辣椒漂盘苗机械化移栽适应性研究_吴雪梅.pdf

辣椒漂盘苗机械化移栽适应性研究 吴雪梅a 管宜萱b 耿广东b 张大斌a 贵州大学 a 机械工程学院 b 农学院 贵阳 550025 摘 要 为了探索辣椒漂盘苗对机械化移栽的适应性 以贵州某辣椒基地所育适栽期辣椒漂盘苗和2ZB 2旱地 吊杯鸭嘴式移栽机为测试对象 完成了辣椒苗形态特征参数测量 落苗基质损失及田间机械栽植的试验研究 结果表明 从辣椒苗的苗高 叶面展幅 基质情况来看 所育漂盘苗基质饱满 且适于膜上移栽常用的鸭嘴式栽植 器 漂盘苗基质含水率在56 4 63 5 时 利于机械移栽的基质保持 田间机械移栽的栽植深度合格率 漏栽 率 伤苗率分别为76 7 2 4 3 2 满足指标要求 直立度合格率为88 7 低于93 的指标下限 总体来 说 辣椒漂盘苗与移栽机适应性较好 基本能达到贵州辣椒机械化栽植作业要求 关键词 辣椒 漂浮育苗 机械化移栽 旱地移栽机 栽植性能 中图分类号 S233 1 S504 3 文献标识码 A 文章编号 1003 188X 2024 08 0179 07 0 引言 贵州辣椒种植历史悠久 品种丰富 2021年种植 面积38 3万hm2 产量787万t 产值271亿元 产加 销规模均位列全国第1位 在脱贫攻坚和乡村振兴中 发挥了巨大的作用 已成为贵州农业的支柱产业 1 当前 贵州辣椒种植主要依靠手工作业 机械化率低 劳动强度大 种植成本高已经成为制约辣椒产业可持 续发展的首要问题 2 3 在机械化移栽方面 从开始 使用手持式打孔移栽机 背负式打孔机到逐步引进小 型半自动旱地移栽机甚至是全自动移栽机 推广辣椒 机械化移栽是目前解决辣椒产业规模不断扩大 用工 供需矛盾日渐突出的有效途径 4 7 辣椒的机械化移栽是一个系统工程 涉及到移栽 机 辣椒苗 土壤质地与墒情 移栽前耕整地与起垄环 节 农机农艺融合 育苗与机具适应性等诸多因素的 综合影响 许多学者在辣椒育苗技术及机械化移栽 方面做了大量有价值的研究 8 9 唐玉新 10 等为规 范江苏地区适合机械化移栽的辣椒穴盘育苗技术 促 进辣椒产业的可持续发展 对辣椒穴盘育苗的育苗工 艺流程 基质类型与质量标准 播种与催芽技术及苗 期管理等提出了具体要求 对江苏地区适合机械化移 栽的辣椒穴盘育苗生产具有重要的现实指导意义 收稿日期 2022 08 27 基金项目 贵州省农业产业技术体系建设专项 GZCYTX 2021 贵州省科技计划项目 黔科合平台人才 GCC 2022 007 1 作者简介 吴雪梅 1975 女 贵州安顺人 副教授 硕士生导师 E mail yulihua01 163 com 为了找出在和田地区适宜使用移栽机作业的辣椒穴 盘苗 赵晨阳 11 等对和田地区穴盘苗的力学特性开展 试验研究 摔落试验与拔取试验结果表明 含水量越 高 基质损失率越高 且穴盘苗的摔落高度应控制在 30cm以内 研究结果为和田地区辣椒穴盘苗机械化 移栽提供了一定的指导 为了研究旱地移栽机在贵 州山地辣椒机械化移栽中的适应性 项目组以某型号 的吊杯鸭嘴式移栽机和穴盘辣椒苗为试验对象 在绥 阳县开展了田间辣椒移栽作业试验 结果表明 移栽 株距基本满足农艺要求 但栽深合格率不高 仅达到 80 此外 该机体积大 笨重 难以适应山地小地块 需频繁掉头与过沟的作业工况 2 上述研究主要基 于辣椒穴盘苗机械化移栽的相关问题进行研究 而目 前贵州辣椒育苗大多采用漂浮育苗技术 针对漂盘辣 椒苗与旱地移栽机适应性的相关研究鲜有报道 为此 以漂盘辣椒苗和2ZB 2旱地吊杯鸭嘴式移 栽机为试验对象 通过对辣椒苗形态特征参数的测量 分析 研究其对鸭嘴栽植器的适应性 同时 通过落 苗试验测试辣椒苗的基质损失 获得栽植时辣椒苗基 质最佳含水量范围 并通过田间机械移栽试验测试栽 植性能 1 辣椒漂浮育苗及机械移栽插苗过程分析 1 1 辣椒漂浮育苗技术 育苗是作物栽培的一项基础性工作 好的育苗技 术是培育壮苗 增强抗病抗逆能力以及后期获得优质 高产的基础 12 13 自20世纪90年代中期以来 我国 开始引进漂浮育苗技术 并将其首先应用于烟草 后 971 2024年8月 农 机 化 研 究 第8期 DOI 10 13427 ki njyi 2024 08 004 逐渐推广应用于蔬菜 高粱等多种作物 14 相较于传 统育苗方式 辣椒漂浮育苗具有效率高 周期短 秧苗 质量好 方便管理和节本省工等诸多优势 已经成为 当前贵州辣椒育苗的主流方式 图1为试验所用待栽辣椒漂盘苗 苗盘规格为 16 10穴 基质由草炭 蛭石 珍珠岩按照一定比例配 制而得 品种为艳椒425 苗龄50天 6 