论文部分内容阅读
引言
工厂化蔬菜育苗是一种将筛选出的合格作物种子放置于人工创造的适宜生长环境中进行育苗的先进农业生产技术。与传统蔬菜育苗相比，工厂化蔬菜育苗具有用种量少、节能、省工、省力、效率高、成本低、病虫害轻、苗壮、成功率高、适于机械化操作和规范化管理等优点。随着蔬菜产业的发展和社会化分工协作的细化，工厂化蔬菜育苗逐渐从蔬菜产业链条中分离成为一个独立的产业节点技术[1-3]。
1981年，中国成立了工厂化蔬菜育苗工作组，开始正式引进国外先进的工厂化蔬菜育苗技术，但该技术的推广与普及相对滞后。20世纪90年代中后期，山东、上海、广东等省市区的工厂化蔬菜育苗逐渐初具规模，工厂化蔬菜育苗技术才得以快速应用和发展[4]。
目前，中国工厂化蔬菜育苗与美国、荷兰、日本等发达国家相比还有很大提升空间，主要是由于育苗设备技术单一、系统集成度低，难于实现全自动工厂化蔬菜育苗，从而使生产规模和生产能力受限。因此，工厂化蔬菜育苗系统的集成与技术示范十分必要。
工厂化蔬菜育苗系统集成
工厂化蔬菜育苗系统集成（图1）主要是指综合利用各项育苗设备设施以及相关技术实现全自动化、机械化的育苗目的。从工厂化蔬菜育苗的功能单元来分，可将育苗划分为播种生产单元、催芽 育苗 嫁接单元、物流传输单元以及水肥灌溉及环境控制单元。
工厂化蔬菜育苗应用的主要设备设施包括基质破碎机（搅拌机）、穴盘堆垛（解垛）机、填土机、播种机、蛭石覆盖及浇水物流输送带（辊道）、催芽室、育苗室、嫁接机（嫁接生产线）、穴盘跳移机、移栽机、水肥一体化灌溉系统和温湿度光调控设备等。其中，播种生产单元的主要设备包括基质破碎机（搅拌机）、穴盘堆垛（解垛）机、填土机、播种机等，这些设备将直接服务于播种的生产环节；催芽 育苗 嫁接单元则主要指催芽室、育苗室、愈合室、嫁接机（嫁接生产线）和辅助苗床等；物流传输单元主要包括自动化运输系统、传送相关物料的AGV运输车、传输带和辅助生产的穴盘跳移机、穴盘清洗机及移栽机等；水肥灌溉及环境控制单元则主要包括水肥一体化灌溉系统、环境控制系统及苗期病虫害防治技术等。
播种生产单元
播种机是播种生产单元的核心设备，其配套装备包括填土机、播种机等，在此平台上加载集成基质破碎、搅拌及穴盘输送设备可以实现播种的流水作业。国外的相关设备研究起步早，技术装备较为成熟，如英国Hamilton公司的Natural系列精密播种机，意大利MOSA的滚筒式播种生产线、DAROS公司的播种生产线，美国Blackmore公司的滚筒式播种机，荷兰VISSER公司的全自动穴盘育苗精密播种机等在国际市场上的占有率很高。21世纪初，农业部规划设计研究院联合中国农业大学开发了国内首台精量播种机，但由于使用条件受限，没有得到应用推广[5]。近年来，北京华农农业工程技术有限公司、北京农业智能装备技术研究中心、浙江大学、台州一鸣机械设备有限公司等多家单位先后研发了不同型式的播种机，但与国外同类产品相比，设备播种精度及稳定性仍与国外存在一定差距。
机械播种机是穴盘苗生产的关键设备，机械播种机一般有4种类型：①真空模板式；②真空支管式（喷嘴或针阀）；③滚筒式；④电子眼式。其中模板式播种是通过播种板上与穴盘穴孔对应分布的吸孔，负压吸附种粒，实现单次整盘播种，虽然其作业效率高，但该设备要求种粒具有较高的一致性，而且漏播情况较为严重。电子眼式播种机主要用于机器播种后针对漏播进行补播，其成本高，目前只有个别厂家按客户订单要求供货。
真空模板式播种机（图2）的播种方式为整盘播种，播种前需根据穴盘选择相应的播种模板，播种精度较高，并配有可调的真空马达和瞬间振动器，用正压气流来清洗模板。该播种机的缺点是需人工操控，不能实现自动化。
