引言

我國目前超過 2/3 的蔬菜栽培采用育苗移栽的方式，工廠化育苗的方式主要有穴盤育苗、容器育苗及水培育苗等，且以穴盤育苗為主［1 － 4］。

穴盤播種是育苗的關鍵環節之一。傳統的穴盤播種以人工點播為主，存在勞動強度大、播種效率低、播種周期長及播種成本高等問題［5］，并且難以保證播種性能，嚴重制約蔬菜的規?；a和時令性要求。

穴盤育苗播種機可以減輕人工點播的勞動強度、提高播種效率、降低人力資源成本、節省大量種子［6］，且可為蔬菜的移栽生產及提高產品質量打下良好的基礎。

筆者調研了近年來國內外穴盤育苗精密播種機的發展狀況及特點，分析了現有穴盤育苗精密播種機存在的問題，旨在為精密播種機的設計開發與應用提供科學依據與方法。

1 國外穴盤育苗精密播種機研究現狀

國外穴盤育苗精密播種技術發展迅速，穴盤育苗精密播種機已經非常成熟，產品覆蓋面廣，并且朝著精準化、自動化和智能化的方向發展。目前，國外穴盤育苗精密播種機主要有英國的 Hamilton、意大利的MOSA、美 國 的 Blackmore 和 SEEDEＲMAN、澳 大 利亞的 Williames［7］、荷蘭的 VISSEＲ、韓國的大東機電等［8 － 9］。它們的特點如下:

1\\) 產品成熟，系列全面。精密播種設備從小型到大型，再到播種生產線，不僅能滿足小型農戶播種的需求，而且能滿足大規模蔬菜播種的需求。針對不同的用戶，開發不同結構形式的穴盤育苗精密播種機，既有半自動穴盤育苗播種機，也有全自動穴盤育苗播種機。

2\\) 作業效率高。目前，國外穴盤育苗精密播種機的播種效率普遍大于 300 盤/h，一些穴盤育苗播種機的播種效率甚至超過 1 000 盤/h。美國 SEEDEＲMAN公司生產的 GS 系列穴盤育苗精密播種機和英國Hamilton 公司生產的 Natural 系列精密播種機使用單排針式排種結構，播種效率為 300 盤/h; 荷蘭 VISSEＲ開發出的 GＲANETTE 2000 雙排針式全自動穴盤育苗精密播種機作業效率能達到 700 盤/h; 美國 Blackmore公司的 Cylinder 滾筒式穴盤育苗精密播種機作業效率為 1 200 盤/h; 意大利 MOSA 的 M － DSL1200 滾筒式和 M － SDS600/1 200 電子流滾筒式穴盤育苗精密播種機的效率為 1 200 盤/h。

3\\) 智能化程度高。半自動和全自動穴盤育苗精密播種機融合氣動技術和電控技術，通過精準的氣壓和電氣控制，實現穴盤精密播種自動化和智能化。

4\\) 發展多功能適應性精密播種機。在實現穴盤育苗精密播種機播種效率和精度提高的同時，對于穴盤育苗精密播種機多功能適應性的探索性工作也一直在進行中。

如圖 1 所示，荷蘭 VISSEＲ 公司生產的 Eco － rou-line 滾筒式穴盤育苗精密播種機的滾筒為兩用滾筒。

該滾筒設置有 12 行吸嘴，可以實現滾筒的兩種用途:一是 12 個吸嘴是同樣規格的吸嘴尺寸和吸嘴間距，這種方式下每一種穴盤對應一種播種滾筒; 二是只使用滾筒的 6 行吸嘴播種穴盤，其他 6 行吸嘴可以使用不同的吸嘴尺寸來播種不同的種子或者用同樣的滾筒不同的吸嘴間距播種其他的穴盤。如圖 2 所示，美國 Blackmore 公司生產的 Cylinder滾筒式精密播種機采用獨特的四選項滾筒頭，通過快速切換吸種口，實現不同規格穴盤、不同種子的精密播種，而無需更換滾筒。該精密播種機作業效率不低于1 200 盤 / h，可適應播種不同穴盤和不同規格的種子。目前，滾筒式精密播種機是蔬菜精密播種機的發展趨勢，播種速度普遍能夠達到 1 000 盤/h 以上; 但是對于精密播種機的多功能適應性研究仍處在起步階段，適應不同形態種子的播種機仍比較缺乏。

2 國內穴盤育苗精密播種機研究現狀

我國對穴盤育苗精密播種機的研究始于 20 世紀70 年代。為解決穴盤育苗存在的機械化水平低、播種精度和效率低的問題，農業部和科技部先后將穴盤育苗技術研究列為重點科研項目，各地的農機化科研單位及生產企業同時跟進，通過借鑒國外的先進技術，結合我國穴盤育苗播種的具體要求，研制開發出了不同形式的的穴盤育苗精密播種機［10］。北京海淀區農機研究所研制的 2BSXP －500 型穴盤育苗精密播種機采用機械結構的垂直圓盤窩眼孔式排種器［11］，播種機生產效率為 350 盤/h。農業部規劃設計研究院研制的 2XB －400 型穴盤育苗精密播種機［5］采用機械窩眼式播種結構，播種效率為 180盤/h。上述機械式穴盤育苗精密播種機僅適用于包衣丸?；N子，存在傷種率高和播種速度低等問題。

