董曉清，高 飛

（云南省煙草公司保山市公司騰沖分公司，云南 保山 679100）

煙草生產(chǎn)是煙草業(yè)的支柱，隨著勞動力成本上升，煙農(nóng)老齡化加速，煙葉生長效率相對下降，我國即將面臨“誰來種煙”的問題。國家煙草行業(yè)權(quán)威部門全力推動煙草生產(chǎn)從傳統(tǒng)種植向現(xiàn)代種植轉(zhuǎn)變，形成了“責任煙草”和“綠色煙草”的理念。分析機械化種植模型和基本結(jié)構(gòu)性問題，除了創(chuàng)新制度以外，還需要以自動化機械技術(shù)作為突破口，解決現(xiàn)有問題。隨著云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展和深入應(yīng)用，自動化機械技術(shù)與煙草生產(chǎn)不斷融合發(fā)展，體現(xiàn)煙草種植的綠色循環(huán)、高產(chǎn)出、高經(jīng)濟效益優(yōu)勢。

1 國內(nèi)煙草種植的研究概述

在我國農(nóng)業(yè)發(fā)展中，煙草移栽機最早出現(xiàn)在1980 年。在各高校和科研機構(gòu)的大力合作下，煙草移栽機為煙草種植業(yè)的發(fā)展提供了可靠保障。從實際應(yīng)用的角度來看，借助煙草移栽可以簡化煙草種植的步驟，提高煙草移植的成活率。但由于實際應(yīng)用與設(shè)計工作的不匹配，農(nóng)民在煙草移植過程中受到多重因素的干擾，導(dǎo)致機械推廣進度較慢[1]。近年來，我國社會經(jīng)濟發(fā)展迅速，農(nóng)民經(jīng)濟條件越來越好，由于國家高度重視農(nóng)業(yè)機械化，煙葉種植迎來了新發(fā)展機會。借助先進的機械化技術(shù)，使用不同類型的機械移栽設(shè)備，提高了煙草種植的現(xiàn)代化水平。

20 世紀末，新疆農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)機化研究所研制成功2ZT-2 型煙草種植機。在其運行過程中，可利用滾筒傳遞動力進行煙葉轉(zhuǎn)移工作，提高種植、轉(zhuǎn)移、改良的水平[2]。例如，在種植中，該機械設(shè)備的滾軸先向前移動，用開溝機打開種植溝，然后用抓苗器或人工幫助將幼苗放置在轉(zhuǎn)運區(qū)，水平輸送帶保證幼苗可以進入垂直帶。隨后，用種植盤將煙苗壓緊，放在敞開的種植溝中。在移栽過程中，實現(xiàn)了壓輪對覆土煙苗的壓實和整機自動化操作。該機械設(shè)備結(jié)合實際情況，還擁有不同的種植移栽方法，幫助相關(guān)人員積累種植經(jīng)驗。在2006 年，南京農(nóng)業(yè)大學等院系合作研發(fā)2ZQ 移栽機，可實現(xiàn)煙葉移栽種植自動化。與前一代自動化移栽機有所不同，改良機型可自動化完成挖土、澆水、栽植、施肥等。移栽煙草可提高成活率，優(yōu)化了煙草種植作業(yè)的效率，減輕了煙農(nóng)的工作量。2009 年重慶北卡羅來納農(nóng)業(yè)公司研制的半自動移栽機在現(xiàn)有基礎(chǔ)上優(yōu)化了自動補苗、扶苗流程[3]。

在種植的過程中，可將煙苗放在裝有軟質(zhì)傳送帶的傳送帶上，防止煙氣引入對秧苗的傷害，實現(xiàn)秧苗垂直種植，提高成活率、運行速度。借助半自動移苗，種植效率可達2 500 株/h 以上，落苗率控制在3%以下。在煙葉種植、移栽的過程中，不少農(nóng)戶為了提高自動化水平，不斷改進各種煙葉插秧設(shè)備，將實踐與理論相結(jié)合，為煙葉插秧機的研制引入新思路。先進的設(shè)施設(shè)備優(yōu)化了作業(yè)流程，簡化了種植模式。在設(shè)備工作時，不僅能調(diào)整除煙深度，還能自動覆蓋土壤，減少塑料薄膜的損壞[4]。

