油菜钵体苗移栽方式对比分析

肖仕雄 肖名涛 孙松林

摘要：阐述了移栽农艺对中国油菜产业发展的重要意义，油菜移栽机能够大幅提升油菜单产，说明了油菜钵苗移栽是促进中国南方稻田油菜产量增长以及作为解决季节性矛盾的关键手段。提出了一种新的移栽方式的分类方法，将其分为循环式移栽、往复式移栽、开沟横向移栽以及复合式移栽。通过在移栽效果、工作环境、移栽速度3个方面对这4种移栽方式进行对比分析，总结了其移栽方式的工作原理、结构组成以及自身特性，得出横向开沟移栽机构在土壤环境上适应性最强，探讨了油菜钵体苗高速免耕移栽的可行性方案。

关键词：油菜钵体苗;移栽机构;移栽方式;对比分析

中图分类号：S565.4         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2019）14-0012-05

Abstract： The important significance of transplanting agronomy for the development of rape industry in China was expounded.The transplanting machine is a kind of agricultural machinery equipment which can greatly improve the yield of rapeseed per unit area. The transplanting of rape pot seedling can increase the output of rape in the paddies in south China， as well as the key method can solve the seasonal contradiction. A new method of classification for transplanting was proposed， which was divided transplanting into circulating transplanting， reciprocating transplanting， transverse furrow transplanting and combined transplanting. The working principle， structure composition and characteristics of the four types of transplanting methods were summarized through comparative analysis of the four types of transplanting effect， working environment and speed of transplanting. The transversely furrow transplanting mechanism has the strongest adaptability in the soil environment， and the feasible scheme of high-speed and no-tillage transplanting of pot seedling of rapes was discussed.

Key words： rape pot seedling;transplanting mechanism;transplanting method;comparative analysis

油菜是中国主要的油料作物，2011年油菜播种面积710万hm2，总产量约1 250万t，单产1 761 kg/hm2。播种面积、总产量居世界首位，单产高于世界平均水平[1]。中国油菜种植区域主要集中在长江流域的多熟制种植地区，大多实行稻-油、稻-稻-油或油-棉轮作种植模式。然而，多熟种植所导致的作物轮作、间作的季节矛盾突出，为缓解茬口矛盾，除了在农艺上选育出生育期短的品种外，更为关键的是提高作物种植各环节间效率，节省用工[2，3]。

油菜育苗移栽技术能够充分利用光热资源，提升复种指数，具有对气候的补偿作用，以及能够提前油菜的生育期，缩短其生长周期。经多年实践验证，移栽技术是大幅度提升粮食产量的有效手段之一，更是解决作物间季节矛盾的重要手段[4-6]。

中国油菜的主要种植方式分为移栽和直播，在中国长江流域油菜种植主要以育苗移栽为主。相较于机械直播，育苗移栽作业虽然有效率低、成本高等缺点，但经过育苗后的油菜返青期长，且油菜在种植时对行准，种植间隙保持一定，从而能够减少油菜成熟后的倒伏现象，降低收获难度。提前育苗能够弥补全年复种作物生长周期的不足，充分利用土地资源，增产增收[7-9]。

中国南方的油菜种植区域由于作物之间茬口紧，油菜需要在11月之前播种，而晚稻的收获期大多在9月中旬到10月下旬，因此，油菜的播种时间有限，要在10～20 d的时间内完成大面积的播种作业，需要使用大量的直播机同时作业，资源消耗大。如果能够提前培育油菜秧苗，在油菜播种期时，秧苗已长出稳定根系，再将其移栽至田中，不仅能提升油菜幼苗的存活率，还能缩短油菜生长周期，并且扩大油菜的种植面积，提高油菜产量的同时降低了農机装备的投入，节约了成本，育苗移栽的油菜与直播油菜比较，其分枝高度低，分枝数与有效果数高，产量增加23.49%左右[10-12]。油菜移栽需要在水稻收获之后立即进行。此时的稻茬田（俗称“稻板田”）土壤含水率高、土壤黏重，即使采用具有强力切削土壤能力的旋耕机耕作也难以将土壤加工细碎。导致移栽成本增加，种植油菜的收益低，使得广大种植户不再选择种植油菜，然而，利用油菜对土壤和土质的适应性强的特点，在水稻收获后的稻板田上免耕直接移栽油菜，具有保持土壤结构、透水透气性好、防渍促爽、抗灾夺丰收等优点，实行早播早栽，有利于提高冬前土地利用率，还可省去机械或人力耕整地工序，具有良好的社会、经济和生态效益[13-15]。

