽機、寶雞鼎鐸2ZB-2A 移栽機，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，該類機型在不換壟情況下只需1 人操作，作業(yè)效率能達到2 000 株/h 以上；②適合8 行種植的有禾田2ZS-8A 移栽機，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，該類機型只需2 人同時操作，作業(yè)效率能達到6 000 株/h 以上。

圖2 示范推廣井關(guān)PVHR2-E18 蔬菜移栽機

圖3 示范推廣禾田8 行蔬菜移栽機

2 對蔬菜機械化移栽薄弱環(huán)節(jié)的思考

2.1 蔬菜移栽機械在廣州地區(qū)的使用情況

隨著工廠化育苗技術(shù)、大棚育苗技術(shù)的日臻成熟，經(jīng)工廠或大棚培育的蔬菜苗較壯實、根系飽滿，能更好適應(yīng)蔬菜生長環(huán)境。育好的蔬菜苗經(jīng)機械化移栽，具有提高幼苗成活率、縮短蔬菜生長周期，提高土地利用率及蔬菜質(zhì)量和產(chǎn)量等優(yōu)點[7]。因此，蔬菜機械化移栽正慢慢被國內(nèi)蔬菜種植戶所接受，呈現(xiàn)出積極的發(fā)展勢頭。

然而，從蔬菜移栽機械在廣州地區(qū)實際的應(yīng)用實踐與試驗示范來看，蔬菜移栽機械化技術(shù)仍存在自動化程度較低、耗人工、適應(yīng)多品種蔬菜機械化移栽需要的通用型蔬菜移栽機械較少等短板，導(dǎo)致較先進的蔬菜機械化移栽技術(shù)與廣泛應(yīng)用之間存在較長的適應(yīng)時間。當(dāng)前，急需發(fā)揮“產(chǎn)學(xué)研推用”深度融合的優(yōu)勢，盡早解決蔬菜移栽機械在生產(chǎn)實踐過程中存在的短板，以推動蔬菜機械化移栽技術(shù)的廣泛應(yīng)用，進而降低蔬菜種植戶的勞動強度，提升蔬菜產(chǎn)量和質(zhì)量。

2.2 蔬菜移栽機械存在癥結(jié)的思考

通過總結(jié)蔬菜移栽機械在廣州地區(qū)實際的試驗示范及應(yīng)用推廣數(shù)據(jù)，得出蔬菜移栽機械要在廣州廣泛應(yīng)用，除了解決土地集約化程度不高的限制外，還須解決引進的蔬菜移栽機械在實用性、適用性等方面的問題，需要深入結(jié)合廣州本地蔬菜的種植特色，因地制宜作出探索和改良。其中：①井關(guān)PVHR2-E18、鼎鐸2ZB-2/洋馬2ZQ-2 等移栽機械能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)不間斷栽插，蔬菜移栽速度較快，卻只能開展2 行移栽，無法進行多行移栽，局限了蔬菜機械化移栽種植的品種，難以適應(yīng)廣州種植規(guī)模較大的增城遲菜心等多種類蔬菜農(nóng)藝需要；②禾田2ZS-8A 蔬菜移栽機械，能一次性進行8 行移栽，較適合廣州增城遲菜心機械化移栽定植需要，但需要2 名工人進行不間斷取苗操作，人工消耗大。另外，以上幾款移栽機械，除了洋馬2ZQ-2 移栽機可以實現(xiàn)自動取苗，其余均需要人工投苗，不同操作人員投苗的一致性差，容易出現(xiàn)人為因素的漏苗、掉苗現(xiàn)象，存在機械化大規(guī)模移栽后仍需人工補種的短板。

總之，引進的蔬菜移栽機械存在自動化程度較低、對人工依賴程度較高、種植行數(shù)固定且不夠靈活、未能適應(yīng)廣州進行多種類蔬菜機械化種植的農(nóng)藝要求等技術(shù)短板。需要相關(guān)部門針對引進的蔬菜移栽機械性能，從農(nóng)機農(nóng)藝有機融合方面進行綜合性探索，以提升蔬菜移栽機械的實用性與適用性。

3 探索和優(yōu)化

結(jié)合蔬菜移栽機械在實際應(yīng)用推廣中存在的短板弱項，從提升蔬菜移栽機械的實用性和適用性，推動蔬菜移栽機械農(nóng)機與農(nóng)藝有機融合出發(fā)，廣州市農(nóng)機推廣站組織農(nóng)機、農(nóng)藝方面的技術(shù)力量就蔬菜移栽機械化技術(shù)的提升，與科研院所、高校、農(nóng)機生產(chǎn)企業(yè)進行了廣泛的交流學(xué)習(xí)，在總結(jié)試驗示范推廣經(jīng)驗基礎(chǔ)上，采取以下措施，進一步探索優(yōu)化蔬菜移栽機械。

3.1 探索使用自動取、投苗設(shè)備代替人工取苗

為解決人工取苗問題，蔬菜移栽機械探索使用了4 爪型自動取苗設(shè)備[8]。該4 爪型自動取投苗設(shè)備較成熟，擁有以下4 方面的優(yōu)點：①取苗時機械手的4 根伸縮針與育苗盤平面以76°傾角呈倒4 棱臺方式斜插進穴盤抓苗（高仿人工取苗動作），投放時機械手在液壓驅(qū)動下自動縮回4 根伸縮針實現(xiàn)放苗，完成了蔬菜苗的整個抓取、投放過程；②自動取苗設(shè)備的4 根伸縮針直徑只有2.5 mm，夾苗時機械手體積小，對蔬菜葉面、根莖影響小，有效降低了傷苗率；③采用平移方式進行取投苗，克服蔬菜苗重力對取投苗過程的影響，有效降低了掉苗率；④4 爪末端作用力輸出端增加了魚尾紋，以增大夾取時的摩擦力。

