溫室園藝 2020 04 49 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 溫室園藝 國內(nèi)外溫室播種育苗裝備研究 存在問題及建議 DOI 10 16815 ki 11 5436 s 2020 10 007 背景 溫室播種育苗裝備是面向溫室內(nèi)集中化 規(guī) 模化的特定操作環(huán)境的農(nóng)業(yè)裝備 采用流水線播 種和水肥控制的方法 基于模塊化組裝技術(shù) 實 現(xiàn)播種 灌水和施肥等功能的組合 達(dá)到一體化 作業(yè)的目標(biāo) 隨著農(nóng)業(yè)信息化的快速發(fā)展 國內(nèi)外溫室播 種育苗裝備的研究朝著智能化 自動化和輕簡化 的方向發(fā)展 通過精準(zhǔn)化 變量化和工業(yè)化手段 研究成果得以規(guī)?；a(chǎn) 成本大幅度下降 為 溫室種植產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；a(chǎn)提供了科技支撐 這 些裝備的規(guī)?；瘧?yīng)用將實現(xiàn)溫室產(chǎn)業(yè)與智能裝備 產(chǎn)業(yè)的深度融合 國外溫室播種育苗裝備研究 現(xiàn)代溫室的工業(yè)化播種育苗裝備先在國外發(fā) 展起來 歐洲的溫室播種育苗裝備是從 20 世紀(jì) 70 年代開始逐步發(fā)展起來的一項農(nóng)業(yè)系統(tǒng)技術(shù) 與傳統(tǒng)種植以及育苗方式相比 溫室機械化播種 以及育苗管理更有優(yōu)勢 因為其播種和育苗場地 集中 采用規(guī)模化和標(biāo)準(zhǔn)化的方式 可以保護(hù)幼 苗的根系 提高成活率及出苗整齊度 溫室育苗 技術(shù)使用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的穴盤 對于機械播種而言就 有了標(biāo)準(zhǔn)的載體 機械播種具有播種精準(zhǔn) 工作 效率高 節(jié)約成本等優(yōu)點 歐美國家設(shè)施播種育苗裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展比較早 研制的機型較多 功能較完善 自動化程度較高 配套設(shè)備齊全 例如英國的 Hamilton 美國的 Blackmore Gromore 澳大利亞的 Williams 荷 蘭的 Visser 韓國的 Helper 等公司的產(chǎn)品比較知 名 圖 1 3 國外育苗精量播種機按照播種方 式的不同 可分為針 管 式播種機 板式播種機 滾筒式播種機 中國溫室播種育苗裝備研究 中國從 20 世紀(jì) 80 年代中期才開始從歐洲引 進(jìn)現(xiàn)代設(shè)施育苗技術(shù)及裝備 經(jīng)過引進(jìn) 消化 吸收和再創(chuàng)新 在溫室播種育苗裝備研究和產(chǎn)業(yè) 化方面逐步形成特色的發(fā)展道路 經(jīng)過多年的快 圖 3 英國滾筒式播種機 圖 1 英國手持管式播種機 圖 2 荷蘭針式精量播種機 溫室園藝 2020 04 50 溫室裝備 Greenhouse Equipment 速發(fā)展 在技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品開發(fā)方面取得顯著的 進(jìn)步 但總體水平還是不高 裝備發(fā)展的深度不 夠 速度比較緩慢 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部和科技部先后將 穴盤育苗技術(shù)研究列為重點科研項目 溫室育苗 播種裝置也成為了主攻對象 目前 國內(nèi)的科研 單位也研制出了一些育苗播種機的成品 但不能 得到很好的推廣應(yīng)用 擁有生產(chǎn)成套育苗播種裝 置的企業(yè)也有很多 但總體上市場占有率偏低 常見的播種機較多 中國工業(yè)工程研究設(shè)計院和 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位聯(lián)合研制成功的 2XB 400 型穴盤育苗精量播種機 廣西農(nóng)機化研究所研制 的 2Z BQ 300 型雙層滾筒氣吸播種機 胖龍 邯 鄲 溫室工程有限公司研制的 BZ30 穴盤精量播 種機 浙江臺州生產(chǎn)的 YM 0911 蔬菜花卉育苗 氣吸式精量播種流水線 北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù) 研究中心研制的 2 款精準(zhǔn)播種設(shè)備 播種漏播率 小于 3 在北京市京郊大興區(qū)長子營等育苗合 作社進(jìn)行了規(guī)?