江蘇大學設計了磁吸滾筒式精密播種機［12］\\( 如圖 3 所示\\) ，排種器采用電磁鐵磁吸頭沿周向陣列、沿滾筒軸周向按穴盤孔距均勻分布的結構形式。經優化后的磁吸滾筒式播種機播種效率為 300 盤/h，能夠滿足精密播種的精度和效率要求; 但磁吸式排種器對種子要求較高，待播種子需預先在外表面均勻裹上一層磁粉［13］。臺州一鳴機械設備有限公司研發生產的氣吸針式穴盤育苗精密播種機［14］\\( 如圖 4 所示\\) 借鑒國外針式穴盤育苗精密播種機的結構原理，采用單排針式播種結構，通過針式吸嘴桿的往復運動實現蔬菜種子的負壓吸種與正壓吹種，該播種機播種效率可達 360 盤/h。浙江博仁工貿有限公司生產的氣吸滾筒式穴盤育苗精密播種機［15］\\( 如圖 5 所示\\) 借鑒國外滾筒式穴盤育苗精密播種機原理，采用負壓吸種和正壓吹種的原理，通過正負壓轉換板和旋轉滾筒的相位變化實現滾筒的吸種、卸種與清孔，播種效率為 900 ～ 1 200 盤/h。

上述氣力式穴盤育苗精密播種機存在氣壓調節困難、播種精度低及對氣路系統要求嚴格等問題。在通用的結構原理上，國內的穴盤育苗精密播種機與國外已相差無幾，但是作業性能與國外還有很大差距，限制了穴盤育苗精密播種機的研究開發與推廣。

3 穴盤育苗精密播種機的原理和分類

3． 1 根據排種原理分類

實現穴盤育苗精密播種的關鍵是排種器，根據排種器的囊種方式和囊種力特征［16］，排種器主要有機械式、磁吸式和氣力式 3 種結構。

1\\) 機械式排種器目前應用于穴盤精密播種，其結構簡單、播種速度快，但對種子外形尺寸要求較嚴，需要對種子進行嚴格篩選或丸?；幚?，且排種時易傷種。

2\\) 磁吸式排種器依靠電磁吸頭精確吸取經磁粉包衣處理的種子，斷電后磁力消失，種子在重力和離心力作用下落入穴盤穴孔，通過調節磁吸力的大小來控制播種量和播種精度。其具有較高的播種精度和對不同規格種子良好的適應能力。

3\\) 氣力式排種器通過真空負壓吸種和正壓落種實現種子的精密播種作業。精密播種機利用真空裝置產生真空，負壓空氣從種箱中吸附種子，當傳感器檢測到穴盤時，排種器對準各個穴孔，此時負壓被切換成較低的正壓，利用弱正壓力將種子播種到穴盤中的預定位置，實現一穴一粒的精密播種。氣力式排種器不損傷種子，對待播種子的結構尺寸要求不嚴格，無需進行精選分級，對種子的適應性較強，并可進行較高速度作業，已成為蔬菜花卉等小粒種子穴盤育苗播種的首選［17 － 20］。

3． 2 排種器設計樣式分類

根據氣力式排種器設計樣式不同，穴盤育苗播種機可分為板式播種機、針式播種機和滾筒式播種機。

如圖 6 所示，板式精密播種機針對規格化的穴盤，配備相應的播種模版，整盤負壓吸種，對穴正壓吹種，實現一次播種 1 盤、一穴播種 1 粒。其突出特點是價格低、操作簡單、播種精確，但存在各個穴孔氣壓不均勻和播種精度低的問題。針式精密播種機通過針式吸嘴桿的往復運動實現負壓吸種和正壓吹種兩個工作流程。精密播種機通過真空發生器產生真空，同時針式吸嘴桿在擺桿氣缸的作用下到達振蕩的種子盤上方，吸嘴通過真空吸嘴吸附種子; 隨后，吸嘴桿在回位氣缸作用下帶動吸嘴桿返回到排種管上方，此時真空發生器噴射出正壓氣流，將種子吹落至排種管，種子沿著排種管落入穴盤中。針式精密播種機播種精度好、效率高、全自動化操作、操作簡便、應用面廣、省工省時，但是更換針頭和種子時需要重新進行氣壓調試及重新設置氣體壓力［21 －22］。

針式精密播種機的針式吸嘴桿經歷了由單排針式到雙排針式的發展，美國 SEEDEＲMAN 公司生產的GS 系列精密播種機\\( 如圖 7 所示\\) 和英國 Hamilton 公司生產的 Natural 系列精密播種機\\( 如圖 8 所示\\) 均采用單排針式的播種結構，生產效率能達到 300 盤/h。