8片真叶 根 系生长良好 从外观上看生长正常 无病虫害状态 无 明显倒伏现象 图1 试验所用辣椒漂盘苗 Fig 1 Capsicum floating seedlings used in the experiment 1 2 辣椒移栽农艺与机械化移栽质量评价指标 1 2 1 辣椒移栽农艺 贵州辣椒一般是垄作栽植 一垄双行交错移栽 移栽深度5 10cm 通常株距28 36cm 行距50cm 如 图2所示 移栽后 辣椒苗的栽植深度 株距 行距达 到农艺要求 不产生伤苗 漏栽 重栽 埋苗及倒伏的 现象 图2 辣椒一垄双行栽植模式 Fig 2 One ridge double row planting mode of capsicum 1 2 2 辣椒漂盘苗机械化移栽评价指标 辣椒为覆膜后打孔移栽 结合辣椒栽植农艺 机 械化移栽选用2ZB 2旱地吊杯鸭嘴式移栽机 参考 旱地移栽机械作业标准 15 确定辣椒机械化移栽评 价指标为直立度合格率 株距变异系数 栽植深度合 格率 漏苗率和伤苗率 1 直立度 指秧苗栽植后的状态 用秧苗茎秆与 地面的夹角 来评价 越接近90 说明直立度越 好 30 为倒伏 30 为合格 直立度合格率G NZLN 100 1 式中 NZL 直立度合格株数 株 N 测定段内的设计株数 株 N int LX r null null 1 2 式中 L 测定段长度 cm Xr 设计株距 cm 2 株距 指栽植行内相邻两株秧苗与地面的交点 的距离 当株距X1满足0 5Xr X1 1 5Xr时 即为 合格株距 株距变异系数CVx Sx X 100 3 式中 Sx 株距标准差 cm X 平均株距 cm 3 栽植深度 指秧苗主茎根部到表土的距离 根 据辣椒移栽农艺 辣椒苗的栽植深度h合格要求为 h 20 10 栽植深度合格率H NhN 100 4 式中 Nh 栽植深度合格总株数 株 N 测定的总株数 株 4 漏栽 理论上应当栽植秧苗的地方而实际上没 081 2024年8月 农 机 化 研 究 第8期 有栽植称为漏栽 漏栽率M NLZN 100 5 式中 NLZ 漏栽株数 株 5 伤苗 指移栽机作业过程中辣椒苗被主要工作 部件损伤 如栽植器 覆土轮等损伤 伤苗率W NSMN 100 6 式中 NSM 伤苗株数 株 1 3 鸭嘴栽植器插苗过程运动分析 旱地吊杯鸭嘴式移栽机移栽过程为 人工将辣椒 苗放入送苗机构的苗杯中 由送苗机构将辣椒苗运送 至指定位置后 苗杯底部打开 辣椒苗经接苗口落入 鸭嘴栽植器 在栽植机构和栽植器的协同作用下 实 现栽插 然后 镇压轮压实土壤 完成辣椒苗的移栽 作业 图3为鸭嘴栽植器插苗过程示意图 测量可得 嘴鸭栽植器上口径78mm 下口张开口径80 100mm 栽植深度50 100mm 可调 通过调节栽植机构与行 走轮的相对铅垂高度实现 栽植器最大行程和插苗行 程由栽植机构的结构与尺寸决定 栽植器最大行程和 插苗行程分别为250 180mm 由此可得 待栽苗的叶 面展幅应不大于150mm 苗高应不高于200mm 图3 鸭嘴栽植器插苗过程示意图 Fg 3 Diagram of duckbill clip planter transplanting seedling process 2 移栽的辣椒漂盘苗形态特征分析 辣椒苗主要形态特征参数是用于评价壮苗的重 要指标 也是衡量其是否适于机械移栽的重要依据 如图4所示 本试验通过测量漂盘苗的苗高h 叶面 展幅d 基质高h1及基质上宽s综合评价所育辣椒苗 对机械移栽的适应性 图4 辣椒苗主要形态特征参数 Fig 4 Main morphological characteristic parameters of capsicum seedling 2 1 材料与方法 试验器材包括钢直尺及待栽辣椒漂盘苗 试验 时 随机从育苗大棚中选取4盘辣椒苗 再从每盘中 随机选取40株 共160株苗 用钢直尺测量株高 叶 面展幅 基质上宽 基质高4个形态参数 2 2 测量结果与分析 统计辣椒苗形态特征参数测量结果 并绘制成频 数分布直方图 如图5 图8所示 图5 苗高频数分布直方图 Fig 5 Histogram of seedling height frequency distribution 181 2024年8月 农 机 化 研 究 第8期 图6 叶面展幅频数分布直方图 Fig 6 Histogram of leaf spread frequency distribution 图7 基质宽频数分布直方图 Fig 7 Histogram of the media upper width frequency