对油菜进行免耕移栽或浅耕移栽能够简化油菜的生产程序，实现轻简化移栽，降低油菜移栽成本，提高油菜产量，提升国内种植户对油菜的种植兴趣。但是免耕移栽中复杂的土壤环境对移栽机构影响较大，因此，一种成本低，结构简单，土壤适应能力强，能够适应高速精准作业的移栽方式，是未来油菜钵体苗移栽的发展方向。本研究提出了一种新的移栽方式的分类方法，将其分为循环式移栽、往复式移栽、开沟横向移栽以及复合式移栽。通过移栽效果、工作环境、移栽速度3个方面对这4种移栽方式进行对比分析，总结了移栽方式的工作原理、结构组成以及自身特性，探讨油菜钵体苗高速免耕移栽的可行性方案，对今后油菜高速免耕移栽机的选型提供一定的参考价值。

1  钵体苗移栽方案分析

移栽机的核心部件为移栽机构，根据移栽机构工作方式的不同提出4种移栽方案，分别是循环式移栽、往复式移栽、开沟横向移栽以及复合式移栽。这些方案中一部分还停留在试验样机阶段，有一部分已经投入市场，为了找到最适合油菜钵苗免耕高速移栽的移栽方式，分析了这4种方案对油菜高速移栽的适应性及各自的特性[16-18]。

1.1  循环式移栽

循环式移栽机的工作原理分为喂苗-移栽-回程3个步骤，这3个步骤组成循环能够让移栽器持续工作。其工作过程是钵苗在喂苗区被承载装置固定，然后钵苗随承载装置做圆周运动至移栽器底部，钵苗与装置分离，落入已开好的沟槽中，承载装置继续做圆周运动返回喂苗区，完成工作循环。循环式移栽机的代表主要有链夹式、吊篮式、挠性圆盘式移栽器等，其具体工作原理如图1所示[19-21]。

循环式移栽机主要结构包括驱动圆盘（或链轮）、钵苗承载装置等，其结构简单、株距和栽植深度稳定、成本低、稳定性好、钵苗的直立度好。循环式移栽器包括钳夹式移栽器、吊篮式移栽器以及圆盘式移栽器等。

市面上的典型机型是南通富来威农业装备有限公司在2008年研制的2ZQ-4型半自动油菜移栽机（图2），主要用于油菜的裸苗和钵体苗移栽，这款机型由4人操作，可对4行油菜苗进行移栽，机器前端有开沟器，采用钳夹式移栽机构，人工将苗放入喂苗箱，再由圆盘带着夹着苗的钳夹转动至地面完成移栽[22]。

由于循环式移栽机问世较早，其中有许多研究者对其进行过优化改进，使得其技术越发成熟。如于修刚[23]针对稻板田土壤油菜难覆土立苗的情况，在链夹式移栽机的基础上设计了一种间歇压土机，通过对比试验，优化后的移栽立苗率得到了较大提高。袁文胜等[24]对投苗角度与立苗率的关系进行研究，发现在零速位置提前5°投苗，秧苗的倒伏率和优良率明显优于在零速位置投苗。何生根等[25，26]针对2ZB-2型吊杯移栽机在移栽时出现滑移现象导致株距不稳定的问题，对滑移率、传动比与株距之间的关系进行推导，并运用Adams对移栽装置在不同滑移率和传动比下进行仿真，并进行了验证。得出在满足运动特征参数大于1的情况下，滑移率较大时可以选择较小的传动比，滑移率较小时可以选择较大的传动比来调整株距。

1.2  往复式移栽

往复式移栽机是通过机械结构使得移栽器能够以规定的轨迹运动，其轨迹通过仿生设计模拟人工移栽轨迹，使得油菜钵体苗实现零速投放，保证移栽的质量。其往复机构多以连杆机构以及齿轮机构为主。其主要工作过程分为取苗、开穴、移栽、回转4个步骤。往复式移栽机构的优点是高速工作环境下移栽效果稳定，能够实现高速循环作业，作业精度高，能够为全自动移栽提供平台。但其结构复杂，维修保养困难，导致作业成本偏高，是其推广困难的关键原因。

