國內(nèi)外設(shè)施種植種苗移植技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀＊

辜 松，周澤坤（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣州 510642）

種苗移植是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要作業(yè)環(huán)節(jié)，其特點(diǎn)是作業(yè)量密集、勞動(dòng)強(qiáng)度大。因此種苗移植作業(yè)裝備一直是農(nóng)業(yè)裝備研究人員的重點(diǎn)開發(fā)對(duì)象。隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)除了露地種植以外，近年設(shè)施種植發(fā)展迅速。在此條件下，種苗移植作業(yè)就分為兩大分類，即露地生產(chǎn)種苗移植作業(yè)和設(shè)施生產(chǎn)種苗移植作業(yè)。圖1 所示為露地種苗移植機(jī)作業(yè)情況，主要以蔬菜種苗移植為主，苗的形態(tài)主要集中在穴盤缽苗形式；圖2為設(shè)施種苗移植機(jī)作業(yè)情況，設(shè)施生產(chǎn)采用機(jī)械化移植的種植對(duì)象主要集中在種植期短、作業(yè)量大的花卉穴盤種苗、水培葉菜穴盤種苗，以及組培和扦插等無根莖條或帶根的無基質(zhì)裸苗。目前，設(shè)施承擔(dān)著絕大多數(shù)農(nóng)業(yè)（林業(yè)）種植對(duì)象的育苗生產(chǎn)，苗體形態(tài)與種植模式千差萬別，移植機(jī)的形式也各不相同。另外，設(shè)施內(nèi)的作業(yè)環(huán)境相比于露地清潔、可控，因此，設(shè)施種苗移植機(jī)使用了大量先進(jìn)的工業(yè)技術(shù)。因此，本文下面將主要以設(shè)施種植（非土壤）種苗移植技術(shù)為對(duì)象進(jìn)行介紹和討論。

圖1 露地種苗移植機(jī)作業(yè)

圖2 設(shè)施種苗移植機(jī)作業(yè)

國內(nèi)外設(shè)施種苗移植技術(shù)現(xiàn)狀比較

設(shè)施種苗移植機(jī)的開發(fā)始于20 世紀(jì)80 年代末、90 年代初，日本和英國一些大專院校針對(duì)穴盤苗和組培苗的移植技術(shù)展開了研究，20 世紀(jì)90 年代末21 世紀(jì)初荷蘭設(shè)施生產(chǎn)裝備老牌生產(chǎn)企業(yè)Visser 公司、TTA 公司等開始生產(chǎn)穴盤苗移植機(jī)械，經(jīng)過20 多年的發(fā)展，涌現(xiàn)出Flier、Daros、Ubinati、Tea Project 等一批歐洲設(shè)施移植機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，功能由穴盤種苗移植、穴盤苗分級(jí)、穴盤苗剔苗補(bǔ)苗向分級(jí)移植和無基質(zhì)裸苗移植等方向擴(kuò)展，同時(shí)針對(duì)自動(dòng)化移植作業(yè)，開發(fā)出了輔助移植作業(yè)的紙缽苗、高腳塑料硬質(zhì)穴盤、硬質(zhì)扦插苗帶，提高了扦插作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)生產(chǎn)率，帶動(dòng)了設(shè)施生產(chǎn)種苗移植技術(shù)的發(fā)展。

國內(nèi)穴盤苗移植技術(shù)起步較晚，設(shè)施園藝種植模式不統(tǒng)一，生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化程度不高，并且與國外設(shè)施園藝使用的生產(chǎn)資材存在差異，因此直接引進(jìn)國外裝備難以實(shí)用。在此情況下，21 世紀(jì)10 年代后期，沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、浙江理工大學(xué)等院校針對(duì)穴盤苗移植手開展了多方面的研究，北京工業(yè)大學(xué)、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)及浙江理工大學(xué)等隨后也相繼推出了穴盤移植機(jī)試驗(yàn)樣機(jī)。21 世紀(jì)20 年代后期，北京工業(yè)大學(xué)、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)及浙江理工大學(xué)相繼推出設(shè)施種植水培葉菜穴盤種苗移植機(jī)，其作業(yè)性能與國外產(chǎn)品基本相當(dāng)。