distribution 图8 基质高频数分布直方图 Fig 8 Histogram of the media height frequency distribution 1 若苗高和叶面展幅过大 机械移栽时易出现卡 苗 拖苗 挂苗和回带现象 进而导致漏栽和伤苗 因 此 苗高和叶面展幅是评价辣椒苗是否适于机械化移 栽的重要参数 由图5可知 辣椒苗株高最大值 181mm 满足苗高不高于200mm的要求 由图6可 知 叶面展幅主要分布在74 128mm之间 满足叶面 展幅不宜大于150mm的要求 2 由图7可知 基质高主要分布在19 29mm之 间 基本满足育苗基质深2 3cm要求 由图8可知 基质上宽主要分布在25 31mm之间 满足育苗基质 上宽2 8 0 7cm要求 由测量结果可知 辣椒苗基质 较为饱满 利于提高机械移栽苗的直立度及移栽后苗 的成活 综上 从辣椒苗的株高 叶面展幅 基质情况来 看 所育苗盘苗基质饱满 且适于膜上移栽常用的鸭 嘴式栽植器 3 辣椒漂盘苗落苗基质损失测试与分析 辣椒苗在机械移栽过程中的位置转移 碰撞 跌 落会造成基质损失 会影响移栽效果和缓苗期 甚至 影响成活率 为了降低辣椒苗机械移栽过程中基质 的损失 以不同基质含水率的辣椒漂盘苗为测试对 象 通过落苗试验研究含水率对基质损失的影响 以 获得适于机械移栽的最佳含水率范围 3 1 材料与方法 试验器材包括电子天平 DHG 9741A型电热恒 温干燥箱 收纳袋 待栽辣椒漂盘苗及自制移栽试验 自制移栽试验台如图9所示 1 苗杯 2 送苗机构 3 调速电机 4 栽植五杆机构 5 接苗口 6 鸭嘴栽植器 7 接苗盒 图9 自制移栽试验台 Fig 9 Self made transplanting test bench 试验时 从育苗棚中随机选取5盘辣椒漂盘苗 每盘中选取40株 共200株 将200株辣椒苗分为5 组 每组40株 称量试验苗的质量 起动自制的移栽 试验台 将苗投入移栽试验台的苗杯中 苗经过送苗 机构输送至栽植机构接苗口正上方 苗杯底部打开 苗掉落至栽植器的接苗杯中 再经过鸭嘴栽植器 最 后掉落至土槽的接苗盒内 将掉落的苗再次称量 剪 除苗的茎秆 称量剩余基质 含根茎 的质量 将剩余 基质放入干燥箱干燥后 再次称量 落苗基质损失率 281 2024年8月 农 机 化 研 究 第8期 Lm和基质含水率 m分别按下式计算 即 落苗基质损失率Lm M1 M2 M1 100 7 式中 M1 落苗试验前辣椒苗质量 g M2 落苗试验后辣椒苗质量 g 基质含水率 m M3 M4 M3 100 8 式中 M3 干燥前基质 含根茎 质量 g M4 干燥后基质 含根茎 质量 g 3 2 测试结果与分析 表1为落苗试验基质损失记录表 由表1可知 随着含水率的增大 基质平均损失率呈现先减小后增 大的趋势 表明含水过高或过低均不利于基质保持 当含水过高时 基质内部粘滞性差 流动性大 当含水 过低时 基质不易成团 受到碰撞 挤压时容易损失 基质含水率为56 4 63 5 时 基质损失率相对较 小 且损失变化幅度不大 综上 基质含水率在 56 4 63 5 之间时 有利于机械移栽基质的保持 表1 落苗试验基质损失记录表 Table 1 Record of media loss in seedling dropping test 组别处理方法基质含水率基质平均损失率 1未处理69 7 1 18 2静置12h 63 5 1 06 3静置24 h 56 4 0 97 4静置36 h 50 2 1 12 4 田间机械移栽试验与分析 为了探索辣椒漂盘苗机械化移栽的适应性 以适 栽期辣椒苗和2ZB 2旱地吊杯鸭嘴式移栽机为测试 对象 通过田间机械移栽试验 完成直立度合格率 株 距 栽植合格率 伤苗率和漏苗率等栽植性能指标 测试 4 1 材料与方法 1 试验器材 主要包括2ZB 2旱地吊杯鸭嘴式 移栽机 旋耕机 起垄机 电热恒温干燥箱 1 2m地 膜 钢直尺 水平尺 角度尺 垄型专用卡尺 标杆 拉 线 收纳袋 多功能工具箱以及辣椒漂盘苗等 2 试验地及准备 贵州省思南县孙家坝镇王家 坝村辣椒基地 选取一块长度40m 宽度20m 符合移 栽机作业条件的典型辣椒种植地 试验地块的土壤 类型为黄壤土 土质特点为粘壤土 试验前 对地块 旋耕2次 起垄并覆膜 使土壤细碎度和垄体平整度 达到农艺要求 且垄体参数达到垄高20cm 垄面宽 80cm 垄底宽100cm 沟宽30cm 土壤含水率21 5 3 试验方法 田间试验移栽机栽植参数设定 栽 植频率每行40株 min 株距30cm 行距50cm 栽深 