單排針式精密播種機能夠實現蔬菜種子的全自動播種，減輕了人工勞動的強度，但是單排針式吸嘴桿的往復運動消耗大量時間和能量。荷蘭 VISSEＲ 開 發 了 采 用 雙 排 針 式 結 構 的GＲANETTE 2000 精密播種機 \\( 如圖 9 所示\\) ，該播種機在 1 個行程內播種兩排種子，實現播種自動化的同時，提高了播種效率，效率達 700 盤/h。滾筒式精密播種機打破了針式播種的間歇作業流程，通過滾筒圓周吸附種子，實現種子的連續播種。

如圖 10 所示，滾筒式穴盤育苗精密播種機的種子由位于滾筒上方或側方的漏斗喂入，種子被吸附在滾筒表面的吸孔中，多余的種子被氣流或刮種器清理。當滾筒轉到穴盤正上方時，吸孔與大氣連通，真空消失，并產生弱正壓氣流，種子被吹落到穴孔中; 滾筒繼續滾動，強正壓氣流清洗滾筒吸孔，為下一次吸種做準備。滾筒式穴盤育苗精密播種機由光電傳感器信號控制播種動作的開始與結束，滾筒的轉速可以調節［23］。滾筒式播種機的特點是播種效率高，每小時可播種超過1 000 盤，適合于大型蔬菜或花卉基地使用。

3． 3 根據自動化程度分類

根據自動化程度不同，蔬菜穴盤育苗精密播種機可分為手持式播種機、半自動播種機和全自動播種機。

早期的手持式播種機為板式結構，沒有正壓吹種1苗精密播種，作業效率低、人工勞動強度大。美國Seed E － Z Seeder 公司生產的 E － Z 精密播種機\\( 如圖11 所示\\) 可供單人操作，操作熟練的工人播種速度可達 120 ～300 盤/h［24］。隨著技術的發展，為了滿足提高勞動生產率的要求，半自動精密播種機應運而生。如圖 12 所示，賽得林半自動精密播種機仍由人工操作，增加了正壓吹種裝置、輔助振動刷子及種子回收裝置。氣動控制裝置和電子控制裝置的應用提高了播種效率和精度，可節省 50% 以上的勞動力。氣動技術和電子控制技術推動著精密播種機朝著精準化和高效化的方向發展，而人力成本的上升要求自動化操作的推廣與普及，播種效率、播種精度和自動化水平成為衡量精密播種機的重要指標。

如圖 13 所示，意大利 MOSA 全自動育苗播種流水線可一次完成基質裝填、壓穴、精量播種、覆土、噴淋等作業，播種的深淺、壓實程度、覆料的厚薄一致性和播種精度較好。

4 我國蔬菜精密播種機存在的問題

4． 1 精密播種機整體可靠性低蔬菜精密播種機對播種的漏播率和重播率要求比較高，但是目前國內研制的，許多機型的播種性能達不到要求，尤其在高速作業下易因氣壓不穩定導致重播和漏播增多。此外，針頭堵塞和清種不及時等工藝性故障也會引起重播和漏播現象，尤其對于形狀不規則和質量比較輕的小顆粒種子，播種質量不穩定。

4． 2 自主創新能力有待于提高我國蔬菜精密播種機還處于對國外技術的模仿階段，沒有形成具有獨立特點的播種設備，自主創新能力還有待于進一步提高。

4． 3 機械結構與電氣控制系統的融合不完善由于運用了先進的電氣控制技術，國內的蔬菜精密播種機基本實現了全自動化播種，但是在氣壓等主要播種參數的精準化調節控制方面還存在缺陷，無法適應蔬菜種子的精密播種作業需要求。

4． 4 農機與農藝結合不緊密目前在蔬菜精密播種機的研究中，產品更偏重于功能性的實現，忽略了蔬菜小粒種子的特性，在實際的播種作業中造成種子的浪費，而包衣丸化處理的種子會增加成本而且影響發芽率。一般一種形式的精密播種機只能播種少數幾個品種的種子，對種子的適應性低，不利于農業生產成本的降低［25］。

5 蔬菜精密播種機發展建議

5． 1 提高蔬菜精密播種機的精細化與標準化提高蔬菜精密播種機的精細化程度，加強國際交流合作，引進國外先進的設計方法和制造工藝，結合國情，通過設計方法創新和制造工藝改進，研制開發精密播種的新機型; 建立精密播種機的標準化設計方法，提高精密播種機的通用性與對種子的適應性，提高設備使用率，降低用戶使用成本。

5． 2 提高裝備穩定性與自動化水平優化與改進電氣控制系統，實現機械部件與電氣控制系統的無縫銜接; 采用精密的電氣控制器件，實現主要功能參數的精細化調試與操作，提高系統的穩定性與自動化水平。

5． 3 農機與農藝相結合將種子物理特性、空氣動力學特性的研究與精密播種機的設計結合起來，研究適合于不同種類種子的精密播種機。

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