论文部分内容阅读
摘要：随着我国蔬菜、瓜果及花卉生产向专业化、规模化转变，育苗产业化必将成为今后的发展趋势。穴盘育苗是主要的育苗方式，阐述国内外穴盘育苗播种装置及播种技术的研究现状，分析我国穴盘育苗播种装置发展中存在的问题，预测其发展趋势，为后续高效、低成本穴盘育苗精量播种机械的设计提供参考。
关键词：农业机械；穴盘育苗；精量播种；发展
中图分类号：S223 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）06-0034-03
穴盘育苗是20世纪70年代发展起来的育苗新技术，与传统育苗相比，其具有出芽率高、幼苗根系保护好、无缓苗期等优点。穴盘播种机械是实现机械化育苗的关键设备，在工厂化育苗过程中具有重要的作用。因此，研制适合我国国情的温室穴盘精量播种机械，对于促进我国蔬菜、瓜果、花卉产业的发展以及农民创收具有重要的意义。本文对国内外温室穴盘播种机械的现状进行分析，提出目前我国穴盘育苗播种机械及技术发展中存在的问题，为后续研究提供参考。
1 国内外温室穴盘精量播种装置研究现状
1.1 国外研究现状
欧美国家穴盘育苗播种机械起步较早，已有近50 a的历史。最早开始进行该项研究的是美国[1]，其技术和规模也最大，成形的产品也比较多，总体功能完善，自动化程度高，主要有Blackmore，Vandana，Grom ore，E-Z以及SK DESIGN公司研制的各种类型产品。图1为Blackmore涡轮/针管播种机，该机利用针管吸附种子，特别适于播种颗粒小的种子，生产率可达300盘/h以上，准确度可达95.8%[2]。
英国的典型机型是Hamilton公司生产的各种机型，主要有针（管）式育苗播种机和滚动式育苗播种机。图2为手持管式育苗播种机，特别适于秋海棠等比较小的种子，只需配置几种规格（0.1 mm，0.3 mm和0.5 mm）的针头就可以播种质量不同、形状各异的种子。滚筒式播种机主要适于播种各种蔬菜和花卉种子，该类机型特点是速度快，可达800～1 200 盘/h。
荷兰和澳大利亚穴盘育苗播种机械技术也相对比较成熟。荷兰花卉和蔬菜温室穴盘播种已形成了穴盘基质填充—填充穴盘堆叠上线—穴盘解垛—基质喷淋—精量播种—覆土—穴盘叠垛—盘垛下线的自动化生产线[3]，其中穴盘育苗精量播种机械的典型是Visser公司生产的半自动、全自动针式和滚筒式播种机。澳大利亚的主要机型是Williames公司生产的ST750和ST1500型号的滚筒式育苗播种机，特别适于工厂化育苗。
亚洲具代表性的是韩国Helper精密穴盘育苗播种机。该机有手持式、板式、手动针式和自动针式等，典型型号为SD1200S，SD-900W及SD-1500。Helper也有精量育苗播种生产线，可完成压土、播种及覆土等作业。此外，日本洋马公司的YVR100A型、YVMP130型和YVP400型等也是主要机型。
1.2 国内研究现状
我国对穴盘育苗播种装置的研制相对较晚，20世纪80年代中期才从国外引进穴盘育苗技术[4]，经过长时间的消化、吸收，不断研究适合我国设施农业生产的穴盘精量播种装置，取得了一定的成果。“八五”期间，农业部规划设计研究院和中国农业大学等单位联合研制了2XB-400型穴盘育苗精量播种机，其播种合格率可达到96%以上，生产率为6盘/min，适于播种中等大小的丸粒化种子。广西林科所研制了4LRZ-1000型流动式容器育苗装播作业线，该装置的缺播率低于5%，但生产率较低，适于播种丸粒化种子。1997年，南京农机化研究所和江苏理工大学共同研制了2QB-330型气吸振动式穴盘精量播种机，该机能满足每穴1～2粒的要求，合格率达90%以上，通过更换吸种盘板，可用于蔬菜、花卉育苗的精量播种。