罗江河[27]、肖名涛等[28]设计了一种双平行多杆栽植机构，通过将一套双平行摇杆机构和一套曲柄摇杆机构相结合，使得移栽器的运动轨迹与农艺要求的轨迹相符合（图3），加强了移栽机构的破土力度，改善了钵苗移栽的稳定性，提升了往复式移栽的立苗率。廖庆喜等[29]、刘明峰[30]将双五杆栽植机构借助Matlab软件进行了优化，保证了鸭嘴栽植器的入土轨迹与出土轨迹具有较高垂直度和重合度，且其水平方向速度降至了0.04 m/s，接近零速栽植。

纪海鹏[31]设计了一种旋轮线行星轮系全自动油菜钵体苗移栽机（图4），该型移栽机采用非圆齿轮传动，能够让夹秧片以“鹰嘴”型轨迹转动，当夹秧片转至轨迹最高点时，将钵苗从卷到最低位置的秧盘中直接夹出，当秧苗随移栽机转至最低点时，由两片夹秧片中间的推秧杆将钵苗推出至开好的移栽沟内。该移栽机可以为未来的油菜钵苗移栽方式提供思路。

1.3  开沟横向移栽

开沟横向移栽机通常分为开沟器、横向移栽装置以及覆土机构3部分，移栽机前端的开沟器能够清除前茬，并在黏重土壤中开沟破土，为移栽作业获取空间，解决了常规移栽器在黏重土壤环境下打孔不理想的问题。后端的横向移栽机与开沟器在同一平面，能够降低钵苗的机械损伤，钵苗沿护苗板下滑能够保证落苗的直立度。

开沟横向移栽机的工作过程：首先由开沟器在规定的移栽深度下开沟，钵苗沿护苗板下落，在下落的同时横向移栽装置向后方推出，抵消钵苗在移栽器前进方向的速度以及垂直方向的速度，使得钵苗在离开移栽装置时达到零速。最后由覆土机构进行覆土，完成移栽作业。开沟横向移栽装置工作效率高，能够在复杂土壤环境中完成移栽作业，移栽机构间互相独立，能够适应多行作业。

目前，在此方面代表性的研究成果有郑士永[32]设计的多杆扶苗式开沟植苗机构（图5）以及孙松林等[33]发明的一种沟槽内纵向移栽钵体苗的装置（圖6）。这两种移栽机构都是靠多连杆机构将钵苗横向推入沟内，为了保证推苗板轨迹的正确，需要对杆件进行优化设计，保证杆件长度的精确，才能使得钵苗在入沟的时候为零速，从而保证钵苗的直立度，提升移栽效率。

1.4  复合式移栽

1.4.1  复合式开沟移栽  该类型移栽方式的代表机型是湖南农业大学研发的2ZY-4型油菜移栽机（图7），该款移栽机在多连杆式移栽机构前安装了V形开沟犁，在鸭嘴移栽器触土之前箱面土壤会被开沟犁翻松，从而减小移栽机构打孔的阻力，开出的V形沟会在栽植后回土稳定钵苗，保证了鸭嘴式移栽器的栽植深度在黏重土壤环境下的栽植深度以及减轻了前进方向上的阻力。

李松坡等[34]设计了一种复合式移栽机构，由开沟犁与往复式四杆机构组成，能够实现零速投苗，并增加了其对不同土壤的适应能力，提高了栽植机构的破土能力。这种设计方法能够与其他的往复式开沟移栽机相结合，提升了往复式开沟移栽机在黏土中的工作效率，而且复合式开沟移栽机构结构简单，制作成本低，有效地解决了往复式移栽机在黏重土壤环境下打孔困难的问题。

1.4.2  复合式打孔移栽  复合式打孔移栽器（图8）是由向伟等[35，36]设计的，其主要工作原理是随着履带的前进，在地面与履带的相对静止处，根据靠模凸轮的轮廓变化，导向滚轮将随靠模凸轮的轮廓变化而周期性地给予圆柱形孔刺和复位弹簧施加来自机体重量经靠模凸轮提供的压力，迫使弹簧压缩和复位，圆柱形孔刺相应垂直压入土壤和拔出土壤，完成一次移栽孔的成形。牵引的导苗管将钵苗导入孔中，随后覆土完成移栽。