2 AGV 小車在煙草行業(yè)的自動化應(yīng)用

種植煙草可應(yīng)用“AGV 小車+機械臂”有效實現(xiàn)自動化。例如，在種植過程中，煙草種植工作主要是使用一套精密控制的機械臂和另一套運輸機器將煙草放入種植箱中。劃分好地塊后，將幼苗置于種植盒內(nèi)，放在葉苗培養(yǎng)架上。AGV 小車負責將種植架運送至溫室種植區(qū)，待煙葉成熟后，AGV 小車將煙草種植箱運回采摘區(qū)。在煙草加工的過程中，與AGV 小車一起，將采摘的煙草運送到高溫烘烤車間進行烘烤。燃燒煙葉后，去除多余雜物，送到脫粒干燥廠，脫粒干燥后分離包裝。在煙絲生產(chǎn)中，通過“AGV 小車+升降機”，煙葉通過流水線進入制絲車間，分別存放煙葉和煙條。AGV 小車將物料輸送到提升機，倒入壓碎的煙草中并混合制成煙草添加劑。由于葉梗等各種添加劑的比例、溫度和濕度的差異會極大地影響卷煙的口感和風味，因此AGV 小車必須在生產(chǎn)線和料倉之間不斷地運送物料，以區(qū)分這些差異。

在煙草包裝方面，AGV 小車將卷煙紙、煙盒運送到卷煙車間，自動流水線將卷好的卷煙卷成條。裝煙設(shè)備可應(yīng)用“機械臂+AGV 小車”，包裝好的香煙通過流水線輸送到裝煙機械臂。在AGV 小車及智能倉儲系統(tǒng)中，AGV 小車將貨物運送到倉庫存儲臺存放貨物，中央系統(tǒng)智能劃分存儲區(qū)域，收集和存儲數(shù)據(jù)，控制AGV 小車的周轉(zhuǎn)作業(yè)。

由此可以看出，目前煙草行業(yè)使用的AGV 小車主要集中應(yīng)用在煙草添加劑配送過程中，其余工作需要外圍機械臂或其他自動化設(shè)備。隨著AGV 小車不斷完善，煙草行業(yè)的AGV 小車會做更多的工作，給煙草行業(yè)帶來更多的收益。

3 煙草移栽自動化工作標準以及設(shè)備

3.1 煙草移栽自動化工作標準

煙草移栽機可栽植煙草，該機配套35 馬力以上的拖拉機，具有定點定量精準施肥、肥土均勻攪拌、秧苗栽植、定量定穴澆水等作業(yè)功能。煙草移栽機主要工作原理是應(yīng)用雙曲軸旋轉(zhuǎn)工作，通過曲軸的旋轉(zhuǎn)，帶動鴨嘴運動，鴨嘴與拖拉機的前進運動相復(fù)合，實現(xiàn)了鴨嘴的垂直起落，保證了秧苗的垂直栽植。施肥、土肥攪拌、移栽裝置和澆水同步進行，保證了施肥、攪拌、栽植、施水同穴同位。更換栽植傳動機構(gòu)鏈輪，株距可調(diào)。穴肥攪拌器，可使株穴內(nèi)肥土均勻、避免燒苗。秧苗投放采用橫向投苗裝置，保證有足夠時間投放秧苗，有效減少了移栽漏苗率，提高了移栽效率。施水裝置通過電器感應(yīng)元件有效實現(xiàn)了定點定量施水，極大提升了秧苗成活率。

煙草移栽自動化設(shè)備設(shè)計標準如下，結(jié)構(gòu)為懸掛式，外形尺寸長×寬×高=2520mm×1600mm×1 550 mm，機器質(zhì)量530 kg，配套動力≥25.7 kW，前輪距850～1 110 mm、后輪距為930～1 250 mm，軸距為1 390～1 420 mm，輪胎型號前/后6～12 mm/中320橡膠輪。栽植機構(gòu)型式為鴨嘴吊杯式，工作行數(shù)1 行，作業(yè)速度0.9～1.5 km/h，株距500 mm，深度50～120 mm，作業(yè)人數(shù)（含拖拉機手）2 個。

3.2 煙草移栽自動化工作設(shè)備

3.2.1 夾式播種機

夾式播種機主要由鏈條帶動煙苗運輸，將其置于苗槽內(nèi)，然后利用控制結(jié)構(gòu)打開夾鉗，使煙苗落入苗槽內(nèi)，覆蓋地被。該自動化設(shè)備結(jié)構(gòu)相對簡單，生產(chǎn)成本低，可有效控制相鄰煙苗的移栽距離和移栽深度。

3.2.2 柔性圓盤播種機

在軟盤播種機中，重要部分是軟盤育苗，主要是用兩個圓盤控制煙苗，然后做自動移栽工作。這類設(shè)備的生產(chǎn)成本低，但圓盤是塑料制成的，因此容易磨損，縮短其使用壽命。在后續(xù)要針對此改進結(jié)構(gòu)，延長圓盤使用壽命。此外，使用該設(shè)備時，應(yīng)解決幼苗徑流問題。

