工廠蔬菜育苗系統(tǒng)集成化運營

工廠化蔬菜育苗是一種將篩選出的合格作物種子放置于人工創(chuàng)造的適宜生長環(huán)境中進行育苗的*農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術。與傳統(tǒng)蔬菜育苗相比，工廠化蔬菜育苗具有用種量少、節(jié)能、省工、省力、效率高、成本低、病蟲害輕、苗壯、成功率高、適于機械化操作和規(guī)范化管理等優(yōu)點。隨著蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和社會化分工協(xié)作的細化，工廠化蔬菜育苗逐漸從蔬菜產(chǎn)業(yè)鏈條中分離成為一個獨立的產(chǎn)業(yè)節(jié)點技術。

1981年，中國成立了工廠化蔬菜育苗工作組，開始正式引進*的工廠化蔬菜育苗技術，但該技術的推廣與普及相對滯后。20世紀90年代中后期，山東、上海、廣東等省市區(qū)的工廠化蔬菜育苗逐漸初具規(guī)模，工廠化蔬菜育苗技術才得以快速應用和發(fā)展。

目前，中國工廠化蔬菜育苗與美國、荷蘭、日本等發(fā)達國家相比還有很大提升空間，主要是由于育苗設備技術單一、系統(tǒng)集成度低，難于實現(xiàn)全自動工廠化蔬菜育苗，從而使生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)能力受限。因此，工廠化蔬菜育苗系統(tǒng)的集成與技術示范十分必要。


工廠化蔬菜育苗系統(tǒng)集成

廠化蔬菜育苗系統(tǒng)集成
工廠化蔬菜育苗系統(tǒng)集成（圖1）主要是指綜合利用各項育苗設備設施以及相關技術實現(xiàn)全自動化、機械化的育苗目的。從工廠化蔬菜育苗的功能單元來分，可將育苗劃分為播種生產(chǎn)單元、催芽+育苗+嫁接單元、物流傳輸單元以及水肥灌溉及環(huán)境控制單元。

 

工廠化蔬菜育苗應用的主要設備設施包括基質破碎機（攪拌機）、穴盤堆垛（解垛）機、填土機、播種機、蛭石覆蓋及澆水物流輸送帶（輥道）、催芽室、育苗室、嫁接機（嫁接生產(chǎn)線）、穴盤跳移機、移栽機、水肥一體化灌溉系統(tǒng)和溫濕度光調控設備等。其中，播種生產(chǎn)單元的主要設備包括基質破碎機（攪拌機）、穴盤堆垛（解垛）機、填土機、播種機等，這些設備將直接服務于播種的生產(chǎn)環(huán)節(jié)；催芽+育苗+嫁接單元則主要指催芽室、育苗室、愈合室、嫁接機（嫁接生產(chǎn)線）和輔助苗床等；物流傳輸單元主要包括自動化運輸系統(tǒng)、傳送相關物料的AGV運輸車、傳輸帶和輔助生產(chǎn)的穴盤跳移機、穴盤清洗機及移栽機等；水肥灌溉及環(huán)境控制單元則主要包括水肥一體化灌溉系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)及苗期病蟲害防治技術等。


播種生產(chǎn)單元

播種機是播種生產(chǎn)單元的核心設備，其配套裝備包括填土機、播種機等，在此平臺上加載集成基質破碎、攪拌及穴盤輸送設備可以實現(xiàn)播種的流水作業(yè)。國外的相關設備研究起步早，技術裝備較為成熟，如英國Hamilton公司的Natural系列精密播種機，意大利MOSA的滾筒式播種生產(chǎn)線、DAROS公司的播種生產(chǎn)線，美國Blackmore公司的滾筒式播種機，荷蘭VISSER公司的全自動穴盤育苗精密播種機等在市場上的占有率很高。21世紀初，*規(guī)劃設計研究院聯(lián)合中國農(nóng)業(yè)大學開發(fā)了*臺精量播種機，但由于使用條件受限，沒有得到應用推廣。近年來，北京華農(nóng)農(nóng)業(yè)工程技術有限公司、北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術研究中心、浙江大學、臺州一鳴機械設備有限公司等多家單位先后研發(fā)了不同型式的播種機，但與國外同類產(chǎn)品相比，設備播種精度及穩(wěn)定性仍與國外存在一定差距。

機械播種機是穴盤苗生產(chǎn)的關鍵設備，機械播種機一般有4種類型：①真空模板式；②真空支管式（噴嘴或針閥）；③滾筒式；④電子眼式。其中模板式播種是通過播種板上與穴盤穴孔對應分布的吸孔，負壓吸附種粒，實現(xiàn)單次整盤播種，雖然其作業(yè)效率高，但該設備要求種粒具有較高的一致性，而且漏播情況較為嚴重。電子眼式播種機主要用于機器播種后針對漏播進行補播，其成本高，目前只有個別廠家按客戶訂單要求供貨。

