CN105191552B - 一种自动移栽机配套育苗工艺优化方法 - Google Patents

一种自动移栽机配套育苗工艺优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种自动移栽机配套育苗工艺优化方法，该方法包括以下步骤：首先在不同营养管理模式以及制钵参数的育苗工艺下进行育苗，测定穴盘苗品质特性及苗钵内部结构形态特性，建立苗钵结构形态特征与取苗成功率、伤苗率和品质特性的内在关系，然后分析育苗工艺参数对取苗成功率、伤苗率和品质特性的影响，最后以品质特性、取苗成功率、投苗成功率、伤苗率为目标函数，采用多目标优化策略，优化提出一套适合自动移栽兼顾育苗质量的穴盘育苗标准化工艺。本发明综合考虑育苗工艺和机械机构对移栽质量以及育苗质量的双重影响，使穴盘苗的生长利于夹取,同时苗钵结构性优良,提高了移栽成功率，有益于移栽机构与育苗农艺有机融合。

Description

一种自动移栽机配套育苗工艺优化方法
技术领域
本发明属于穴盘苗高效生产领域，特别是涉及一种自动移栽机配套育苗工艺优化方法。
背景技术
育苗移栽，是蔬菜、花卉等生产过程中一个重要技术环节，具有对气候的补偿作用和使作物生育提早的综合效益，其经济效益和社会效益均非常可观。目前，约有60％蔬菜是采用穴盘育苗移栽方式种植的，80％以上的花坛植物是由穴盘生产的。
随着育苗技术的发展，以及劳动力成本的上升，推动了自动移栽机械的研制开发工作。俞高红等研发了一种椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗自动移栽机构(申请号：201110270973.3)，陈志等提供了一种钵盘苗蔬菜移栽机(申请号：201110427154.5)，冯青春等发明了一种气动缓冲花卉苗移栽定位机构(申请号：201310241959.X)，以实现花卉种苗移栽自动化作业。但我国的育苗技术与机械化移栽作业不配套，使得移栽成功率和移栽效率降低，所开发的自动移栽机至今无法在实际生产中得到应用。
虽然我国已制定出农业行业标准—蔬菜穴盘育苗通则(NY/T2119-2012)来指导穴盘育苗生产，但该育苗通则仅仅从保证育苗质量育出壮苗的角度出发，没有考虑自动移栽的适应性。倪纪恒等提出了一种提高移栽机取苗成功率的育苗方法(申请号：201310479467.4)，利用作物根系在水分不足的情况下主动寻水性的特点，将穴盘底部采用塑料薄膜封闭，在中部钻洞，使水分从穴孔所钻的洞中进入栽培基质中，促使根系在栽培基质中部生长，加强了根系对栽培基质的包裹，降低了移栽苗的地上部，旨在提高移栽机的取苗成功率，是否具有实际效果有待检验，而且该提高移栽机取苗成功率的育苗方法也是在保证育苗的苗钵质量。事实上，对穴盘苗自动移栽而言，不仅要求穴盘苗生长(包括苗和根系的生长)利于夹取，还要求苗钵结构性优良。这就需要进一步综合考虑育苗与机器相互影响相互制约关系，优化提出一套兼顾育苗质量和移栽质量、适合我国国情的穴盘育苗工艺。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，而提供一种自动移栽机配套育苗工艺优化方法，通过综合考虑育苗工艺和机械机构对移栽质量以及育苗质量的双重影响，促使育苗农艺与移栽机构有机融合，实现穴盘苗自动高效移栽。
本发明的技术方案是：一种自动移栽机配套育苗工艺优化方法，包括以下步骤:
S1、在不同营养管理模式以及制钵参数的育苗工艺下进行育苗；
S2、测定在不同营养管理模式以及制钵参数的育苗工艺下穴盘苗品质特性，获得品质特性特征值；
S3、通过无损检测技术测试在不同营养管理模式以及制钵参数的育苗工艺下苗钵内部结构形态特性，得到苗钵孔隙结构特征，进一步分析所述苗钵孔隙的大小、形状、分布规律等孔隙结构特征，以及根系与基质颗粒连接密实度信息；