针式全自动精密播种机（图3）通过配置不同型号的针头及压力即可实现对不同形状、不同尺寸种子的播种作业。工作时，通过气缸推动排种器进行往复运动来实现种子的吸、排动作。该播种机的工作原理是真空泵提供负压时中，通过空针头吸种，真空泵提供正压时中空针头排种。该机通过可编程控制器（PLC）实现传输速度、播种速度及播种数量的逻辑控制。该播种机的优点是播种精度高、播种数量和速度可调、生产效率高、通用性强。
滚筒式全自動精密播种机（图4）利用带小孔的滚筒通过正负压来实现种子的投放与吸附。滚筒的真空气室利用负压将种子吸附于滚筒的小孔上，多余的种子则由刮板清理落入种子接收盘，当气室为正压时将种子投入穴盘。该播种机滚筒的启停由光电传感器控制，并可通过PLC控制程序实现与其他设备的联动配合。滚筒式播种机的优点是播种速度快、生产效率高，适合规模化育苗。
基质破碎提升机（图5）用于将压缩型专业种植基质破碎，然后放入装盆机或穴盘填土机的料仓内。基质破碎提升机工作原理是通过链条带动刮板与挡板之间的重复剪切、撞击，通过物理方式将基质破碎、提升。
基质搅拌机（图6）是将种植土中混合的各种配料（草炭或椰糠、珍珠岩、蛭石等）搅拌均匀。基质搅拌机工作原理与基质破碎提升机类似，不同之处在于达到预先设定的搅拌混合时间后基质搅拌机可将基质提升至后续料仓。
全自动滚筒播种生产线（图7）由穴盘填土机、滚筒式播种机、蛭石覆盖、浇水机、穴盘堆垛机等组成。主要工作流程为穴盘解垛机将穴盘逐个解垛后传送至填土机填土，随后播种机播种，而后完成蛭石覆盖和浇水，最后转入催芽室。
催芽 育苗 嫁接单元
在催芽室或催芽温棚内，根据所播种子不同，一般稳定控制在该批种子适宜催芽温度上下2℃之间，空气湿度保持在85%～90%，当出苗率达到了60%左右时，将苗盘转至育苗室。需要时可以实现催芽室内部小环境的调控和改善，从而满足不同种子催芽温湿度的调节（图8）。
催芽室可以通过硬件与软件设施的科学配置实现对室内环境温湿度、气流等因子的控制，创造理想的催芽环境，从而让种子快速健康发芽，实现批量生产。其标准配置主要包括聚氨酯板暗室、热泵/水冷空调机组、风机盘管、喷雾加湿、补光照明、环境监测与自动控制系统等。
工厂化蔬菜育苗是一种将筛选出的合格作物种子放置于人工创造的适宜生长环境中进行育苗的先进农业生产技术。与传统蔬菜育苗相比，工厂化蔬菜育苗具有用种量少、节能、省工、省力、效率高、成本低、病虫害轻、苗壮、成功率高、适于机械化操作和规范化管理等优点。随着蔬菜产业的发展和社会化分工协作的细化，工厂化蔬菜育苗逐渐从蔬菜产业链条中分离成为一个独立的产业节点技术[1-3]。
1981年，中国成立了工厂化蔬菜育苗工作组，开始正式引进国外先进的工厂化蔬菜育苗技术，但该技术的推广与普及相对滞后。20世纪90年代中后期，山东、上海、广东等省市区的工厂化蔬菜育苗逐渐初具规模，工厂化蔬菜育苗技术才得以快速应用和发展[4]。
目前，中国工厂化蔬菜育苗与美国、荷兰、日本等发达国家相比还有很大提升空间，主要是由于育苗设备技术单一、系统集成度低，难于实现全自动工厂化蔬菜育苗，从而使生产规模和生产能力受限。因此，工厂化蔬菜育苗系统的集成与技术示范十分必要。
工厂化蔬菜育苗系统集成
工厂化蔬菜育苗系统集成（图1）主要是指综合利用各项育苗设备设施以及相关技术实现全自动化、机械化的育苗目的。从工厂化蔬菜育苗的功能单元来分，可将育苗划分为播种生产单元、催芽 育苗 嫁接单元、物流传输单元以及水肥灌溉及环境控制单元。
工厂化蔬菜育苗应用的主要设备设施包括基质破碎机（搅拌机）、穴盘堆垛（解垛）机、填土机、播种机、蛭石覆盖及浇水物流输送带（辊道）、催芽室、育苗室、嫁接机（嫁接生产线）、穴盘跳移机、移栽机、水肥一体化灌溉系统和温湿度光调控设备等。其中，播种生产单元的主要设备包括基质破碎机（搅拌机）、穴盘堆垛（解垛）机、填土机、播种机等，这些设备将直接服务于播种的生产环节；催芽 育苗 嫁接单元则主要指催芽室、育苗室、愈合室、嫁接机（嫁接生产线）和辅助苗床等；物流传输单元主要包括自动化运输系统、传送相关物料的AGV运输车、传输带和辅助生产的穴盘跳移机、穴盘清洗机及移栽机等；水肥灌溉及环境控制单元则主要包括水肥一体化灌溉系统、环境控制系统及苗期病虫害防治技术等。