近年来，国内高校和研究机构研制的设备主要有广西农机化研究所的2ZBQ-300型双层滚筒气吸穴盘育苗播种机，北京农业机械研究所的2BJOP-120型穴盘育苗精密播种机，北京易润佳灌溉设备有限公司的SF小型针式穴盘播种机，浙江台州市一鸣机械设备有限公司的气吸式蔬菜花卉育苗精量播种流水线YM-0911，上海康博瓂田2BS-QJ气压式精密播种机，南京市农机化研究所的2BQ-D型气吸式穴盘育苗精量播种机等。
2 国内外温室穴盘精量播种技术现状分析
播种装置的核心部件是排种器，其工作原理主要有机械式、气吸式和磁吸式3种。机械式穴盘育苗播种需要对蔬菜、花卉等较小的种子做丸粒化处理，且容易伤种，在温室穴盘精量播种中应用很少；因此这里主要阐述气力式和磁吸式两种技术。
2.1 气吸式播种技术
气吸式播种是温室穴盘育苗播种应用最为广泛的一种形式，也是我国科研院所及高校研究较多的一种形式[5]。气吸式播种技术主要有3种机型：针管式播种机、板式播种机和滚筒式播种机。
2.1.1 针管式穴盘育苗播种机 针管式播种器多采用真空吸附式，利用一排吸嘴从振动种盘里吸附种子，当育苗穴盘到达播种机下面准确位置时，吸嘴将种子释放，种子经下落管或接收杯落在育苗穴盘上实现播种，根据不同种子的特点调整真空压力和吸嘴与种盘距离的参数，便可适于不同的种子。该机型结构简单，使用方便，适于中小型穴盘育苗生产。英国Hamilton公司生产的Natural系列是针管式穴盘育苗播种机的典型代表。
2.1.2 板式穴盘育苗播种机 板式播种机工作原理是：针对规格化的穴盘，配备带有相应吸孔的播种盘，在盘内形成真空吸附种子，然后整盘对穴，并在盘内形成正压释放种子，达到播种的目的。根据种子形状、大小和种类，每种规格的播种机配有不同型号的播种模板，一般每种播种机至少配有3种规格的播种板。该类播种机具有价格低、操作简单、播种精确、播种效率高的优点，适于绝大部分穴盘和种子，但对过大或过小的种子播种精度不高。其代表产品是美国E-Z公司和Vandana公司研制的系列产品。 2.1.3 滚筒式穴盘育苗播种机 滚筒式播种机的工作原理是：种子由滚筒上方的漏斗喂入，滚筒带有多排吸孔，首先在滚筒内形成真空室，种子被吸附在滚筒表面的吸孔中，多余的种子被气流和刮种器清理，当滚筒转到下方的穴盘上方时，吸孔与大气相通，种子因重力下落到穴盘内，而滚筒继续滚动，进入下一个播种循环。该排种器需要定时清洁滚筒和吸孔，且不能使用含油的工具等，以免影响吸种和排种。该机主要用于大中型育苗场，适于大部分花卉和蔬菜种子，对干净、规格的种子播种精度可达到99%。代表产品有荷兰Visser公司、澳大利亚Williames公司及英国Hamilton公司研制的几类机型。
2.2 磁吸式播种技术
磁吸式穴盘育苗播种技术是我国江苏大学胡建平等人针对日本三重大学伊藤信孝等人设计的电磁加速播种机存在的问题，提出的一种新型磁吸式排种原理。其通过铁粉对种子进行磁化处理，利用具有电磁铁功能的线圈吸附种子，然后随电磁铁运动，借助排种机构使磁性消失，种子在重力作用下实现精密播种。主要机型有磁吸摆杆式穴盘精密播种机和磁吸滚筒式穴盘精密播种机[6]。摆杆式穴盘精密播种机结构及工作原理如图3所示。
3 我国温室穴盘育苗播种机存在的问题
经过多年的发展，我国穴盘育苗播种装置取得了一定的成果，但目前还存在一些问题。一是自动化程度低，劳动强度相对大。我国穴盘育苗播种装置多数为半自动，而且基质装盘、压穴、播种、覆土以及育苗设备一般都各自独立工作，整个环节的流水线自动化程度低，劳动强度相对较大。二是育苗播种机械市场化程度低。当前我国的种植模式是分散种植多、规模种植少，由于育苗机械的投入较大，农户购买率低，导致育苗播种机械闲置，从而不能及时发现播种机械存在的缺点和不足，也就无法实施产品性能改进，播种技术进步缓慢。三是排种性能相对较差。我国精密播种机排种性能达不到要求。国内推广的机型多为气吸式播种机，在高强度作业下容易发生导管堵塞、吸种针头堵塞和不能及时清种等故障，造成漏播、重播现象，使播种合格率下降。四是产品适应能力差。我国育苗播种装置对种子的适应能力较差，多数产品只能播种一种或几种种子，一机专用，利用率低，投资回收周期长；有时还需要对种子进行包衣丸化处理，增加成本的同时也影响发芽率。
