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，達到一體化作業(yè)的目標。

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，通過精準化、變量化和工業(yè)化手段，研究成果得以規(guī)模化生產(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)模化應(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)?；蜆藴驶姆绞剑梢员Ｗo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)一標準的穴盤，對于機械播種而言就有了標準的載體。機械播種具有播種精準、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80年代中期才開始從歐洲引進現(xiàn)代設(shè)施育苗技術(shù)及裝備。經(jīng)過引進、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行了規(guī)模化應(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。這些都促進了技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的二次結(jié)合，促進了該領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展。

精準吸種技術(shù)

就精準播種而言，吸種的精度直接決定漏播率，是溫室精準播種的關(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。

穴盤精準打孔技術(shù)

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。穴盤精準打孔技術(shù)是利用精準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。

國外的穴盤精準打孔技術(shù)通過對穴盤的精準定位和輸送帶的精準暫停來確?？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。

肥水精準噴淋技術(shù)

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，并在京郊進行推廣應(yīng)用，水肥藥精準控制誤差小于3.5%。

物聯(lián)網(wǎng)管控技術(shù)

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。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，對傳感器的接口進行精準地定義，確保數(shù)據(jù)傳輸和地址的設(shè)定不會受干擾。網(wǎng)絡(luò)維護要考慮穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。

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

面臨的問題

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)濟管理等背景，無法對裝備設(shè)計進行整體把控，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。

相關(guān)建議

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行校準，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，對市民進行科普，擴大智能裝備的宣傳效果，增進產(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)略高度認識溫室播種育苗裝備的價值，認清“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)新團隊崗位專家項目。

[引用信息]馬偉.國內(nèi)外溫室播種育苗裝備研究存在問題及建議[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2020，40（10）：49-51.