目前，國內(nèi)設(shè)施種植穴盤苗移植技術(shù)與國外相比，水培葉菜穴盤苗移植技術(shù)差別不大，但在花卉、無基質(zhì)裸苗移植技術(shù)方面還存在較大差距。其原因主要在于國內(nèi)設(shè)施園藝裝備總體技術(shù)發(fā)展起步較晚，技術(shù)積累薄弱，同時(shí)設(shè)施種植模式標(biāo)準(zhǔn)化差，裝備開發(fā)難以推進(jìn)，而以往設(shè)施種植規(guī)模不大，對(duì)于裝備技術(shù)需求不緊迫。另外，大部分設(shè)施生產(chǎn)裝備都是圍繞具體生產(chǎn)流程和模式非標(biāo)定制的，設(shè)施種植企業(yè)對(duì)國外技術(shù)不了解，針對(duì)自己的生產(chǎn)模式不能提出適合生產(chǎn)需要的技術(shù)開發(fā)要求，阻礙裝備技術(shù)開發(fā)的農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合，這也遲滯了中國設(shè)施種植穴盤苗移植技術(shù)的開發(fā)與發(fā)展。近年，國家對(duì)設(shè)施種植生產(chǎn)的關(guān)注度顯著提高，并加大相關(guān)技術(shù)研究與開發(fā)項(xiàng)目的支持力度，加之近年歐洲先進(jìn)設(shè)施園藝生產(chǎn)裝備技術(shù)的引進(jìn)與示范，設(shè)施種植企業(yè)對(duì)新技術(shù)逐步了解，這既為針對(duì)國內(nèi)設(shè)施中之模式開發(fā)穴盤移植技術(shù)提供了有力的前提條件，也將促進(jìn)相關(guān)穴盤苗移植技術(shù)的發(fā)展。

主要設(shè)施種植種苗移植技術(shù)

設(shè)施種苗移植裝備的功能是將標(biāo)準(zhǔn)穴盤苗或無基質(zhì)裸苗移植到大規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)穴盤、花盆及種植槽中，其核心技術(shù)主要集中在如何拾取苗和如何將苗成功插入種植目標(biāo)地，因此，對(duì)于移植裝備來講，其關(guān)鍵部分是移植手，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和機(jī)器視覺技術(shù)的引入，目前移植機(jī)作業(yè)的智能化程度不斷提升。

花卉穴盤苗移植技術(shù)

花卉穴盤苗移植是目前設(shè)施移植機(jī)的主流，主要針對(duì)盆栽花卉生產(chǎn)，目的是將穴盤苗向種植花盆內(nèi)移植（圖2），也有由密植穴盤向稀植穴盤移植的情況（圖3），穴盤一般尺寸為300 mm×280 mm，孔穴數(shù)在50～510 之間，對(duì)于大花盆可進(jìn)行多株穴盤苗拼盆移植（圖4）。由于花卉種類繁多，其中種苗的形式千差萬別，移植機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)也集中在其末端執(zhí)行器移植手上，移植手設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮穴盤基質(zhì)塊的尺寸及種苗形態(tài)等因素。穴盤基質(zhì)塊尺寸決定移植機(jī)械手的大小，機(jī)械手尺寸大小不同導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)與作業(yè)驅(qū)動(dòng)方式存在不同的類型。拾取種苗基質(zhì)塊時(shí)，種苗形態(tài)影響移植手結(jié)構(gòu)是否需要考慮避讓苗莖葉以免傷苗。目前，為有效提高移植機(jī)的作業(yè)效率，部分移植機(jī)的移植手?jǐn)?shù)已提高到16 個(gè)以上，有些已達(dá)到36 個(gè)移植手，移植作業(yè)生產(chǎn)率可達(dá)30000 株/h，穴盤穴數(shù)和移植機(jī)移植手?jǐn)?shù)越大，作業(yè)生產(chǎn)率越高。另外，72 穴穴盤苗移植技術(shù)比較成熟，作業(yè)性能穩(wěn)定，但對(duì)于288穴密植穴盤種苗的移植手技術(shù)要求非常高，以荷蘭TTA 公司的移植機(jī)作業(yè)性能最為穩(wěn)定。