4 我国温室穴盘育苗机械发展趋势
我国育苗机械的发展趋势概况为以下几个方面。一是向自动化生产线方向发展。随着农业合作社发展、农用土地流转、农业劳动力减少等因素的推动，温室种植规模不断向大规模、集约化发展，穴盘育苗必然由原来分散、落后的育苗方式向规模化、机械化及自动化形式转变，最终形成自动化育苗生产线。二是研制符合农艺要求的穴盘精密播种机械，提高性能稳定性。针对我国的具体情况，必须将农机与农艺相结合，充分考虑农艺要求以及种子特性的差异性，实现播种参数可调的播种机械，保证幼苗后期良好生长，达到精准农业的要求。三是工厂化育苗播种机械需求量增大。种植规模化和设备自动化、智能化必然会带动温室育苗播种方式向工厂化发展，从而拉动工厂化育苗机械的大力发展。
5 结语
目前，我国自主研发的温室穴盘育苗播种机械性能还不够稳定，市场占有率相对比较低，而国外引进的设备价格较高，和我国分散种植模式不相适应，也不符合我国农艺要求。因此，眼下研究低成本、能够适应我国温室育苗的穴盘播种设备具有重要意义。
参考文献
[1] 董春旺，胡斌，坎杂，等.工厂化穴盘育苗精量播种装置现状及发展对策[J].农机化研究，2008（8）：247-249.
[2] 胡国平，周瑞. Blackmore涡轮/针管播种机[J].浙江农村机电，2008（2）：15.
[3] 辜松，杨艳丽，张跃峰，等.荷兰蔬菜种苗生产装备系统发展现状及对中国得启示[J].农业工程学报，2013，29（14）：185-194.
[4] 程欢庆，张祖立，张为政.蔬菜穴盘播种装置的研究进展[J].农业科技与装备，2010（4）：31-33.
[5] 罗昕，胡斌，黄力栎，等.气吸式穴盘育苗精量种机的设计与试验[J].农机化研究，2010（11）：130-132，140.
[6] 胡建平，郑赛男，刘文东.磁吸滚筒式精密排种器设计与试验[J].农业机械学报，2009（3）：60-63.
关键词：农业机械；穴盘育苗；精量播种；发展
中图分类号：S223 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）06-0034-03
穴盘育苗是20世纪70年代发展起来的育苗新技术，与传统育苗相比，其具有出芽率高、幼苗根系保护好、无缓苗期等优点。穴盘播种机械是实现机械化育苗的关键设备，在工厂化育苗过程中具有重要的作用。因此，研制适合我国国情的温室穴盘精量播种机械，对于促进我国蔬菜、瓜果、花卉产业的发展以及农民创收具有重要的意义。本文对国内外温室穴盘播种机械的现状进行分析，提出目前我国穴盘育苗播种机械及技术发展中存在的问题，为后续研究提供参考。
1 国内外温室穴盘精量播种装置研究现状
1.1 国外研究现状
欧美国家穴盘育苗播种机械起步较早，已有近50 a的历史。最早开始进行该项研究的是美国[1]，其技术和规模也最大，成形的产品也比较多，总体功能完善，自动化程度高，主要有Blackmore，Vandana，Grom ore，E-Z以及SK DESIGN公司研制的各种类型产品。图1为Blackmore涡轮/针管播种机，该机利用针管吸附种子，特别适于播种颗粒小的种子，生产率可达300盘/h以上，准确度可达95.8%[2]。
英国的典型机型是Hamilton公司生产的各种机型，主要有针（管）式育苗播种机和滚动式育苗播种机。图2为手持管式育苗播种机，特别适于秋海棠等比较小的种子，只需配置几种规格（0.1 mm，0.3 mm和0.5 mm）的针头就可以播种质量不同、形状各异的种子。滚筒式播种机主要适于播种各种蔬菜和花卉种子，该类机型特点是速度快，可达800～1 200 盘/h。