3.2.3 種苗管狀播種機

使用導(dǎo)苗管時，必須將秧苗放在傳送帶上，運到導(dǎo)苗管上。借助重力，煙苗可沿渠道放置在苗溝中。其優(yōu)點是可以合理調(diào)整煙苗的種植距離，降低種植落苗的概率，在小規(guī)?；虼笠?guī)模煙葉移栽過程中取得良好的效果。

4 煙草移栽自動化應(yīng)用分析——以育苗系統(tǒng)為例

4.1 分析自動化多區(qū)域育苗試驗

4.1.1 植物生長熒光燈應(yīng)用研究

在分析各種人造光源后，選擇光效高、光譜連續(xù)、價格合理、安裝維修方便的植物生長熒光燈。燈管28W，功耗較高，體積小，安裝更換方便。研究了在育苗裝置中不同密度植物生長熒光燈的放置情況后，得出結(jié)論，在全自動三維育苗系統(tǒng)中，熒光燈之間的距離為8 cm，安裝39 盞。在每一層苗木中，既能滿足相關(guān)需求，又能滿足必要的照明；既能保證壯苗的種植，又能減少裝燈數(shù)量，節(jié)約能源，降低成本。

4.1.2 二氧化碳補充技術(shù)研究

通過研究不同CO2濃度對煙苗生長發(fā)育的影響，建立煙苗不同生長期CO2濃度梯度處理，確定現(xiàn)有的最佳煙苗。獲得自動化的三維幼苗生長過程，CO2濃度在子葉期每立方米的空氣中含有380 mL，在小交叉期每立方米的空氣中含有600 mL，在大交叉期每立方米的空氣中含有800 mL。

4.1.3 通風控溫技術(shù)研究

研究控溫技術(shù)可采用循環(huán)控溫、濕簾控溫、空調(diào)控溫等方式，對比分析環(huán)境溫度及詳細測試結(jié)果。自動栽培系統(tǒng)采用循環(huán)溫控技術(shù)養(yǎng)護種子，溫控是首選方式，空調(diào)溫控是附加溫控方式，兩者結(jié)合是最佳系統(tǒng)溫控方式。

4.1.4 多層苗木生長架設(shè)計及多組苗繁育研究

多層苗木生長架結(jié)構(gòu)分為發(fā)芽層和苗木生長層，并根據(jù)營養(yǎng)液托盤的液位，確定高度，最終搭建出性價比高、能有效育苗的多層育苗架。設(shè)計合理的幾組苗木效果對比研究，種植階段可達到2～4倍，苗木設(shè)備可回收利用，降低苗木使用效率和苗木成本。

4.1.5 煙葉自動育苗控制系統(tǒng)及配套技術(shù)的應(yīng)用研究

系統(tǒng)搭建后，人工將煙苗分為5 個階段，分別是發(fā)芽期、育苗期、子葉期、小交期、大交期。通過數(shù)據(jù)值，確定合適的環(huán)境控制因子，運行和控制自動控制系統(tǒng)，為煙苗生長的各個階段創(chuàng)造最佳環(huán)境，確保環(huán)境控制條件與栽培條件相匹配，達到縮短煙苗生長期的目的。對于發(fā)芽時間，種植壯苗的目標等需要自動靜置育苗系統(tǒng)煙苗田間比對試驗，移栽后幼苗生長迅速，田間生長整齊均勻，有效葉數(shù)高。經(jīng)過上述研究，最終形成了煙草自動育苗系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范。

