大蒜種植機(jī)定向裝置的發(fā)展現(xiàn)狀分析

臧云飛

摘 要：由于大蒜種植時(shí)需要滿足芽上根下、立直種植的農(nóng)藝要求，大蒜種植前需要對(duì)蒜種定向排序，因此，大蒜定向技術(shù)在大蒜種植機(jī)械化中十分關(guān)鍵。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了大量的研究。在此背景下，主要闡述國內(nèi)外常見的大蒜定向方式與定向裝置，并給出大蒜定向裝置未來的發(fā)展趨勢(shì)，希望能夠?qū)Υ笏舛ㄏ蜓b置的發(fā)展起到引導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：大蒜種植機(jī);定向裝置;研究現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：S223.2??????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.07.015Open Science Identity（OSID）

0 引言

我國是世界上最重要的大蒜生產(chǎn)國和出口國，產(chǎn)量居世界首位，占全球總產(chǎn)量的70%以上[1、2]，因此，大蒜種植機(jī)械化的發(fā)展對(duì)大蒜種植尤為重要。國外大蒜種植與國內(nèi)種植方式不同，大蒜種植機(jī)械也存在一定的差異。目前，以歐美國家為主的西方國家大多采取隨機(jī)種植的方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大蒜的單粒種植[3]，但大蒜種植機(jī)械中基本沒有大蒜定向裝置;以中國、日本為主的亞洲國家大多需要芽上根下、立直種植，因此大蒜定向裝置的研究主要集中于中國、日本等亞洲國家。

1 國內(nèi)大蒜定向裝置的研究現(xiàn)狀

目前，關(guān)于蒜種定向裝置的研究有很多[4]，對(duì)蒜種的定向效果也各有差異[5]。蒜種定向技術(shù)按定向方法可分為半自動(dòng)定向以及全自動(dòng)定向。

半自動(dòng)定向是指人工先將蒜種按照規(guī)定的朝向依次擺入蒜種盒中或者相應(yīng)的紙袋中，然后再借用機(jī)具將蒜種盒或蒜種紙袋投入土中進(jìn)行種植，這樣雖然能將大蒜種植推向機(jī)械化，但是對(duì)蒜種盒的材料要求較高，需要運(yùn)用可降解的材料，綜合成本高，且對(duì)土壤的破壞比較嚴(yán)重，因此不利于推廣。比較常見的具有大蒜半自動(dòng)定向方式的機(jī)型為洋馬公司研制的一種多用途小型根莖類作物種植機(jī)。

全自動(dòng)定向方式的研究主流方向可分為機(jī)械控制和光電控制。常見的機(jī)械控制定向方式主要有螺旋導(dǎo)管定向[6]、三級(jí)定向斗式定向[7]、翻轉(zhuǎn)漏斗式定向[8]、振動(dòng)式定向[9]、水浮式定向等定向方式。

螺旋導(dǎo)管式定向是依靠蒜種與錐形螺旋導(dǎo)管之間的摩擦對(duì)蒜種進(jìn)行定向，定向隨機(jī)性較大，定向效果不能得到很好的保證，因此，近年來這種定向方式的使用逐漸減少。

分級(jí)定向是通過將蒜種通過多級(jí)定向斗不斷地對(duì)蒜種芽尖朝向進(jìn)行調(diào)整，最終使蒜種芽尖向上落入大蒜立直種植裝置中。該裝置能夠?qū)Υ笏膺B續(xù)定向，但是適用于芽尖較長、大蒜重心靠近根部的蒜種，對(duì)蒜種的要求較高，且經(jīng)過分級(jí)定向裝置定向后，蒜種落入立直種植裝置時(shí)會(huì)出現(xiàn)芽尖向下的姿態(tài)，因此，分級(jí)定向裝置的定向成功率還有待提高。

翻轉(zhuǎn)式翻轉(zhuǎn)斗定向一般是安裝到排種器出種口的下方，下方的栽種鴨嘴隨著立直種植裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)推開上方的接種定向斗，隨著翻轉(zhuǎn)定向斗的不斷打開，蒜種因芽尖較長的原因形成了一個(gè)支點(diǎn)，使得蒜種定向。這種定向方式定向成功率高，但此定向方式比較適用于芽尖較長的特定蒜種;定向過程中翻轉(zhuǎn)定向斗與栽種鴨嘴配合打開，定向裝置的定向效率有所降低，因此翻轉(zhuǎn)式定向的連續(xù)定向能力還應(yīng)進(jìn)一步提升。