荷兰和澳大利亚穴盘育苗播种机械技术也相对比较成熟。荷兰花卉和蔬菜温室穴盘播种已形成了穴盘基质填充—填充穴盘堆叠上线—穴盘解垛—基质喷淋—精量播种—覆土—穴盘叠垛—盘垛下线的自动化生产线[3]，其中穴盘育苗精量播种机械的典型是Visser公司生产的半自动、全自动针式和滚筒式播种机。澳大利亚的主要机型是Williames公司生产的ST750和ST1500型号的滚筒式育苗播种机，特别适于工厂化育苗。
亚洲具代表性的是韩国Helper精密穴盘育苗播种机。该机有手持式、板式、手动针式和自动针式等，典型型号为SD1200S，SD-900W及SD-1500。Helper也有精量育苗播种生产线，可完成压土、播种及覆土等作业。此外，日本洋马公司的YVR100A型、YVMP130型和YVP400型等也是主要机型。
1.2 国内研究现状
我国对穴盘育苗播种装置的研制相对较晚，20世纪80年代中期才从国外引进穴盘育苗技术[4]，经过长时间的消化、吸收，不断研究适合我国设施农业生产的穴盘精量播种装置，取得了一定的成果。“八五”期间，农业部规划设计研究院和中国农业大学等单位联合研制了2XB-400型穴盘育苗精量播种机，其播种合格率可达到96%以上，生产率为6盘/min，适于播种中等大小的丸粒化种子。广西林科所研制了4LRZ-1000型流动式容器育苗装播作业线，该装置的缺播率低于5%，但生产率较低，适于播种丸粒化种子。1997年，南京农机化研究所和江苏理工大学共同研制了2QB-330型气吸振动式穴盘精量播种机，该机能满足每穴1～2粒的要求，合格率达90%以上，通过更换吸种盘板，可用于蔬菜、花卉育苗的精量播种。
近年来，国内高校和研究机构研制的设备主要有广西农机化研究所的2ZBQ-300型双层滚筒气吸穴盘育苗播种机，北京农业机械研究所的2BJOP-120型穴盘育苗精密播种机，北京易润佳灌溉设备有限公司的SF小型针式穴盘播种机，浙江台州市一鸣机械设备有限公司的气吸式蔬菜花卉育苗精量播种流水线YM-0911，上海康博瓂田2BS-QJ气压式精密播种机，南京市农机化研究所的2BQ-D型气吸式穴盘育苗精量播种机等。
2 国内外温室穴盘精量播种技术现状分析
播种装置的核心部件是排种器，其工作原理主要有机械式、气吸式和磁吸式3种。机械式穴盘育苗播种需要对蔬菜、花卉等较小的种子做丸粒化处理，且容易伤种，在温室穴盘精量播种中应用很少；因此这里主要阐述气力式和磁吸式两种技术。
2.1 气吸式播种技术
气吸式播种是温室穴盘育苗播种应用最为广泛的一种形式，也是我国科研院所及高校研究较多的一种形式[5]。气吸式播种技术主要有3种机型：针管式播种机、板式播种机和滚筒式播种机。
2.1.1 针管式穴盘育苗播种机 针管式播种器多采用真空吸附式，利用一排吸嘴从振动种盘里吸附种子，当育苗穴盘到达播种机下面准确位置时，吸嘴将种子释放，种子经下落管或接收杯落在育苗穴盘上实现播种，根据不同种子的特点调整真空压力和吸嘴与种盘距离的参数，便可适于不同的种子。该机型结构简单，使用方便，适于中小型穴盘育苗生产。英国Hamilton公司生产的Natural系列是针管式穴盘育苗播种机的典型代表。
2.1.2 板式穴盘育苗播种机 板式播种机工作原理是：针对规格化的穴盘，配备带有相应吸孔的播种盘，在盘内形成真空吸附种子，然后整盘对穴，并在盘内形成正压释放种子，达到播种的目的。根据种子形状、大小和种类，每种规格的播种机配有不同型号的播种模板，一般每种播种机至少配有3种规格的播种板。该类播种机具有价格低、操作简单、播种精确、播种效率高的优点，适于绝大部分穴盘和种子，但对过大或过小的种子播种精度不高。其代表产品是美国E-Z公司和Vandana公司研制的系列产品。 2.1.3 滚筒式穴盘育苗播种机 滚筒式播种机的工作原理是：种子由滚筒上方的漏斗喂入，滚筒带有多排吸孔，首先在滚筒内形成真空室，种子被吸附在滚筒表面的吸孔中，多余的种子被气流和刮种器清理，当滚筒转到下方的穴盘上方时，吸孔与大气相通，种子因重力下落到穴盘内，而滚筒继续滚动，进入下一个播种循环。该排种器需要定时清洁滚筒和吸孔，且不能使用含油的工具等，以免影响吸种和排种。该机主要用于大中型育苗场，适于大部分花卉和蔬菜种子，对干净、规格的种子播种精度可达到99%。代表产品有荷兰Visser公司、澳大利亚Williames公司及英国Hamilton公司研制的几类机型。