4.2 試驗數(shù)據(jù)分析

植物生長需要適宜的光、溫、水、氣條件，而較好的氣候條件是確保育苗素質(zhì)的關(guān)鍵因素，提供有利的光、溫、氣條件更能培育壯苗。通過選用植物生長熒光燈作為人工光源，對單位面積光源密度（燈的間距）、光源與育苗盤間的距離等進行試驗比較，對育苗系統(tǒng)達到最佳溫度采用不同的通風控溫方式的研究和環(huán)境溫度的對比分析，尋求到最佳的通風控溫模式，結(jié)合常規(guī)育苗的環(huán)境因子，研究煙苗小十字期至4 葉1 心期階段C02濃度對其生長的影響。通過以上研究從而設(shè)計出人工環(huán)境下煙苗所需的光、溫、水、氣條件，營造較適宜的環(huán)境，保證煙苗正常健康生長。在本試驗中研究光源的選擇與對比，當燈間間距合理能達到18 000 Lx 的最大光照強度，且與最低光照強度之間差異不大，在人工光源的條件下能較好地滿足煙苗的光照需求，并且燈間距為8 cm 能夠有較好的經(jīng)濟適用價值，得出壯苗指數(shù)為0.8 的較高處理組合。在調(diào)控溫度方面，通過對比多種調(diào)控方式，能利用自然條件下的溫差來達到溫度調(diào)控的目的，且能夠利用多種調(diào)控方式的組合達到最經(jīng)濟的育苗成本輸出，為整個育苗系統(tǒng)的運行創(chuàng)造了較好的條件。研究各個育苗時期C02補充濃度，在較高CO2補充濃度條件下煙苗有較好的素質(zhì)，節(jié)約成本，各個育苗時期研究對比出了較適宜的C02補充濃度。通過育苗參數(shù)的對比研究，得出了在育苗系統(tǒng)中最適宜的光、溫、氣條件，能有較好的育苗素質(zhì)，且能滿足育苗需求。

5 煙草移栽自動化應(yīng)用成果

從移栽機對植苗效果的影響來看，在移栽煙葉時，移栽效果會受到移栽機本身的開口水平、垂直度和開口時間的影響。在轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤時，轉(zhuǎn)運應(yīng)保持垂直位置，以減少外界因素的影響，避免移位，提高煙苗轉(zhuǎn)運質(zhì)量。移栽苗木的效果與開放程度成正比，與覆蓋地被的效果成反比，增加開度可以改善掉芽問題。關(guān)于開放時間，需要有一個合理的認識，以免過早的開放時間對煙苗造成傷害，影響煙草移栽質(zhì)量。插秧機深入土壤會直接影響插秧的效果，地勢越低，坑的直徑越小，覆土速度會加快。在移栽煙苗時，如遇到較淺區(qū)域，需要手動調(diào)整入土深度，調(diào)整到200～240 mm，以保證育苗效果。分析使用煙草移栽機械移植的效果，在許多實踐中已經(jīng)證明，應(yīng)用煙草植物移植自動化技術(shù)遠高于人工移植速度。在機械移栽過程中，煙苗的變異系數(shù)可控制在0.4%以內(nèi)，與人工移栽23.5%的變異系數(shù)相比有明顯提升。

6 煙草移栽自動化發(fā)展趨勢

目前在煙草移栽機械的生產(chǎn)過程中，由于各環(huán)節(jié)銜接程度低，移栽自動化、育苗等系統(tǒng)的設(shè)計相互分離。尤其是在煙草插秧設(shè)備發(fā)展階段，還沒有足夠的規(guī)范標準，更多是基于國外設(shè)備而不是結(jié)合自身的實際情況，影響了煙草插秧設(shè)備的國產(chǎn)化。同時，煙草移栽機械設(shè)備利用率低，機器本身功能比較簡單，但結(jié)構(gòu)卻相對復(fù)雜，容易出現(xiàn)故障，增加了機器的維護成本。考慮到這個問題，煙草自動裝填的發(fā)展趨勢應(yīng)該立足于現(xiàn)實。在推進煙草移栽自動化技術(shù)應(yīng)用方面，要調(diào)動科研隊伍，加強生產(chǎn)、移栽育苗協(xié)同，建立具有中國特色的煙草移栽設(shè)備研發(fā)機制。結(jié)合實際情況，實施自動化，提高工作效率。夾鉗式移栽機價格便宜，目前應(yīng)用廣泛，但其本身的工作效率較低，而且傷害煙苗的概率較高。在未來的研發(fā)過程中，應(yīng)將苗管播種機作為主要研發(fā)方向，推動技術(shù)創(chuàng)新。在煙草自動種植移栽技術(shù)的發(fā)展過程中，既要積極借鑒國外先進經(jīng)驗，又要結(jié)合我國國情，自主創(chuàng)新，研制出符合當?shù)靥厣臒煵莘N植移栽設(shè)備。我國煙草作物主要分布在丘陵地區(qū)，這就要求設(shè)備的研發(fā)要考慮到丘陵地區(qū)的實際情況，加強研發(fā)自走式微移植機等設(shè)備，通過機械設(shè)備精準完成施肥，解決煙草種植和移栽過程中的操作問題，提高整體自動化水平。

7 結(jié)束語

隨著科學技術(shù)的進步，應(yīng)用各種新技術(shù)提高了煙草生產(chǎn)效率和生產(chǎn)力。在煙葉種植期和移栽期，引進自動移栽可以保證煙葉大規(guī)模移栽，提高煙苗成活率，增加煙葉種植經(jīng)濟效益。