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温室园艺 2020 04 49 农业工程技术 温室园艺 国内外温室播种育苗装备研究 存在问题及建议 DOI 10 16815 ki 11 5436 s 2020 10 007 背景 温室播种育苗装备是面向温室内集中化 规 模化的特定操作环境的农业装备 采用流水线播 种和水肥控制的方法 基于模块化组装技术 实 现播种 灌水和施肥等功能的组合 达到一体化 作业的目标 随着农业信息化的快速发展 国内外温室播 种育苗装备的研究朝着智能化 自动化和轻简化 的方向发展 通过精准化 变量化和工业化手段 研究成果得以规模化生产 成本大幅度下降 为 温室种植产业的规模化生产提供了科技支撑 这 些装备的规模化应用将实现温室产业与智能装备 产业的深度融合 国外温室播种育苗装备研究 现代温室的工业化播种育苗装备先在国外发 展起来 欧洲的温室播种育苗装备是从 20 世纪 70 年代开始逐步发展起来的一项农业系统技术 与传统种植以及育苗方式相比 温室机械化播种 以及育苗管理更有优势 因为其播种和育苗场地 集中 采用规模化和标准化的方式 可以保护幼 苗的根系 提高成活率及出苗整齐度 温室育苗 技术使用统一标准的穴盘 对于机械播种而言就 有了标准的载体 机械播种具有播种精准 工作 效率高 节约成本等优点 欧美国家设施播种育苗装备产业发展比较早 研制的机型较多 功能较完善 自动化程度较高 配套设备齐全 例如英国的 Hamilton 美国的 Blackmore Gromore 澳大利亚的 Williams 荷 兰的 Visser 韩国的 Helper 等公司的产品比较知 名 图 1 3 国外育苗精量播种机按照播种方 式的不同 可分为针 管 式播种机 板式播种机 滚筒式播种机 中国温室播种育苗装备研究 中国从 20 世纪 80 年代中期才开始从欧洲引 进现代设施育苗技术及装备 经过引进 消化 吸收和再创新 在温室播种育苗装备研究和产业 化方面逐步形成特色的发展道路 经过多年的快 图 3 英国滚筒式播种机 图 1 英国手持管式播种机 图 2 荷兰针式精量播种机 温室园艺 2020 04 50 温室装备 Greenhouse Equipment 速发展 在技术创新和产品开发方面取得显著的 进步 但总体水平还是不高 装备发展的深度不 够 速度比较缓慢 农业农村部和科技部先后将 穴盘育苗技术研究列为重点科研项目 温室育苗 播种装置也成为了主攻对象 目前 国内的科研 单位也研制出了一些育苗播种机的成品 但不能 得到很好的推广应用 拥有生产成套育苗播种装 置的企业也有很多 但总体上市场占有率偏低 常见的播种机较多 中国工业工程研究设计院和 中国农业大学等单位联合研制成功的 2XB 400 型穴盘育苗精量播种机 广西农机化研究所研制 的 2Z BQ 300 型双层滚筒气吸播种机 胖龙 邯 郸 温室工程有限公司研制的 BZ30 穴盘精量播 种机 浙江台州生产的 YM 0911 蔬菜花卉育苗 气吸式精量播种流水线 北京农业智能装备技术 研究中心研制的 2 款精准播种设备 播种漏播率 小于 3 在北京市京郊大兴区长子营等育苗合 作社进行了规模化应用 这些机型符合中国温室 生产的实际需求 代表了国内该领域的研究与生 产水平 中国的温室播种育苗装备取得了一定的成果 但是在今后的发展道路上还是有很多问题需要解 决 和国外相比 播种育苗装备利用率 设备稳 定性 农机农艺结合等方面还存在一定的差距 温室播种育苗装备关键技术 近年来 温室播种育苗装备的研究逐渐成为 热门领域 国际上知名的温室系统公司纷纷和科 研机构合作 对该领域的关键技术进行深入研究 和突破 主要原因有两个 一是市场不断成熟 大型的种植企业不断增加 新的资本介入后对现 代化的装备需求增加 促生了传统装备改型换代 二是随着农业信息化技术的快速发展 温室精准 播种育苗装备所需的关键技术不断突破 核心传 感器的价格不断下降 这些都促进了技术和产业 的二次结合 促进了该领域的蓬勃发展 就精准播种而言 吸种的精度直接决定漏播 率 是温室精准播种的关键参数 吸种要解决种 子振动和种子堵塞这 2 个核心难题 种子振动是 将种子放在种盘上 利用偏振器将种盘按照一定 的频率振动 种子就会被振动到空中 便于针头 能在空中吸住种子 实现 1 个针头 1 次只吸住 1 颗种子 种子堵塞的消除是依靠空气阀的切换 将针头的吸种负压力切换为吹起的正压力 将堵 塞针头的破碎种子或杂物吹走 精准吸种技术就 是围绕振动和气阀切换来研究作业参数对种子播 种精度的影响 国外的精准吸种技术优势在于种子振动所需 的振动器性能稳定 单位时间内的振动能量变异 系数很低 振动器长时间工作后种盘的振动幅度 