圖3 種苗由密植穴盤向稀植穴盤移植

圖4 種苗由穴盤向花盆拼盆移植

水培葉菜移植技術(shù)

水培葉菜種苗移植與花卉穴盤苗移植相比較為簡(jiǎn)單，水培葉菜種苗種植一般為兩種形式，一是利用基質(zhì)培育種苗，國內(nèi)一般利用穴盤種植，以歐洲為代表的國外一些企業(yè)利用基質(zhì)塊種植；二是將海綿或基質(zhì)放置于種植杯內(nèi)種植。前者種植作業(yè)環(huán)節(jié)較為簡(jiǎn)單，但是種苗移植后基質(zhì)塊不固定容易反轉(zhuǎn)，導(dǎo)致種植的水培葉菜生長形態(tài)不佳，后者采用種植杯可減小夾持種苗的對(duì)位難度，并可利用種植槽孔位固定種苗，使水培葉菜生長形態(tài)正常。

無性繁殖裸體種苗移植技術(shù)

圖5 水培葉菜基質(zhì)塊種苗移植

圖6 水培葉菜種植杯種苗移植

無性繁殖主要指扦插、嫁接及組織培養(yǎng)，而扦插和組織培養(yǎng)育苗基本都離不開移植作業(yè)環(huán)節(jié)。近年來，無性繁殖育苗在種苗生產(chǎn)中的規(guī)模不斷發(fā)展壯大，因此，對(duì)于扦插和組織培養(yǎng)的移植采用機(jī)械化作業(yè)的需求也越來越大。扦插與組織培養(yǎng)培育的種苗有一個(gè)非常大的特點(diǎn)，即幼苗均是不帶基質(zhì)的裸苗。穴盤苗移植時(shí)可通過夾持基質(zhì)塊，避開直接接觸苗體，達(dá)到不損傷種苗的目的，而對(duì)于裸苗，直接觸碰柔嫩苗體極易造成損傷，這給機(jī)械移植作業(yè)夾持苗體帶來困難。為解決夾持裸苗易損傷的問題，荷蘭ISO Group 公司針對(duì)柔嫩的菊花扦插種苗扦插作業(yè)，利用彈力鋼片開發(fā)出一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的柔性裸苗夾持手，如圖7 所示，機(jī)械手通過多個(gè)疊加在一起的氣缸驅(qū)動(dòng)，在機(jī)器視覺引導(dǎo)和一個(gè)機(jī)械手臂帶動(dòng)下，完成單個(gè)裸苗撿拾、穴盤定位扦插動(dòng)作，其作業(yè)速度可達(dá)人工3 倍以上。圖8 是針對(duì)扁平類蟹爪蘭扦插種苗，利用負(fù)壓吸附進(jìn)行柔性撿拾，進(jìn)而進(jìn)行扦插作業(yè)。圖9 為對(duì)扦插用玫瑰種苗枝條進(jìn)行剪枝和向花盆內(nèi)扦插作業(yè)的扦插機(jī)器人，剪枝在機(jī)器視覺引導(dǎo)下完成。圖10 為對(duì)組培苗進(jìn)行向穴盤基質(zhì)內(nèi)移植的移植機(jī)，該移植機(jī)作業(yè)形式與花卉穴盤苗移植機(jī)的工作原理類似，移植手不直接觸碰苗體，通過培養(yǎng)基間接夾持種苗，但是，培養(yǎng)基極易破碎，如何夾持住培養(yǎng)基是技術(shù)難點(diǎn)。通常，帶培養(yǎng)基進(jìn)行組培苗移植的作業(yè)不常見，生產(chǎn)中在進(jìn)行組培苗移植前，都要對(duì)組培苗個(gè)根的培養(yǎng)基進(jìn)行清洗。