S4、根据所述穴盘苗品质特性的测定和所述苗钵内部结构形态特性的测试，建立苗钵结构形态特征与取苗成功率和伤苗率的关系，分析苗钵结构形态特征对穴盘苗根系和植株长势的影响；
S5、以所述苗钵结构形态特征为载体，分析育苗工艺参数对取苗成功率、伤苗率和品质特性的影响，确定影响的育苗工艺主次因素，对优化的育苗工艺参数进行降维；
S6、对移栽质量、育苗质量中所得数据进行归一化处理，确定移栽质量、育苗质量的权重系数；
S7、以品质特性、取苗成功率、伤苗率为目标函数，采用多目标优化策略，优化兼顾育苗质量和移栽质量的穴盘育苗工艺参数。
上述方案中，所述步骤S1中所述营养管理包括对育苗环境的温度、湿度、光照、营养、水分的管理，所述制钵工艺包括对制钵的基质配比、压实度和含水率的工艺。
上述方案中，所述步骤S2中的穴盘苗品质特性包括穴盘苗的根系特性和植株长势特性。
上述方案中，所述步骤S3中的无损检测技术为Micro-CT测试技术，也能是其它无损检测苗钵内部结构形态特性的技术手段。
上述方案中，所述步骤S4中的所述取苗成功率包括取苗机构夹钵取苗和直立投苗的成功率，所述伤苗率包括苗的损伤率和苗钵的破损率。
上述方案中，所述步骤S5中的育苗工艺参数包括生长调控参数和制钵工艺参数，所述长调控参数包括育苗环境的温度、湿度、光照、营养和水分环境，所述制钵工艺参数包括基质配比、压实度和含水率。
上述方案中，所述步骤S6中的权重系数是基于专家打分法进行的，也能是其它适合评价穴盘育苗体系的权重确定方法。
上述方案中，所述步骤S7中的多目标优化策略是基于TOPSIS法或者综合评分法进行的。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明综合考虑了不同营养管理和制钵工艺下所培育穴盘苗的育苗质量和移栽质量，建立包括穴盘苗的育苗质量和移栽质量的综合质量内、外关系，从中优化提出与自动移栽机相配套的标准化育苗工艺，使穴盘苗的生长利于夹取,同时苗钵结构性优良,提高了移栽成功率,突破与育苗工艺不相配套的自动移栽机构的工程实际应用问题，对于实现我国穴盘苗自动高效移栽，提升种植机械化水平，促进农村经济发展、农业增效、农民增收具有重要的应用价值。
附图说明
图1是本发明一实施例中不同育苗基质下黄瓜穴盘苗的生长质量对比图。
图2是本发明一实施例中T5黄瓜苗钵3D结构形态图。
图3是本发明一实施例中T5黄瓜苗钵断层3D结构图。
图4是本发明一实施例中T5黄瓜苗钵断层微缝隙结构图。
图5是本发明一实施例中T5黄瓜苗钵根-基质微缝隙灰度级频数图。
具体实施方式
下面结合附图具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。
本发明以黄瓜穴盘育苗工艺优化为例对所述自动移栽机配套育苗工艺优化方法进行详细说明，所述自动移栽机配套育苗工艺优化方法包括以下步骤：
S1、首先在不同营养管理模式和制钵参数的育苗工艺下的进行育苗试验。所述育苗工艺包括对育苗环境的温度、湿度、光照、营养、水分等的营养管理，以及涉及基质配比、压实度和含水率等参数的制钵工艺。
本实施例的供试育苗对象：“津优一号”黄瓜。
制钵：以泥炭、蛭石与珍珠岩为基本原材料，根据蔬菜穴盘育苗通则(NY/T2119-2012)规定的育苗基质理化特性要求，按不同体积比配制，设定五个处理，分别为处理TI、T2、T3、T4和T5，所述处理T1为草炭：水苔：珍珠岩：蛭石＝2：1：1：1，所述处理T2为草炭：水苔：珍珠岩：蛭石＝3：0：1：1，所述处理T3为草炭：水苔：珍珠岩：蛭石＝2：1：0：1，所述处理T4为草炭：水苔：珍珠岩：蛭石＝3：0：0：1，所述处理T5为淮安市中诺农业科技发展有限公司有机基质。为了有效控制样本钵体的压实度，由于在穴孔容积一定时，填充量反映基质的压实度，在装盘时，可以通过在每个穴盘填充不同体积的基质，以此划分压实度水平。试验前将样本穴盘苗浇透，采用自然蒸腾法分时段取样，以得到不同水平的苗钵含水率。