和振动频率均匀一致 在播种装备作业时 种子 在振动作用下 弹跳的高度一致 针头能比较容 易地捕捉到单颗种子 漏播率较低 国内的精准吸种技术优势在于控制系统的控 制方法灵活 能灵活控制气压阀将多余的种子吹 走 每个针头上吸附一颗种子 降低重播率 重 播是指一个孔里放了 2 个或 2 个以上的种子 这 会浪费昂贵的种子 国内的振动器长时间工作后 发热和振幅不均匀的问题还需要探索 穴盘打孔就是利用圆柱形外形的机构在铺满 土的穴盘正中压出来一个一定深度的孔 将种子 放入孔中间 这里面的问题是打孔深度和打孔位 置 穴盘精准打孔技术是利用精准控制确保打孔 深度和打孔位置一致和均匀 打孔深度不均匀 会导致出苗后高度不整齐 打孔位置偏离 会导 致出苗后大小不整齐 国外的穴盘精准打孔技术通过对穴盘的精准 定位和输送带的精准暂停来确保孔打在每个穴孔 的中心位置 基于红外传感器探测和气动元器件 快速响应等手段 对位置误差的消除有一整套完 整的技术方案 中国的穴盘精准打孔技术借鉴了国外的技术 手段 又根据国内实际需求现状 对功能进行了 创新 适合中国的国情 国内的技术创新集中在 输送带驱动电机的响应速度和稳定性 气缸的稳 定性等环节上 温室园艺 2020 04 51 农业工程技术 温室园艺 肥水喷淋是指在完成播种和盖土后 穴盘 被均匀地喷淋一定量的营养液作为种子的底肥 这里面的问题是喷淋均匀性和喷量 肥水精准 喷淋技术就是通过压力阀调控 电磁阀开闭 PWM 脉宽调制和 PID 流量调控等手段 让每个 种子获得均匀的营养液 把好播种作业的最后一 道关 国外肥水精准喷淋技术原理简单可靠 技术 手段单一 确保水流均匀即可 这方面符合大规 模生产减少成本的要求 中国的肥水精准喷淋技 术采用了少量多次 扇形喷嘴 定量喷淋 在线 监控等多种技术手段 对营养液的精准调控技术 领先国外 北京市农林科学院等单位已实现水肥 药一次喷淋 并在京郊进行推广应用 水肥药精 准控制误差小于 3 5 物联网管控是指利用多种传感器对温室种植 育苗装备的作业效率 工作状态 工作时段 穴 盘统计 设备故障 漏播统计 溶液余量 电机 温度等作业参数在线监控 并将作业参数通过网 络传送给作业人员手机 利用手机软件对播种数 据进行分析 根据分析结果结合数学决策模型对 参数进行动态调整及自动化管控 增加自学习功 能 不断优化控制参数 提高装备自动控制系统 的鲁棒性 这里面的问题是传感器筛选和网络维 护 传感器筛选要在成本能接受的前提下 充分 选择稳定性高的传感器 对传感器的接口进行精 准地定义 确保数据传输和地址的设定不会受干 扰 网络维护要考虑稳定性和经济性 国外播种育苗设备的物联网管控技术尚处于 起步 中国播种育苗设备的物联网管控技术不断 创新 基于 Web 的移动端管控技术已成熟应用于 温室播种装备中 处于全球领跑的地位 面临问题及相关建议 温室播种育苗装备快速发展的同时 在利用 率 农机农艺结合 设备稳定性等方面还需要进 一步探索 利用率方面主要是社会化服务的规模 和辐射面还太小 需要农业补贴政策加以引导 农机农艺结合方面存在的问题较突出 此方面研 究及推广人员大多是栽培 温室结构设计 经济 管理等背景 无法对装备设计进行整体把控 具 有农科院校的机械设计及自动化知识背景的专业 人员弥足珍贵 人才的脱节是农机农艺融合问题 的本质 设备稳定性是最大的难题 重点进行分 析 主要面临的问题包括传感器抗干扰性能低 气动元件响应速度慢和振动器稳定性较低等问 题 温室播种育苗装备系统存在误差较大 系统 不稳定等特点 针对以上问题建议采取以下几种对策 一是 利用系统工程 消除各个传感器和气动元件精度 和稳定性的问题 发挥系统优势来提高播种育苗 装备的整体性能 二是通过批量生产提高传感器 等关键部件的性能 同时降低传感器的成本 三 是培养一流的操作人才 定期对播种育苗装备进 行校准 提高系统整体精度 具体如下 1 国家应鼓励从事温室播种育苗装备研 究的科研院所及大专院校建设中试基地 来对 最新科研成果进行规模化生产 一方面是检验 科研成果的性能 二是通过批量化生产来促进 技术成熟化 2 科研机构 推广部门和企业通过多种 形式组织播种育苗装备的现场演示 通过生动有 趣的播种育苗演示代替落伍的展销会视频宣传 对市民进行科普 扩大智能装备的宣传效果 增 进产品的社会影响力 提高科研成果的社会效益 提高科学研究的科普价值 3 在战略高度认识温室播种育苗装备的 价值 认清 机器换人 的必然性 促使全社会 高度重视温室播种育苗装备 吸引社会资本投资 来开展相关研究 提高该领域的产业价值 项目支持 北京市果类蔬菜创新团队岗位专家项目
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