7cm 试验中 去除前后各5m作业不稳定区 在有效 长度为30m 宽度为20m地块连续栽植3垄 测量统 计600株辣椒苗与水平面夹角 株距 栽植深度 伤苗 株数和漏苗株数 4 2 田间栽植性能测试结果分析 田间作业试验及测量情况如图10所示 作业主 要性能测试结果如表2所示 图10 田间试验 Fig 10 Field experiment 表2 田间栽植性能测试结果 Table 2 Test results of field planting performance 测量参数单位测量值理论值指标要求 直立度合格率 88 7 93 平均株距mm 290 300 250 350 株距变异系数 4 6 20 平均栽植深度mm 85 3 70 50 80 栽植深度合格率 76 7 75 漏栽率 2 4 5 伤苗率 3 2 5 381 2024年8月 农 机 化 研 究 第8期 由表2可知 1 实测直立度合格率为88 7 低于旱地移栽机 作业标准中规定的直立度合格率 93 要求 主要是 因为贵州土壤黏重 鸭嘴式栽植器插植后回土困难 导致苗直立度合格率不高 2 实测平均株距为290mm 较理论株距300mm 略小 主要原因是垄面和垄沟平整性不足所致 株距 变异系数4 6 远低于20 的指标上限 3 实测平均栽植深度85 3mm 大于理论栽植深 度70mm 栽植深度合格率76 7 略高于75 的指标 下限 栽深不合格的移栽苗主要出现在垄面或沟底有 凸起或凹坑的地方 4 实测漏栽率和伤苗率分别为2 4 3 2 满 足 5 的指标要求 栽插过程中 当个别辣椒苗偏 高或叶面展幅偏大或基质偏少时 苗从苗杯落入接苗 口后难以顺利通过栽植器完成插植就造成漏苗 即使 能完成插植 但鸭嘴夹苗就造成了伤苗 综上所述 该辣椒漂盘苗与移栽机适应性较好 基本能达到机械化移栽作业要求 为了提高辣椒漂 盘苗在贵州典型种植地机械化移栽的栽植质量 移栽 作业前的整地 起垄环节需做到土壤细碎 垄面平整 垄沟平直 对于黏性土壤条件下机械移栽作业 需根 据实际栽植情况 适当二次人工覆土 以确保苗的直 立度和覆土量达到农艺要求 5 结论 1 根据贵州辣椒育苗 移栽农艺要求 参考旱地 移栽机械作业标准 明确了辣椒漂盘苗机械化移栽质 量评价指标 基于鸭嘴栽植器结构和插苗运动过程 分析 得到待栽辣椒苗的叶面展幅宜不大于150mm 苗高宜不高于200mm的育苗要求 2 以贵州某辣椒基地所育艳椒425 苗龄为50天 的漂盘苗为试验对象 完成了苗高 叶面展幅 基质上 宽 基质高度共4个形态参数的测量 结果表明 试 验地所育漂盘辣椒苗基质饱满 且适于膜上移栽常用 的鸭嘴式栽植器 3 基于自制的移栽试验平台 完成了不同含水率 基质的辣椒漂盘苗落苗试验 试验结果表明 落苗时 水分过高或过低 基质损失都比较大 当基质含水率 在56 4 63 5 时 机械移栽过程中比较利于基质 的保持 4 以2ZB 2旱地移栽机为试验对象 完成了辣椒 漂盘苗的田间机械化移栽测试 试验结果表明 漏栽 率 伤苗率 栽植深度合格率 株距变异系数分别为 2 4 3 2 76 7 4 6 满足指标要求 直立度合 格率为88 7 低于93 的指标下限 该辣椒漂盘苗 与移栽机适应性较好 基本能达到机械化移栽作业要 求 为了提高辣椒漂盘苗在贵州典型种植地机械化 移栽的栽植质量 移栽作业前的整地 起垄环节需做 到土壤细碎 垄面平整 垄沟平直 对于黏性土壤条 件下机械移栽作业 需根据实际栽植情况 适当二次 人工覆土 确保苗的直立度和覆土量达到农艺要求 5 直立度合格率低于标准值下限值 主要是由于 贵州土壤黏重 鸭嘴式栽植器栽插后回土困难所致 为了适应贵州黏重土壤条件下辣椒机械化移栽要求 课题组下一步计划开发一种带主动覆土装置的移 栽机 参考文献 1 杜涛 贵州辣椒产业规模稳步提升 N 中国食品报 2022 02 28 002 2 喻丽华 徐志波 韩忠禄 等 丘陵山区辣椒机械化移栽适 应性分析 J 农机化研究 2020 42 10 184 188 194 3 罗震 喻丽华 韩忠禄 等 基于减粘降阻特性的辣椒移栽 仿生栽植器研究 J 农机化研究 2022 44 6 133 138 4 胡双燕 胡敏娟 王佳 辣椒穴盘苗机械化移栽研究进展 J 中国农机化学报 2021 42 8 24 31 5 韩长杰 肖立强 徐阳 等 辣椒穴盘苗自动移栽机设计与 试验 J 农业工程学报 2021 37 13 20 29 6 田应书 詹永发 贵州山地辣椒井窖打孔移栽技术规程 J 农技服务 2020 37 2 41 43 7 吴彦强 侯加林 黄圣海 等 自走式高密度智能辣椒移栽 