；瘧?yīng)用 這些機型符合中國溫室 生產(chǎn)的實際需求 代表了國內(nèi)該領(lǐng)域的研究與生 產(chǎn)水平 中國的溫室播種育苗裝備取得了一定的成果 但是在今后的發(fā)展道路上還是有很多問題需要解 決 和國外相比 播種育苗裝備利用率 設(shè)備穩(wěn) 定性 農(nóng)機農(nóng)藝結(jié)合等方面還存在一定的差距 溫室播種育苗裝備關(guān)鍵技術(shù) 近年來 溫室播種育苗裝備的研究逐漸成為 熱門領(lǐng)域 國際上知名的溫室系統(tǒng)公司紛紛和科 研機構(gòu)合作 對該領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究 和突破 主要原因有兩個 一是市場不斷成熟 大型的種植企業(yè)不斷增加 新的資本介入后對現(xiàn) 代化的裝備需求增加 促生了傳統(tǒng)裝備改型換代 二是隨著農(nóng)業(yè)信息化技術(shù)的快速發(fā)展 溫室精準(zhǔn) 播種育苗裝備所需的關(guān)鍵技術(shù)不斷突破 核心傳 感器的價格不斷下降 這些都促進(jìn)了技術(shù)和產(chǎn)業(yè) 的二次結(jié)合 促進(jìn)了該領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展 就精準(zhǔn)播種而言 吸種的精度直接決定漏播 率 是溫室精準(zhǔn)播種的關(guān)鍵參數(shù) 吸種要解決種 子振動和種子堵塞這 2 個核心難題 種子振動是 將種子放在種盤上 利用偏振器將種盤按照一定 的頻率振動 種子就會被振動到空中 便于針頭 能在空中吸住種子 實現(xiàn) 1 個針頭 1 次只吸住 1 顆種子 種子堵塞的消除是依靠空氣閥的切換 將針頭的吸種負(fù)壓力切換為吹起的正壓力 將堵 塞針頭的破碎種子或雜物吹走 精準(zhǔn)吸種技術(shù)就 是圍繞振動和氣閥切換來研究作業(yè)參數(shù)對種子播 種精度的影響 國外的精準(zhǔn)吸種技術(shù)優(yōu)勢在于種子振動所需 的振動器性能穩(wěn)定 單位時間內(nèi)的振動能量變異 系數(shù)很低 振動器長時間工作后種盤的振動幅度 和振動頻率均勻一致 在播種裝備作業(yè)時 種子 在振動作用下 彈跳的高度一致 針頭能比較容 易地捕捉到單顆種子 漏播率較低 國內(nèi)的精準(zhǔn)吸種技術(shù)優(yōu)勢在于控制系統(tǒng)的控 制方法靈活 能靈活控制氣壓閥將多余的種子吹 走 每個針頭上吸附一顆種子 降低重播率 重 播是指一個孔里放了 2 個或 2 個以上的種子 這 會浪費昂貴的種子 國內(nèi)的振動器長時間工作后 發(fā)熱和振幅不均勻的問題還需要探索 穴盤打孔就是利用圓柱形外形的機構(gòu)在鋪滿 土的穴盤正中壓出來一個一定深度的孔 將種子 放入孔中間 這里面的問題是打孔深度和打孔位 置 穴盤精準(zhǔn)打孔技術(shù)是利用精準(zhǔn)控制確保打孔 深度和打孔位置一致和均勻 打孔深度不均勻 會導(dǎo)致出苗后高度不整齊 打孔位置偏離 會導(dǎo) 致出苗后大小不整齊 國外的穴盤精準(zhǔn)打孔技術(shù)通過對穴盤的精準(zhǔn) 定位和輸送帶的精準(zhǔn)暫停來確?？状蛟诿總€穴孔 的中心位置 基于紅外傳感器探測和氣動元器件 快速響應(yīng)等手段 對位置誤差的消除有一整套完 整的技術(shù)方案 中國的穴盤精準(zhǔn)打孔技術(shù)借鑒了國外的技術(shù) 手段 又根據(jù)國內(nèi)實際需求現(xiàn)狀 對功能進(jìn)行了 創(chuàng)新 適合中國的國情 國內(nèi)的技術(shù)創(chuàng)新集中在 輸送帶驅(qū)動電機的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性 氣缸的穩(wěn) 定性等環(huán)節(jié)上 溫室園藝 2020 04 51 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 溫室園藝 肥水噴淋是指在完成播種和蓋土后 穴盤 被均勻地噴淋一定量的營養(yǎng)液作為種子的底肥 這里面的問題是噴淋均勻性和噴量 肥水精準(zhǔn) 噴淋技術(shù)就是通過壓力閥調(diào)控 電磁閥開閉 PWM 脈寬調(diào)制和 PID 流量調(diào)控等手段 讓每個 種子獲得均勻的營養(yǎng)液 把好播種作業(yè)的最后一 道關(guān) 國外肥水精準(zhǔn)噴淋技術(shù)原理簡單可靠 技術(shù) 手段單一 確保水流均勻即可 這方面符合大規(guī) 模生產(chǎn)減少成本的要求 中國的肥水精準(zhǔn)噴淋技 術(shù)采用了少量多次 扇形噴嘴 定量噴淋 在線 監(jiān)控等多種技術(shù)手段 