2.2 磁吸式播种技术
磁吸式穴盘育苗播种技术是我国江苏大学胡建平等人针对日本三重大学伊藤信孝等人设计的电磁加速播种机存在的问题，提出的一种新型磁吸式排种原理。其通过铁粉对种子进行磁化处理，利用具有电磁铁功能的线圈吸附种子，然后随电磁铁运动，借助排种机构使磁性消失，种子在重力作用下实现精密播种。主要机型有磁吸摆杆式穴盘精密播种机和磁吸滚筒式穴盘精密播种机[6]。摆杆式穴盘精密播种机结构及工作原理如图3所示。
3 我国温室穴盘育苗播种机存在的问题
经过多年的发展，我国穴盘育苗播种装置取得了一定的成果，但目前还存在一些问题。一是自动化程度低，劳动强度相对大。我国穴盘育苗播种装置多数为半自动，而且基质装盘、压穴、播种、覆土以及育苗设备一般都各自独立工作，整个环节的流水线自动化程度低，劳动强度相对较大。二是育苗播种机械市场化程度低。当前我国的种植模式是分散种植多、规模种植少，由于育苗机械的投入较大，农户购买率低，导致育苗播种机械闲置，从而不能及时发现播种机械存在的缺点和不足，也就无法实施产品性能改进，播种技术进步缓慢。三是排种性能相对较差。我国精密播种机排种性能达不到要求。国内推广的机型多为气吸式播种机，在高强度作业下容易发生导管堵塞、吸种针头堵塞和不能及时清种等故障，造成漏播、重播现象，使播种合格率下降。四是产品适应能力差。我国育苗播种装置对种子的适应能力较差，多数产品只能播种一种或几种种子，一机专用，利用率低，投资回收周期长；有时还需要对种子进行包衣丸化处理，增加成本的同时也影响发芽率。
4 我国温室穴盘育苗机械发展趋势
我国育苗机械的发展趋势概况为以下几个方面。一是向自动化生产线方向发展。随着农业合作社发展、农用土地流转、农业劳动力减少等因素的推动，温室种植规模不断向大规模、集约化发展，穴盘育苗必然由原来分散、落后的育苗方式向规模化、机械化及自动化形式转变，最终形成自动化育苗生产线。二是研制符合农艺要求的穴盘精密播种机械，提高性能稳定性。针对我国的具体情况，必须将农机与农艺相结合，充分考虑农艺要求以及种子特性的差异性，实现播种参数可调的播种机械，保证幼苗后期良好生长，达到精准农业的要求。三是工厂化育苗播种机械需求量增大。种植规模化和设备自动化、智能化必然会带动温室育苗播种方式向工厂化发展，从而拉动工厂化育苗机械的大力发展。
5 结语
目前，我国自主研发的温室穴盘育苗播种机械性能还不够稳定，市场占有率相对比较低，而国外引进的设备价格较高，和我国分散种植模式不相适应，也不符合我国农艺要求。因此，眼下研究低成本、能够适应我国温室育苗的穴盘播种设备具有重要意义。
参考文献
[1] 董春旺，胡斌，坎杂，等.工厂化穴盘育苗精量播种装置现状及发展对策[J].农机化研究，2008（8）：247-249.
[2] 胡国平，周瑞. Blackmore涡轮/针管播种机[J].浙江农村机电，2008（2）：15.
[3] 辜松，杨艳丽，张跃峰，等.荷兰蔬菜种苗生产装备系统发展现状及对中国得启示[J].农业工程学报，2013，29（14）：185-194.
[4] 程欢庆，张祖立，张为政.蔬菜穴盘播种装置的研究进展[J].农业科技与装备，2010（4）：31-33.
[5] 罗昕，胡斌，黄力栎，等.气吸式穴盘育苗精量种机的设计与试验[J].农机化研究，2010（11）：130-132，140.
[6] 胡建平，郑赛男，刘文东.磁吸滚筒式精密排种器设计与试验[J].农业机械学报，2009（3）：60-63.