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農機小“藍海”市場需求大雙行全自動蔬菜移栽機助力培育自動化

2021-06-10 10:22:35 來源：科技日報

春暖農事忙，選擇育苗移栽還是直播？

“兩種栽培技術各有優缺點，但從蔬菜的產量、品質和國家愈加重視的糧食安全角度來講，育苗移栽具有直播難以比擬的優越性。”研究穴苗盤自動移栽機已經10年的胡建平坦言，自動移栽機多年來一直是眾多科研機構和生產部門關注的熱點，但掣肘于結構復雜、控制精度要求嚴格、機械化效益不夠突出等因素，至今仍處于研究和試驗階段，還未見大面積推廣。

不過，近日江蘇大學農業工程學院胡建平教授團隊研發的雙行全自動蔬菜移栽機的研發轉化有了新進展。

農機小“藍海”市場需求巨大

“續航能力如何？工作效率怎么樣？”“單行還是多行？”“人工取苗還是機械取苗？”在江蘇南京舉辦的第十一屆江蘇國際農業機械展覽會上，胡建平教授團隊自主研發的手扶自走式全自動蔬菜移栽機進行了首秀。這臺完全實現“苗盤輸送、取苗、投苗、栽植、覆土、壓實、苗盤回收”全過程自動化的移栽機吸引了眾多觀展者駐足。

展會上來自12個國家和地區的300多家農機企業的各種高端農機產品同臺競技，但全自動移栽機卻不多。“與拖拉機、聯合收獲機等大類產品相比，移栽機屬于細分產品，但是對于細分領域來說，卻是一片汪洋‘藍海’。”胡建平告訴記者，當前我國是世界上最大的蔬菜生產國和消費國，但國內蔬菜種植機械化水平低于30%，與糧食作物種植的機械化水平不可同日而語。

2008年，因參與江蘇省農機三項工程“棉花自動移栽機械研究”項目，胡建平與自動移栽機的研發結下了緣分。如今，作為江蘇大學耕種機械研究所所長，這項研究工作已經持續了10余年。

“攻克自動移栽技術難關，必須依靠自己的專家團隊，必須研制出適合國內地形土壤特點和蔬菜品種種植要求的機械。”胡建平說，國外全自動移栽機技術先進、性能可靠，但是價格非常昂貴，是半自動移栽機的5倍以上，超出了國內大多數農機用戶的購買能力。

同時，國內蔬菜品種繁多，特別是長三角地區，如雞毛菜、米莧、茼蒿、草頭等，國外鮮少聽聞，個性化、差異化、小批量、區域化等特性使國外先進的移栽農機在國內常常“進來又出去”，出現明顯的“水土不服”。

目前國內得到應用的大多為半自動移栽機，由于每臺需要兩名取投苗手和一名機器操作手，仍不能較高程度解放人力勞動。同時相比人工栽插的每小時1200至1800株，半自動移栽機栽植效率每小時約3000株，但高昂的人力成本，使其機械化收益并不突出。因此，胡建平認為，實現穴盤苗的自動化取投是推動半自動移栽機械向全自動化方向發展的重要環節。

研發與應用兩手抓兩手都要硬

實際上，團隊研發的這臺穴盤苗蔬菜移栽機臨展前在上海農業科學院莊行綜合實驗基地進行了4天的試驗驗證。

在基地大棚里，看著移栽機走過的壟面上留下一列列整齊的辣椒苗，胡建平感嘆：“從2011年研發乘坐式雙行蔬菜穴苗盤自動移栽機，到2017年第一代手扶自走式自動移栽機，再到2019年的第二代，幾經優化，我真切感受到從科研到產業、從技術到產品，這中間很不容易，甚至有巨大的鴻溝。”

2019年，江蘇省農業機械試驗鑒定站的檢驗報告顯示，第一代蔬菜穴盤苗自動移栽機栽植效率為單行每分鐘61株，株距變異系數為2%，栽植合格率達93%，已經高于國家相關標準要求。

“然而當時苗盤輸送的定位精確度還不夠，出現苗取不出或抓不到的問題。”胡建平說，團隊通過電機驅動將苗盤送到指定位置，利用光電傳感器感知苗盤是否到位，且結構簡單、穩定可靠。

“現下取苗爪插、夾、拔、移，最后附加推苗環的推苗動作，一套動作均在毫秒間完成。”胡建平說，針對整排迎面取苗出現的帶苗現象，團隊繼續進行技術攻關，在國內最先研發了使用氣缸驅動的四針取苗機構，完成夾取缽苗和釋放缽苗，改整排取苗為間隔取苗，旋轉分苗為固定分苗，提高取投苗精準度的同時大大減少夾帶苗和對苗的損傷。

除了可靠的給苗部件和取苗部件是實現全自動移栽的關鍵外，栽植深度也是衡量移栽機栽植性能的重要指標之一。

團隊首創電動栽植器，通過傳感器感知實現了株距任意調節。“機手只需在操作屏幕上輸入相關數字，就可以實現栽插深度的調節，適應不同高度的壟面。”胡建平說。

田間試驗、數據分析、仿真計算、再試驗與分析……現下，通過與潤禾（鎮江）農業裝備有限公司合作，第二代樣機終于研制成功。胡建平介紹說，該臺移栽機作業效率可達每小時6000—7200株，較半自動移栽機高2—3倍，達到國際先進水平。

近年來，圍繞自動移栽機胡建平團隊已獲授權發明專利30余件，發表論文40余篇。然而最讓胡建平驕傲的還是所有的創新技術都是團隊自主研發，這也成功帶領團隊與企業開展技術合作，邁出成果轉化第一步。

連接實驗室和地頭打通“最后一公里”

科研成果“落地開花”，研發成果真正應用到農業生產第一線，才能達到服務的目的。

“我去年購置過一臺胡教授團隊研發的全自動蔬菜移栽機。聽說如今做了升級優化，便想再來一探究竟。”上海莊行基地從事農藝研究的副研究員張兆輝一直與胡建平團隊保持密切聯系。他一直想再購置一臺可靠性更高的移栽機用于自己的科研，看到這款市面上少見的全自動移栽機，張兆輝似乎看到了希望。

農機農藝融合不足是蔬菜機械化發展的瓶頸，已成為行業共識，移栽領域也不例外。

現有美國、日本等國家的先進全自動移栽機多采用專用穴盤，這也是國外先進移栽機在國內難以推廣的重要因素之一。

“這臺移栽機采用雙排并列取苗抓插入穴盤取苗，適用于現有市場上普遍使用的72孔、128孔標準硬塑穴盤，適應性明顯更強。”張兆輝說，該臺移栽機適應常見的茄果類、瓜類、甘藍類等穴苗盤，且苗盤只需1人直接擺放到苗盤輸送臺上，操作十分方便，是他想要的“傻瓜式”自動移栽機。

觀摩完移栽機的作業過程，基地中的農機手謝文平也提出了自己的需求。“苗太大時，容易出現堵苗現象，可以將導苗筒的結構再改進下，做成更明顯的‘喇叭口’會更好。”胡建平馬上接受了謝文平的建議，還表示會考慮再疊加氣吹裝置，解決堵苗問題。

鑒于技術已經成熟，胡建平也開始忙于該成果的產業轉化工作，“4月份，這臺最新全自動移栽機參加了農機推廣鑒定，為未來申請農機購置補貼做準備”。