對營養(yǎng)液的精準(zhǔn)調(diào)控技術(shù) 領(lǐng)先國外 北京市農(nóng)林科學(xué)院等單位已實現(xiàn)水肥 藥一次噴淋 并在京郊進(jìn)行推廣應(yīng)用 水肥藥精 準(zhǔn)控制誤差小于 3 5 物聯(lián)網(wǎng)管控是指利用多種傳感器對溫室種植 育苗裝備的作業(yè)效率 工作狀態(tài) 工作時段 穴 盤統(tǒng)計 設(shè)備故障 漏播統(tǒng)計 溶液余量 電機 溫度等作業(yè)參數(shù)在線監(jiān)控 并將作業(yè)參數(shù)通過網(wǎng) 絡(luò)傳送給作業(yè)人員手機 利用手機軟件對播種數(shù) 據(jù)進(jìn)行分析 根據(jù)分析結(jié)果結(jié)合數(shù)學(xué)決策模型對 參數(shù)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整及自動化管控 增加自學(xué)習(xí)功 能 不斷優(yōu)化控制參數(shù) 提高裝備自動控制系統(tǒng) 的魯棒性 這里面的問題是傳感器篩選和網(wǎng)絡(luò)維 護(hù) 傳感器篩選要在成本能接受的前提下 充分 選擇穩(wěn)定性高的傳感器 對傳感器的接口進(jìn)行精 準(zhǔn)地定義 確保數(shù)據(jù)傳輸和地址的設(shè)定不會受干 擾 網(wǎng)絡(luò)維護(hù)要考慮穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性 國外播種育苗設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)管控技術(shù)尚處于 起步 中國播種育苗設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)管控技術(shù)不斷 創(chuàng)新 基于 Web 的移動端管控技術(shù)已成熟應(yīng)用于 溫室播種裝備中 處于全球領(lǐng)跑的地位 面臨問題及相關(guān)建議 溫室播種育苗裝備快速發(fā)展的同時 在利用 率 農(nóng)機農(nóng)藝結(jié)合 設(shè)備穩(wěn)定性等方面還需要進(jìn) 一步探索 利用率方面主要是社會化服務(wù)的規(guī)模 和輻射面還太小 需要農(nóng)業(yè)補貼政策加以引導(dǎo) 農(nóng)機農(nóng)藝結(jié)合方面存在的問題較突出 此方面研 究及推廣人員大多是栽培 溫室結(jié)構(gòu)設(shè)計 經(jīng)濟(jì) 管理等背景 無法對裝備設(shè)計進(jìn)行整體把控 具 有農(nóng)科院校的機械設(shè)計及自動化知識背景的專業(yè) 人員彌足珍貴 人才的脫節(jié)是農(nóng)機農(nóng)藝融合問題 的本質(zhì) 設(shè)備穩(wěn)定性是最大的難題 重點進(jìn)行分 析 主要面臨的問題包括傳感器抗干擾性能低 氣動元件響應(yīng)速度慢和振動器穩(wěn)定性較低等問 題 溫室播種育苗裝備系統(tǒng)存在誤差較大 系統(tǒng) 不穩(wěn)定等特點 針對以上問題建議采取以下幾種對策 一是 利用系統(tǒng)工程 消除各個傳感器和氣動元件精度 和穩(wěn)定性的問題 發(fā)揮系統(tǒng)優(yōu)勢來提高播種育苗 裝備的整體性能 二是通過批量生產(chǎn)提高傳感器 等關(guān)鍵部件的性能 同時降低傳感器的成本 三 是培養(yǎng)一流的操作人才 定期對播種育苗裝備進(jìn) 行校準(zhǔn) 提高系統(tǒng)整體精度 具體如下 1 國家應(yīng)鼓勵從事溫室播種育苗裝備研 究的科研院所及大專院校建設(shè)中試基地 來對 最新科研成果進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn) 一方面是檢驗 科研成果的性能 二是通過批量化生產(chǎn)來促進(jìn) 技術(shù)成熟化 2 科研機構(gòu) 推廣部門和企業(yè)通過多種 形式組織播種育苗裝備的現(xiàn)場演示 通過生動有 趣的播種育苗演示代替落伍的展銷會視頻宣傳 對市民進(jìn)行科普 擴(kuò)大智能裝備的宣傳效果 增 進(jìn)產(chǎn)品的社會影響力 提高科研成果的社會效益 提高科學(xué)研究的科普價值 3 在戰(zhàn)略高度認(rèn)識溫室播種育苗裝備的 價值 認(rèn)清 機器換人 的必然性 促使全社會 高度重視溫室播種育苗裝備 吸引社會資本投資 來開展相關(guān)研究 提高該領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)價值 項目支持 北京市果類蔬菜創(chuàng)新團(tuán)隊崗位專家項目