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中国科学报:蔬菜移栽机破解种植难题

发布时间:2021-04-20|浏览次数:

近日,在第十一届江苏国际农业机械展览会上,江苏大学农业工程学院教授胡建平团队自主研发的手扶自走式全自动蔬菜移栽机首次亮相。这台实现“苗盘输送、取苗、投苗、栽植、覆土、压实、苗盘回收”全过程自动化的移栽机吸引了众多观展者驻足。

“与拖拉机、联合收获机等大类产品相比,移栽机不在一个层面,但是对于细分领域来说,却是一片汪洋‘蓝海’。”胡建平告诉《中国科学报》。

市场需求巨大

我国是当今世界上最大的蔬菜生产国和消费国,但国内蔬菜种植机械化水平低于30%,与粮食作物不可同日而语。

国外全自动移栽机技术先进、性能可靠,但是价格非常昂贵,是半自动移栽机的5倍以上,超出了国内大多数农机用户的购买能力。

而且,国内蔬菜品种繁多,特别是长三角地区,如鸡毛菜、米苋菜、茼蒿、草头等,国外鲜少听闻,个性化、差异化、小批量、区域化等特性使国外先进的移栽农机在国内常常“进来又出去”,出现明显的“水土不服”。

“目前国内大多应用半自动移栽机,由于每台需要两名取投苗手和一名机器操作手,仍不能较大程度解放人力劳动。”胡建平表示,同比人工栽插的每小时1200至1800株,半自动移栽机栽植效率每小时约3000株,但高昂的人力成本,使其机械化收益并不突出。

因此,胡建平认为,实现穴盘苗的自动化取投是推动半自动移栽机械向全自动化方向发展的重要环节。

研发与应用两手抓

实际上,团队研发的这台穴盘苗蔬菜移栽机临展前已在上海农业科学院庄行综合实验基地进行了4天的试验验证。

在基地大棚里,看着移栽机走过的垄面上留下一列列整齐的辣椒苗,胡建平感叹,“从2011年研发至今,几经优化,真切感受到从科研到产业、从技术到产品这中间很不容易,甚至有巨大的鸿沟。”

2019年,江苏省农业机械试验鉴定站的检验报告显示,第一代蔬菜穴盘苗自动移栽机栽植效率为单行每分钟61株,株距变异系数为2%,栽植合格率达93%,已经高于国家相关标准要求。

然而,当时苗盘输送的定位精确度还不够,出现苗取不出或抓不到的问题。团队通过电机驱动将苗盘送到指定位置,利用光电传感器感知苗盘是否到位,结构简单、稳定可靠。“现下取苗爪插、夹、拔、移……一套动作均在毫秒间完成。”胡建平说。

针对整排迎面取苗出现的带苗现象,团队继续进行技术攻关,在国内最先研发使用气缸驱动四针取苗机构,完成夹取钵苗和释放钵苗,改整排取苗为间隔取苗、旋转分苗为固定分苗,提高取投苗精准度的同时大大减少夹带苗和对苗的损伤。

除了可靠的给苗部件和取苗部件是实现全自动移栽的关键外,栽植深度也是衡量移栽机栽植性能的重要指标之一。

团队首创电动栽植器,通过传感器感知实现了株距任意调节。“机手只需在操作屏幕上输入相关数字,就可以实现栽插深度的调节,适应不同高度的垄面。”胡建平介绍。

田间试验、数据分析、仿真计算、再试验与分析……目前,通过与润禾(镇江)农业装备有限公司合作,第二代样机终于研制成功。胡建平说,该台移栽机作业效率可达每小时6000~7200株,较半自动移栽机高逾2倍,达到国际先进水平。

打通实验室到田间地头“最后一公里”

科研成果真正应用到农业生产第一线,才能达到服务的目的。

“去年购置过一台胡教授团队研发的全自动蔬菜移栽机。听说如今做了升级优化,便想再来一探究竟。”庄行综合实验基地从事农艺研究的副研究员张兆辉一直想再购置一台可靠性更高的移栽机用于自己的科研。

农机农艺融合不足是蔬菜机械化发展的瓶颈,这已是行业共识,移栽领域也不例外。

现有美国、日本等国家的先进全自动移栽机多采用专用穴盘,这也是国外先进移栽机在国内难以推广的重要因素之一。

“这台移栽机采用双排并列取苗抓插入穴盘取苗,适用于现有市场上普遍使用的72孔、128孔标准硬塑穴盘,适应性明显更强。”张兆辉说,该台移栽机适应常见的茄果类、瓜类、甘蓝类等穴苗盘,且苗盘只需一人直接摆放到苗盘输送台上,操作十分方便,正是他想要的“傻瓜式”自动移栽机。

观摩完移栽机的作业过程,基地中的农机手谢文平也提出了自己的需求。“苗太大时,容易出现堵苗现象,可以将导苗筒的结构再改进,做成更明显的‘喇叭口’。”谢文平的建议,胡建平立时接受,还表示考虑再叠加气吹装置,解决堵苗问题。

鉴于研发技术已经成熟,胡建平也开始忙于该成果的产业转化工作。“这台最新全自动移栽机即将参加农机推广鉴定。为未来申请农机购置补贴做准备。”

文章来源:《中国科学报》2021年4月20日3版

文章链接:http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2021/4/362070.shtm