机的研制 J 农机化研究 2020 42 4 72 76 8 金丽宇 辣椒钵育移栽机栽植机构设计与试验 D 大 庆 黑龙江八一农垦大学 2021 9 徐志波 喻丽华 罗震 等 辣椒移栽机栽植机构的参数设 计与仿真研究 J 机电工程 2020 37 9 1057 1062 10 唐玉新 曲萍 刘晓宏 等 适合机械化移栽的辣椒穴盘 育苗技术规程 J 江苏农业科学 2017 45 23 112 115 11 赵晨阳 郭俊先 刘娜 等 和田地区适宜机械化移栽的 辣椒穴盘苗研究 J 中国农机化学报 2020 41 7 40 45 12 汪丹会 不同育苗方式对辣椒农艺性状与产量的影响 J 农技服务 2010 27 9 1 127 13 张兰芳 辣椒漂浮育苗的优点及应用前景 J 长江蔬 菜 2017 2 17 19 14 杨红 姜虹 辣椒漂浮育苗技术的研究及应用 J 长江 蔬菜 2011 20 3 1 3 15 中华人民共和国工业和信息化部 旱地栽植机械 JB T 10291 2013 S 北京 机械工业出版社 2014 481 2024年8月 农 机 化 研 究 第8期 Study on Adaptability of Mechanized Transplanting of Capsicum Floating Seedlings Wu Xuemeia Guan Yixuanb Gen Guangdongb Zhang Dabina a College of Mechanical Engineering b College of Agriculture Guizhou University Guiyang 550025 China Abstract n order to explore the adaptability of capsicum floating seedlings to mechanized transplanting the capsicum floating seedlings at the appropriate planting period in a capsicum base in Guizhou and 2ZB 2 dry land hanging cup duckbill clip transplanter were tested The experimental studies on the measurement of capsicum seedling morphological characteristic parameters seedling media loss and field mechanized planting were completed The results show that the media of the floating seedlings was full and it is suitable for the common duckbill clip planter When the moisture con tent of media of floating seedlings is 56 4 63 5 it is beneficial to maintain the media of mechanical transplanting The qualified rate of planting depth the rate of missed planting and the rate of injured seedlings were 76 7 2 4 and 3 2 respectively which meet the index requirements The acceptable rate of straightness is 88 7 which is lower than the lower limit of 93 In general the adaptability of capsicum floating plate seedling and transplanter is good which can basically meet the requirements of mechanized capsicum planting in Guizhou Key words capsicum floating seedling mechanized transplanting dry land transplanter planting performance 