真空模板式播種機（圖2）的播種方式為整盤播種，播種前需根據(jù)穴盤選擇相應的播種模板，播種精度較高，并配有可調的真空馬達和瞬間振動器，用正壓氣流來清洗模板。該播種機的缺點是需人工操控，不能實現(xiàn)自動化。

 

針式全自動精密播種機（圖3）通過配置不同型號的針頭及壓力即可實現(xiàn)對不同形狀、不同尺寸種子的播種作業(yè)。工作時，通過氣缸推動排種器進行往復運動來實現(xiàn)種子的吸、排動作。該播種機的工作原理是真空泵提供負壓時中，通過空針頭吸種，真空泵提供正壓時中空針頭排種。該機通過可編程控制器（PLC）實現(xiàn)傳輸速度、播種速度及播種數(shù)量的邏輯控制。該播種機的優(yōu)點是播種精度高、播種數(shù)量和速度可調、生產(chǎn)效率高、通用性強。

 

滾筒式全自動精密播種機（圖4）利用帶小孔的滾筒通過正負壓來實現(xiàn)種子的投放與吸附。滾筒的真空氣室利用負壓將種子吸附于滾筒的小孔上，多余的種子則由刮板清理落入種子接收盤，當氣室為正壓時將種子投入穴盤。該播種機滾筒的啟停由光電傳感器控制，并可通過PLC控制程序實現(xiàn)與其他設備的聯(lián)動配合。滾筒式播種機的優(yōu)點是播種速度快、生產(chǎn)效率高，適合規(guī)模化育苗。

 

基質破碎提升機（圖5）用于將壓縮型專業(yè)種植基質破碎，然后放入裝盆機或穴盤填土機的料倉內?；|破碎提升機工作原理是通過鏈條帶動刮板與擋板之間的重復剪切、撞擊，通過物理方式將基質破碎、提升。

基質攪拌機（圖6）是將種植土中混合的各種配料（草炭或椰糠、珍珠巖、蛭石等）攪拌均勻?；|攪拌機工作原理與基質破碎提升機類似，不同之處在于達到預先設定的攪拌混合時間后基質攪拌機可將基質提升至后續(xù)料倉。
 


全自動滾筒播種生產(chǎn)線（圖7）由穴盤填土機、滾筒式播種機、蛭石覆蓋、澆水機、穴盤堆垛機等組成。主要工作流程為穴盤解垛機將穴盤逐個解垛后傳送至填土機填土，隨后播種機播種，而后完成蛭石覆蓋和澆水，后轉入催芽室。

 

催芽+育苗+嫁接單元

在催芽室或催芽溫棚內，根據(jù)所播種子不同，一般穩(wěn)定控制在該批種子適宜催芽溫度上下2℃之間，空氣濕度保持在85%~90%，當出苗率達到了60%左右時，將苗盤轉至育苗室。需要時可以實現(xiàn)催芽室內部小環(huán)境的調控和改善，從而滿足不同種子催芽溫濕度的調節(jié)（圖8）。

 


催芽室可以通過硬件與軟件設施的科學配置實現(xiàn)對室內環(huán)境溫濕度、氣流等因子的控制，創(chuàng)造理想的催芽環(huán)境，從而讓種子快速健康發(fā)芽，實現(xiàn)批量生產(chǎn)。其標準配置主要包括聚氨酯板暗室、熱泵/水冷空調機組、風機盤管、噴霧加濕、補光照明、環(huán)境監(jiān)測與自動控制系統(tǒng)等。另外，為解決溫室蔬菜生產(chǎn)中連作造成的土壤環(huán)境惡化、病蟲害加重、產(chǎn)量降低、品質下降等問題，越來越多的種植戶選擇種植嫁接苗。以抗土傳病害品種、高抗免疫野生種或同科異種為砧木，與高品質、高產(chǎn)量的栽培品種嫁接后的嫁接苗的防病效果很好。但嫁接是耗費大量勞動力的工作，國內外都在嘗試實現(xiàn)嫁接機械化或自動化。中國嫁接機的研究主要局限在高校和研究院所，例如提高工效的嫁接生產(chǎn)線（圖9），有的產(chǎn)品也已經(jīng)上市了。但目前國內外單臺嫁接機的工作效率僅相當于1~2名熟練嫁接工（300株/h），其嫁接效果還有待提高。為提高嫁接成活率，愈合室需控制好室內的溫濕度和光照，促使砧木、接穗雙方組織的愈合，通過刺激細胞內原生質活性加強，使形成層和薄壁細胞旺盛分裂，從而形成愈傷組織。同時，為提高幼苗對環(huán)境的適應能力和抗逆性，縮短種苗的緩苗期，種苗在輸出（出售或轉入生產(chǎn)）前需進行煉苗。根據(jù)實際情況，個別育苗期較長的種苗還需分苗。其中歐美等發(fā)達國家注重實施與改進蔬菜育苗、整地、移栽各環(huán)節(jié)的技術配套，已基本實現(xiàn)了蔬菜機械化移栽，目前正在向高速化、自動化方向發(fā)展。全自動移栽機代表機型有荷蘭TTA公司的移植機XT600N系列移栽機、意大利FERRARI公司的Futura系列全自動移栽機、英國的Pearson全自動移栽機等。國內雖有多家單位研制了移栽機，但其作業(yè)效率提升并不明顯。