2  移栽方案的对比分析

中国的油菜种植区域主要以南方地区为主，南方的土壤含水率高，土壤黏性大，流动性低[37-39]。循环式移栽机虽然具有高效性、振动小、伤苗率低等优点，但其主要适用于沙土环境，在黏重土壤环境中适应性差，常常会陷入土壤中导致其无法工作。

首先，往复式移栽器对黏土的适应性相对较好，株距稳定，移栽作物直立度高，移栽效率高;但由于其结构复杂，在作业速度上有一定影响，难以满足高速移栽作业的需求。其次，往复式移栽器需要在垄上打孔，对土壤的扰动较大，对于油菜这类需要多行密植的作物移栽效果不理想，容易破坏箱面。但对于烟草这类单垄单行作物或者单垄两行作物而言，由于移栽的行距宽，所以土壤扰动的影响不明显，能够实现理想的移栽效果。

开沟横向移栽器前端的开沟器可以在稻板田的复杂环境中开出适合移栽的沟槽，横向移栽可以使钵苗在移栽中减少损伤，并完成零速移栽，保证了钵苗的直立度。整个移栽器能够很好地适应免耕移栽，在高速作业下稳定性较好，能够实现多行的高速移栽。但由于该类型的移栽器需要破土开沟，所以其能耗高是难以避免的问题。

复合式移栽器同样能够适应多种工作环境，但其工作阻力小，能耗低，是开构横向移栽器所不具备的。然而，该类型移栽器在多行作业上比较困难，一次行程作业的行数有限;现有的复合式移栽器在高速作业中由于打孔机构与导苗管移栽机构间相互结合不够紧密，导致移栽效果不稳定，经常会出现漏栽的现象，影响移栽质量。表1为4种移栽方案的部分技术参数[27，32，35，40]。

3  小结

根据上述分析可以得出各类型移栽器的适应范围以及优缺点，通过对比能够发现开沟横向移栽器与复合式移栽器在对不同环境的适应中具有明显优势。通过对比发现，油菜钵苗机械化移栽在今后将会达到高速化、高效化、轻简化的效果，现有的移栽器在这3个方面适应性最好的是开沟横向移载器。

参考文献：

[1] 陈艳君.2011年我国油菜籽、菜籽油市场回顾及后市展望[J].粮食与油脂，2012，25（1）：37-40.

[2] 吴明亮，官春云，沈宇峰，等.南方稻田油菜全程生产机械化的思考[A].作物多熟种植与国家粮油安全高峰论坛论文集[C].北京：中国作物学会，2015.

[3] 周训华，唐广心，朱志华，等.“稻—稻—油”三熟制生产模式探讨[J].作物研究，2015，29（1）：64-66.

[4] 于晓旭，赵  匀，陈宝成，等.移栽机的发展现状与展望[J].农业机械学报，2014，45（8）：44-53.

[5] 吳崇友，金诚谦，肖体琼，等.我国油菜全程机械化现状与技术影响因素分析[J].农机化研究，2007（12）：207-210.

[6] 陈宝成，尹大庆，吕  程，等.移栽农机具概况与发展思考[J].农机化研究，2015（3）：258-263.

[7] 于修刚，袁文胜，吴崇友.我国油菜移栽机研发现状与链夹式移栽机的改进[J].农机化研究，2011（1）：232-234，239.

[8] 袁金展，马  霓，张春雷，等.移栽与直播对油菜根系建成及籽粒产量的影响[J].中国油料作物学报，2014，36（2）：189-197.

[9] 帅海洪，丁秋凡，陈卫江，等.双季稻区油菜移栽与直播性状比较研究[J].湖南农业科学，2010（1）：28-30.

[10] 吴崇友，夏晓东，袁文胜，等.我国油菜生产机械化技术的发展历程[J].农业开发与装备，2009（10）：3-6.

[11] 陈  风，陈永成，王维新.旱地移栽机现状和发展趋势[J].农机化研究，2005（3）：24-26.

[12] 刘  举.不同播种移栽方式对油菜生长发育及产量的影响[J].江西农业学报，2012，24（2）：29-30.