上接第178页 17 石林榕 孙伟 赵武云 等 马铃薯种薯机械排种离散元 仿真模型参数确定及验证 J 农业工程学报 2018 34 6 35 42 18 郭世鲁 王卫兵 李猛 等 马铃薯机械碰撞有限元分析 与试验研究 J 机械设计与制造工程 2016 45 1 56 59 Abstract ID 1003 188X 2024 08 0174 EA Elastic plastic Mechanical Characteristic Test and Damage Analysis of Potato Shen Yang1 2 Hu Hubiao1 2 Xu Guangtai1 2 Chen Qi1 2 Zhou Minggang1 2 Zhang Chao1 2 1 Research and Design Institute of Agricultural Machinery Engineering Hubei University of Technology Wuhan 430068 China 2 Hubei Agricultural Machinery Equipment Intelligent Engineering Technology Research Center Wuhan 430068 China Abstract The study of the mechanical characteristics of potatoes can guide the design of potato harvesting processing and transportation equipment to effectively reduce damage of potatoes Traditionally potato is considered as a linear elas tic material and no bio yield point In this paper fresh potato samples are cut as a cylindrical specimen and conducted compression tests using a Food Texture Analyzer The elastic plastic characteristics of potatoes is discovered through the force displacement relationship of potato specimen The potato failure stress elastic modulus tangential modulus and Poisson s ratio are calculated from the compression tests and the finite element analysis is conducted The results show that there is a bio yield point in potatoes After the compression force of the potato specimen exceeds the bio yield point the compression displacement and plastic deformation are approximately proportional linear relationship When po tatoes are impacted damage is more likely to occur inside the potato and occurs mainly within the inner tangent sphere with the potato collision point as the tangent point which is consistent with the mechanical characteristics of elastic plas tic material and with the existing damage experimental results Key words potato mechanical characteristic compression test plastic deformation finite element analysis 581 2024年8月 农 机 化 研 究 第8期