播种生产单元
播种机是播种生产单元的核心设备，其配套装备包括填土机、播种机等，在此平台上加载集成基质破碎、搅拌及穴盘输送设备可以实现播种的流水作业。国外的相关设备研究起步早，技术装备较为成熟，如英国Hamilton公司的Natural系列精密播种机，意大利MOSA的滚筒式播种生产线、DAROS公司的播种生产线，美国Blackmore公司的滚筒式播种机，荷兰VISSER公司的全自动穴盘育苗精密播种机等在国际市场上的占有率很高。21世纪初，农业部规划设计研究院联合中国农业大学开发了国内首台精量播种机，但由于使用条件受限，没有得到应用推广[5]。近年来，北京华农农业工程技术有限公司、北京农业智能装备技术研究中心、浙江大学、台州一鸣机械设备有限公司等多家单位先后研发了不同型式的播种机，但与国外同类产品相比，设备播种精度及稳定性仍与国外存在一定差距。
机械播种机是穴盘苗生产的关键设备，机械播种机一般有4种类型：①真空模板式；②真空支管式（喷嘴或针阀）；③滚筒式；④电子眼式。其中模板式播种是通过播种板上与穴盘穴孔对应分布的吸孔，负压吸附种粒，实现单次整盘播种，虽然其作业效率高，但该设备要求种粒具有较高的一致性，而且漏播情况较为严重。电子眼式播种机主要用于机器播种后针对漏播进行补播，其成本高，目前只有个别厂家按客户订单要求供货。
真空模板式播种机（图2）的播种方式为整盘播种，播种前需根据穴盘选择相应的播种模板，播种精度较高，并配有可调的真空马达和瞬间振动器，用正压气流来清洗模板。该播种机的缺点是需人工操控，不能实现自动化。
针式全自动精密播种机（图3）通过配置不同型号的针头及压力即可实现对不同形状、不同尺寸种子的播种作业。工作时，通过气缸推动排种器进行往复运动来实现种子的吸、排动作。该播种机的工作原理是真空泵提供负压时中，通过空针头吸种，真空泵提供正压时中空针头排种。该机通过可编程控制器（PLC）实现传输速度、播种速度及播种数量的逻辑控制。该播种机的优点是播种精度高、播种数量和速度可调、生产效率高、通用性强。
滚筒式全自動精密播种机（图4）利用带小孔的滚筒通过正负压来实现种子的投放与吸附。滚筒的真空气室利用负压将种子吸附于滚筒的小孔上，多余的种子则由刮板清理落入种子接收盘，当气室为正压时将种子投入穴盘。该播种机滚筒的启停由光电传感器控制，并可通过PLC控制程序实现与其他设备的联动配合。滚筒式播种机的优点是播种速度快、生产效率高，适合规模化育苗。
基质破碎提升机（图5）用于将压缩型专业种植基质破碎，然后放入装盆机或穴盘填土机的料仓内。基质破碎提升机工作原理是通过链条带动刮板与挡板之间的重复剪切、撞击，通过物理方式将基质破碎、提升。
基质搅拌机（图6）是将种植土中混合的各种配料（草炭或椰糠、珍珠岩、蛭石等）搅拌均匀。基质搅拌机工作原理与基质破碎提升机类似，不同之处在于达到预先设定的搅拌混合时间后基质搅拌机可将基质提升至后续料仓。
全自动滚筒播种生产线（图7）由穴盘填土机、滚筒式播种机、蛭石覆盖、浇水机、穴盘堆垛机等组成。主要工作流程为穴盘解垛机将穴盘逐个解垛后传送至填土机填土，随后播种机播种，而后完成蛭石覆盖和浇水，最后转入催芽室。
催芽 育苗 嫁接单元
在催芽室或催芽温棚内，根据所播种子不同，一般稳定控制在该批种子适宜催芽温度上下2℃之间，空气湿度保持在85%～90%，当出苗率达到了60%左右时，将苗盘转至育苗室。需要时可以实现催芽室内部小环境的调控和改善，从而满足不同种子催芽温湿度的调节（图8）。
催芽室可以通过硬件与软件设施的科学配置实现对室内环境温湿度、气流等因子的控制，创造理想的催芽环境，从而让种子快速健康发芽，实现批量生产。其标准配置主要包括聚氨酯板暗室、热泵/水冷空调机组、风机盘管、喷雾加湿、补光照明、环境监测与自动控制系统等。