[13] 袁文胜，吴崇友，于修刚，等.粘重土壤条件下油菜移栽机械化研究前景初探[J].中国农机化，2011（1）：69-71，77.

[14] 庞晓远，吴明亮，官春云，等.油菜裸苗物理机械特性试验研究[J].农机化研究，2011（9）：150-153.

[15] 贺一鸣，冯世杰，颜  波，等.油菜钵苗钵体的力学特性[J].农业工程，2017，7（4）：1-6.

[16] 吴  畏，孙松林，肖名涛.我国移栽机现状与发展趋势[J]农业技术装备，2013（12）：7-10.

[17] 张  冕，姬江涛，杜新武.等国内外移栽机研究现状及展望[J].农业工程，2012，2（2）：21-23.

[18] 向  伟，吴明亮，徐玉娟.幼苗移栽机械研究现状与发展趋势[J].农机化研究，2015（8）：6-9，19.

[19] 汤修映，侯书林，朱玉龙，等.油菜移栽机械化技术研究进展[J].农机化研究，2010（4）：224-227.

[20] 韩长杰，张学军，杨宛章，等.旱地钵苗自动移栽技术现状与分析[J].农机化研究，2011（11）：238-240.

[21] 袁文胜，吴崇友.我国油菜移栽机械的现状和发展趋势分析[J].中国农机化，2007（6）：61-63.

[22] 南  伟.富来威2ZQ型油菜移栽机[J].农家顾问，2009（9）：55.

[23] 于修刚.链夹式稻板田油菜栽植系统的分析与优化[D].北京：中国农业科学院，2010.

[24] 袁文胜，金诚谦，吴崇友，等.链夹式移栽机立苗机理分析与试验[J].中国农业大学学报，2015，20（6）：277-281.

[25] 何生根，李旭英，刘雪宁，等.不同滑移率下吊杯式移栽机株距仿真分析及试验[J].农机化研究，2018（8）：32-35，41.

[26] 何生根，李旭英，侯占峰，等.滑移率对吊杯式移栽机膜上穴口长度影响分析[J].农机化研究，2016（10）：42-46.

[27] 罗江河.油菜移栽机栽植机构的设计与试验研究[D].长沙：湖南农业大学，2014.

[28] 肖名涛，孙松林，罗海峰，等.双平行多杆栽植机构运动学分析与试验[J].农业工程学报，2014，30（17）：25-33.

[29] 廖庆喜，刘明峰，张  照，等.油菜钵苗移栽机双五杆栽植机构多目标优化设计[J].农业机械学报，2015，46（11）：49-56.

[30] 刘明峰.油菜钵苗移栽机双五杆栽植机构设计与试验[D].武汉：华中农业大学，2015.

[31] 纪海鹏.旋轮线行星轮系全自动油菜钵苗移栽机机构设计及优化[D].哈尔滨：东北农业大学，2015.

[32] 郑士永.多杆扶苗式开沟植苗机构的设计与试验分析[D].杭州：浙江理工大学，2017.

[33] 孙松林，肖名涛，肖仕雄，等.一种沟槽内纵向移栽油菜钵体苗的装置[P].中国专利：CN201711335359.4，2018-04-13.

[34] 李松坡，余泳昌，陈新昌，等.基于ADAMS的移栽机关键机构设计与运动仿真分析[J].农机化研究，2015（1）：47-50.

[35] 向  伟.油菜移栽机栽植孔成型机构试验研究[D].长沙：湖南农业大学，2014.

[36] 向  伟，吴明亮，庞晓远，等.油菜钵苗物理机械特性试验研究[J].農业工程，2013，3（5）：17-20.

[37] 赵志国.稻板田油菜移栽机技术研究进展[J].安徽农业科学，2011，39（11）：6364-6365.

[38] 黎子明，蓝  峰，谢  舒，等.对南方油菜生产机械化技术现状的分析及思考[J].农机化研究，2010（10）：249-252.

[39] 王苏飞，吴崇友.油菜机械移栽稻田土壤特性试验[J].江苏农业科学，2017，45（6）：222-224.

[40] 冯福海，陈东升，冯艳辉，等.2ZB-4型杯式钵苗移栽机[J].现代化农业，2002（8）：32-34.