3.2 探索用工廠化生產(chǎn)理念，推動蔬菜移栽機構(gòu)的模塊化

采用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械工廠化生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)[9]，探索蔬菜移栽機械移栽機構(gòu)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化。即把移栽機構(gòu)的鴨嘴式栽插機構(gòu)、曲柄搖桿機構(gòu)（傳動機構(gòu)）及動力輸出機構(gòu)設(shè)計成為標(biāo)準(zhǔn)模塊，如圖4 所示，用限位導(dǎo)軌居中穿插鏈接，如圖5 所示。優(yōu)化后，該移栽機構(gòu)具備以下特點：①模塊化自動移栽機構(gòu)可根據(jù)不同蔬菜種植的農(nóng)藝需求，在限位導(dǎo)軌的作用下進行靈活調(diào)整，能輕易實現(xiàn)種植行數(shù)的增加或減少，以滿足不同壟作蔬菜種植行數(shù)的需要；②模塊化自動移栽機構(gòu)能及時調(diào)整限位參數(shù)，實現(xiàn)移栽行距的實時調(diào)整。綜上，采用模塊化的自動移栽機構(gòu)，可全面提升蔬菜移栽機械的實用性。

圖4 模塊化移栽機構(gòu)簡圖

圖5 限位導(dǎo)軌模塊

3.3 探索適宜的栽插器清掃裝置

在進行蔬菜生產(chǎn)機械化技術(shù)推廣培訓(xùn)活動時，發(fā)現(xiàn)受廣州地區(qū)土壤板結(jié)嚴(yán)重影響，蔬菜移栽機械的栽插機構(gòu)在做往復(fù)運動時，存在被較大土壤顆粒或土塊卡滯的情形。而移栽機栽插機構(gòu)做往復(fù)栽插運動時一旦發(fā)生卡滯，則易導(dǎo)致漏苗、傷苗、滯苗等現(xiàn)象。

為解決栽插機構(gòu)卡滯問題，進行了優(yōu)化試驗，探索通過改變栽插機構(gòu)控制器凸輪解決栽插機構(gòu)的卡滯問題。為此，通過深入分析凸輪機構(gòu)的機械設(shè)計原理[10]，并結(jié)合蔬菜移栽定植的農(nóng)藝需要，在滿足凸輪從動件合理沖擊前提下，對凸輪推程運動角δ0、遠休止角δs、回程運動角δ01及近休止角δs1進行適當(dāng)?shù)奈⒄{(diào)，設(shè)計增加ω角控制下的小凸輪。其設(shè)計理念是蔬菜栽插機構(gòu)完成蔬菜栽插作業(yè)后，在離開土壤瞬間、進行二次蔬菜栽插前，由ω角控制下的小凸輪做栽插機構(gòu)的二次回復(fù)，為二次蔬菜人工栽插做準(zhǔn)備。目的是提升機械化栽插機構(gòu)適應(yīng)蔬菜人工移栽定植的農(nóng)藝需求，降低蔬菜連續(xù)移栽過程因栽插機構(gòu)卡滯而發(fā)生的漏苗、傷苗、滯苗情形，提升蔬菜移栽定植的成效。

4 試驗示范

為驗證比對各類型蔬菜移栽機械的工作成效，廣州市農(nóng)機推廣站在廣州市花都東海菜場開展了多期蔬菜移栽機械化技術(shù)的試驗示范及推廣培訓(xùn)活動，集中開展蔬菜工廠化育苗、改良后土壤機械化耕整地及上海康博2BS 系列播種機、井關(guān)PVHR2-E18 移栽機、鼎鐸2ZB-2A 移栽機、禾田2ZS-8A 移栽機及優(yōu)化后蔬菜移栽機械的作業(yè)演示。通過作業(yè)演示對相關(guān)移栽機械的性能進行比較（表1），進一步驗證了探索優(yōu)化的成效。

表1 蔬菜移栽機械試驗數(shù)據(jù)匯總表

由表1 得，優(yōu)化后蔬菜移栽機械只需單個工人簡單操作即可實現(xiàn)蔬菜的自動取投與6 行自動化栽植。因處于試驗示范階段自動取投苗移栽機仍未發(fā)揮最優(yōu)工作效率，暫時統(tǒng)計的作業(yè)效率是大于等于5 000 株/h，但已初步體現(xiàn)了優(yōu)化后蔬菜移栽機械的優(yōu)越性。

5 發(fā)展愿景

隨著農(nóng)業(yè)機械向全程全面高質(zhì)高效發(fā)展，為推動蔬菜機械向高質(zhì)量發(fā)展，下一步將嘗試蔬菜移栽機械的模塊化發(fā)展。計劃將蔬菜移栽機械的動力裝備與栽植功能分開，使栽植機構(gòu)形成標(biāo)準(zhǔn)模塊，進一步將栽植機構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)模塊與智能駕駛控制技術(shù)結(jié)合，由智能駕駛農(nóng)機動力裝備控制，實現(xiàn)蔬菜移栽機械的智能化作業(yè)，推進蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展提質(zhì)增效，助力鄉(xiāng)村經(jīng)濟振興。