振動(dòng)式定向主要是依據(jù)蒜種自身受到的重力與摩擦力對(duì)蒜種定向。比較常見的定向裝置為螺旋振動(dòng)定向裝置。振動(dòng)式定向雖然能實(shí)現(xiàn)蒜種的直立栽種，但是因裝置的排種管結(jié)構(gòu)為僅容一粒蒜種通過的管狀型，在定向的過程中存在“卡蒜”的問題，對(duì)蒜種定向的連續(xù)性不佳，因此并沒有廣泛推廣。

水浮式定向主要是依據(jù)種子的浮力對(duì)大蒜定向。水浮式定向的工作效率相對(duì)于其他的定向裝置定向的效率較低，滿足不了實(shí)際的生產(chǎn)需要，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于實(shí)際的推廣應(yīng)用。

全自動(dòng)定向方式除了常見的機(jī)械控制外，光電控制也是較為常見的一種控制方式。光電控制主要是根據(jù)大蒜自身的特性，針對(duì)特定蒜種芽尖較長這一特性進(jìn)行光電識(shí)別，然后通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)向達(dá)到蒜種定向的目的。常見的光電控制主要是運(yùn)用圖像識(shí)別技術(shù)以及將機(jī)械臂與單片機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)大蒜定向，但目前大多處于研發(fā)階段，并沒有大范圍的推廣。

2 國外大蒜定向裝置的研究現(xiàn)狀

歐美等國家農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度高，多采用寬行距隨機(jī)播種，但地區(qū)人力資源較為緊張，人工成本高，因此在大蒜種植時(shí)多采用單粒精量化隨機(jī)種植，大蒜定向裝置研究較少。

歐洲種植大蒜的地區(qū)主要集中在法國、荷蘭和西班牙等國家，受各方面條件影響，這些地區(qū)研制出的大蒜種植機(jī)雖能基本保證蒜種單?；坎シN，但均無蒜種定向裝置和立直種植裝置。

法國ERME公司研制了氣吸式大蒜種植機(jī)。這種大蒜種植機(jī)采用氣吸式排種器，保證了排種的單?；?，排種后蒜種直接隨機(jī)排入開溝器開好的淺溝，而后由鎮(zhèn)壓輪鎮(zhèn)壓覆土，完成種植。該大蒜種植機(jī)未能實(shí)現(xiàn)對(duì)蒜種的定向及立直種植。

荷蘭WIFO公司研制了多功能精密播種機(jī)，可種植大蒜、洋蔥、青蔥和小型馬鈴薯等多種經(jīng)濟(jì)作物。該種植機(jī)種植效率高，能適用于多種作物種植，但該種植機(jī)并不能實(shí)現(xiàn)蒜種定向功能以及立直種植功能。

對(duì)大蒜入土后需要立直種植的亞洲等國家大蒜定向裝置的研究現(xiàn)狀與國內(nèi)基本相似，在此不一一贅述。

3 大蒜定向裝置發(fā)展趨勢(shì)

（1） 大蒜種植機(jī)械定向技術(shù)與定向裝置的研究主要集中在國內(nèi)，常見的大蒜定向裝置主要以機(jī)械控制為主，目前蒜種的定向技術(shù)針對(duì)特定蒜種的單一特征有較好的定向效果，在將來的研究中，蒜種的定向技術(shù)應(yīng)當(dāng)適用于蒜種的多個(gè)特征來進(jìn)行定向，以提高對(duì)蒜種品種的適應(yīng)性。

（2） 蒜種定向裝置在進(jìn)行蒜種定向的過程中，蒜種定向裝置缺乏對(duì)蒜種定向失敗后糾正的過程，往往僅進(jìn)行一次定向就將蒜種進(jìn)行栽種，這樣的過程中蒜種的定向率不能夠保證。因此，蒜種定向技術(shù)在今后的發(fā)展中，應(yīng)當(dāng)會(huì)對(duì)蒜種的定向進(jìn)行糾錯(cuò)，對(duì)蒜種進(jìn)行二次定向。從而提升蒜種的定向率。

（3） 隨著人工智能技術(shù)的進(jìn)步，大蒜定向技術(shù)會(huì)與人工智能相結(jié)合，這樣就可以突破蒜種對(duì)定向裝置的限制，新型大蒜定向裝置能夠適應(yīng)絕大多數(shù)蒜種的定向。

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