 

物流傳輸單元

從某種意義上，工廠化的實質是各個作業(yè)環(huán)節(jié)的流程化、系統(tǒng)化，從而便于實現(xiàn)規(guī)模化。通過電動軌道運行車、多層運輸推車或者AGV運輸車、皮帶傳輸?shù)裙?jié)點設備的連接實現(xiàn)育苗各作業(yè)節(jié)點的有序銜接；通過溫室集中處理與控制系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)運轉。

水肥灌溉及環(huán)境控制單元

育苗期的水肥灌溉量不大，但精度要求高。育苗期水肥灌溉的形式多為潮汐式或噴霧式，隨著工廠化蔬菜育苗技術的成熟，更多的種植戶選用潮汐苗床式灌溉。潮汐灌溉的基本過程是通過灌溉施肥設備向種植槽內注入肥水到一定高度后，通過快速閥或虹吸閥等設備將肥水自動回落瀉流到排水池，經(jīng)消毒處理后再經(jīng)灌溉施肥設備進行循環(huán)使用，從而達到澆水、施肥的目的。其優(yōu)點在于能提高肥水利用率，減低環(huán)境污染和成本，并有利于促進作物生長和品質提升。

溫室是育苗車間或工廠的主體結構，其本身就是育苗環(huán)境控制的重要載體。廣義溫室環(huán)控系統(tǒng)包括內外遮陽-保溫、濕簾-風機、開窗、加溫除濕、補光和環(huán)控監(jiān)測及控制系統(tǒng)等。其主旨是根據(jù)植物生長需要，合理調控溫室內的溫、光、濕、氣等環(huán)境條件，保證植物生長在適宜的環(huán)境下。而且溫室種植者還能通過載入水肥控制系統(tǒng)，實現(xiàn)植物生長水肥的調節(jié)（圖10）。

 

集成案例簡介

國內工廠化蔬菜育苗瓜果、蔬菜的企業(yè)有濟南偉麗種業(yè)有限公司和山東安信種苗股份有限公司等。其中，濟南偉麗曾被授予全國蔬菜集約化育苗技術集成與推廣模式創(chuàng)新示范基地等榮譽稱號，公司具備年產(chǎn)嫁接苗6000萬株的能力，目前具有的工廠化蔬菜育苗系統(tǒng)包括自動化播種流水線、超大面積智能化育苗連棟溫室、潮汐式育苗床、嫁接流水線、育苗大棚和中控物聯(lián)網(wǎng)等。

結論與展望

蔬菜生產(chǎn)的標準化、規(guī)?；厔輰ΨN苗產(chǎn)業(yè)提出了更高的要求，隨著勞動力成本的不斷攀升，災害性天氣頻發(fā)，病蟲害的防控壓力等，這些新出現(xiàn)的問題都是傳統(tǒng)的蔬菜育苗企業(yè)無法承擔的。種苗良種化、育苗工廠化、供苗商品化、種苗標準化是當今育苗產(chǎn)業(yè)發(fā)展的內在需求。功能完備的蔬菜工廠化育苗廠應包括播種車間、催芽室、育苗溫室、嫁接車間等。目前，工廠化蔬菜育苗系統(tǒng)集成將呈現(xiàn)出以下特點：

（1）技術體系逐步完善，相關標準、規(guī)程相繼出臺。關鍵技術環(huán)節(jié)的標準和技術規(guī)程是培育壯苗的保障，如基質配制標準、種苗質量標準，種苗出廠質量標準以及育苗技術，嫁接技術等規(guī)程將陸續(xù)出臺。

（2）系統(tǒng)集成將更集約化，管理也將更趨于智能化。利用現(xiàn)代信息技術和物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)種苗的智能化管理，種植者通過移動客戶端就可實時了解育苗溫室的溫度、濕度、光照、CO2濃度等情況，并及時調控相關參數(shù)，從而降低人工成本，并提高壯苗率。

（3）服務趨于多樣化。工廠化蔬菜育苗系統(tǒng)集成在提高企業(yè)投入產(chǎn)出比的同時，也將更大程度的釋放種苗企業(yè)的活力。種苗企業(yè)將由單純的種苗供應商向種植方案提供商轉變，漸變成為新品種、新技術的輻射源，信息發(fā)布中心，標準制定中心以及農(nóng)資供應中心。

未來工廠化蔬菜育苗的發(fā)展將以農(nóng)機與農(nóng)藝、機械化與自動化、機械化與信息化適度融合為路徑，在保證育苗能力大化、成本投資小化、時空布局合理化的同時，促使設備、工藝和技術協(xié)調發(fā)展，推動工廠化蔬菜育苗水平向數(shù)量、質量、效益并重的方向進行轉型升級，實現(xiàn)工廠化蔬菜育苗產(chǎn)業(yè)的全面、高質、發(fā)展。