圖7 扦插菊花苗向穴盤移植

圖8 負(fù)壓吸附扁平扦插苗向穴盤移植

圖9 玫瑰枝條剪枝扦插移植

圖10 帶培養(yǎng)基組培苗向穴盤移植

未來展望

為提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)裝備作業(yè)效率與智能化作業(yè)水平，隨著工業(yè)先進(jìn)技術(shù)的不斷發(fā)展及引入，設(shè)施種植種苗移植技術(shù)近年在向以下四個(gè)方向發(fā)展。

高效化

規(guī)模出效益，這是設(shè)施企業(yè)都在追求的種植形式，而生產(chǎn)的規(guī)模化必將一直對(duì)裝備的生產(chǎn)效率提出更高的要求。近年，國外知名移植裝備生產(chǎn)企業(yè)，為提高作業(yè)效率，不斷增加作業(yè)移植手的數(shù)量的同時(shí)，變以往單盤移植作業(yè)為多盤同時(shí)作業(yè)，一些移植機(jī)的穴盤苗移植生產(chǎn)率已達(dá)到50000 株/h。

智能化

機(jī)器視覺技術(shù)的引進(jìn)，大大提高了穴盤苗移植機(jī)作業(yè)的智能化程度?；跈C(jī)器視覺技術(shù)，Visser、TTA 等公司的移植機(jī)可以完成穴盤苗分級(jí)、剔苗和補(bǔ)苗作業(yè)，并可在移植作業(yè)過程中進(jìn)行分級(jí)移植。這些作業(yè)以前必須依靠人工來完成。

復(fù)雜化

扦插與組織培養(yǎng)具有育苗效率高、出苗量大的優(yōu)勢(shì)，但這帶來了巨大的扦插移植和組培苗移植作業(yè)量，迫切需要解決無基質(zhì)裸苗的自動(dòng)化移植作業(yè)問題。荷蘭ISO Group 公司針對(duì)以上問題，基于機(jī)器視覺識(shí)別待扦插苗的撿拾位置，在工業(yè)機(jī)械手臂帶動(dòng)下，利用多個(gè)微型氣缸疊加驅(qū)動(dòng)柔性鋼片扦插手，完成裸苗柔性撿拾夾持、穴盤基質(zhì)作穴、裸苗柔順扦插和柔性退柔性鋼片扦插手等多個(gè)復(fù)雜動(dòng)作，模擬出了復(fù)雜的人工扦插動(dòng)作過程，很好地解決了裸苗扦插的技術(shù)問題。

輔助化

穴盤苗扦插作業(yè)與許多因素有關(guān)，涉及到種植模式。在這方面為輔助穴盤苗自動(dòng)化移植作業(yè)實(shí)現(xiàn)保質(zhì)、保量、高效作業(yè)，歐洲設(shè)施種植生產(chǎn)裝備與資材生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)出多種輔助性資材，如開發(fā)硬質(zhì)穴盤便于移植作業(yè)時(shí)穴盤精準(zhǔn)對(duì)位（圖11）；開發(fā)出紙缽苗便于移植時(shí)夾持苗體穩(wěn)定、作業(yè)成功率高（圖12）；開發(fā)出裸體苗夾苗卡帶（圖13），避免移植過程中直接夾持裸苗造成損傷，并可簡(jiǎn)化復(fù)雜作業(yè)環(huán)節(jié)，提高移植作業(yè)效率。

圖11 塑料高腳硬質(zhì)穴盤對(duì)位準(zhǔn)確

圖12 紙缽苗移植基質(zhì)塊團(tuán)塊性好

圖13 采用等距卡條固定無基質(zhì)裸苗