营养管理控制：在Venlo型现代温室培育样本穴盘苗，采用自然光；温湿度控制在适宜范围内，温室中的空气相对湿度在60％～80％取不同水平，在基质水分充足时，白天的空气湿度可以控制在低水平；环境温度控制在白天24℃～28℃、夜间15℃～20℃水平，达到昼夜温差在5℃～10℃；水分控制采用“见干见湿”水分管理，即苗钵顶部见干即浇水，底部见湿停止浇水；根据基质配比情况，确定是否需要补浇育苗营养液，在本育苗试验中基质配比里调配好营养，后期不需要补浇育苗营养液。
S2、在所述步骤S1的育苗实验基础上测定在不同营养管理模式以及制钵参数的育苗工艺下穴盘苗品质特性，获得品质特性特征值。所述穴盘苗品质特性包括穴盘苗的根系特性和植株长势特性。
本实施例以测定在不同生产基质下黄瓜穴盘苗的品质特性为例，结果如表1所示：
表1不同基质下黄瓜穴盘苗的品质特性
注：a，b，c，d字母表示在行中的显著性差异。
可根据测定在不同生产基质下黄瓜穴盘苗的品质特性方法测定在不同压实度或者不同营养管理下黄瓜穴盘苗的品质特性。
本实施例用壮苗指数反映黄瓜穴盘苗品质特性特征值，计算公式为：
壮苗指数SI＝(茎粗/株高+根干/株干)×全株干重；
全株干重＝根干+株干。
将表1数据代入上述壮苗指数的计算公式计算结果如图1所示，五个处理的壮苗指数大小排列为：T1>T3>T4>T2>T5。
S3、通过无损检测技术测试在不同营养管理模式以及制钵参数的育苗工艺下苗钵内部结构形态特性，得到苗钵孔隙结构特征，进一步分析所述苗钵孔隙的大小、形状、分布规律等孔隙结构特征，以及根系与基质颗粒连接密实度信息。
本实施例中测试苗钵内部结构形态特性是基于Micro-CT测试分析进行的，也可以是其它任何无损检测苗钵内部结构形态特征的技术手段。图2所示为基于Micro-CT扫描测试所述处理T5的黄瓜苗钵3D结构形态特性,可见苗钵为一种有生命的苗根、基质、水、气构成的柔性、多相、多孔、复合材料结构体；图3所示为所述处理T5的黄瓜苗钵断层3D结构图，由此看到苗钵内部结构主要为育苗基质颗粒层次堆积紧密排列状态；图4所示为所述处理T5苗钵原生微缝隙结构图，由此得到苗钵原生缝隙主要来自育苗基质颗粒填充不充分；图5所示为所述处理T5黄瓜苗钵根-基质微缝隙灰度级频数图，可以得到育苗基质颗粒的灰度等级高且多，幼苗根系灰度等级低且少，进一步分析孔隙的大小、形状、分布规律等孔隙结构特征，以及根系与基质颗粒连接密实度信息，得出苗钵孔隙适中分布均匀,利于苗体的生长并且更好的配合移栽机的移栽；所述处理T1、T2、T3、T4和T5在不同基质下黄瓜苗钵内部结构特征值如表2所示。
表2不同基质下黄瓜苗钵内部结构特征值
S4、根据穴盘苗的根系状况和植株长势情况等品质特性的测定和苗钵原生微缝隙、孔隙的大小、形状、分布规律等苗钵内部结构形态特性的测试，建立苗钵结构形态特征与取苗成功率和伤苗率的关系，分析苗钵结构形态特征对穴盘苗根系和植株长势的影响。所述取苗成功率包括取苗机构夹钵取苗和直立投苗的成功率，所述伤苗率包括苗的损伤率和苗钵的破损率。本实施例中黄瓜苗茎粗的显著影响分析如表3所示。
表3黄瓜苗茎粗的显著影响分析
黄瓜的其他结构形态可根据类似表2中黄瓜苗茎粗的显著影响分析方法进行分析。
S5、以所述苗钵结构形态特征为载体，分析育苗工艺参数对取苗成功率、伤苗率和品质特性的影响，确定影响的育苗工艺主次因素，对优化的育苗工艺参数进行降维。所述的育苗工艺参数包括生长调控参数和制钵工艺参数，所述长调控参数包括育苗环境的温度、湿度、光照、营养和水分环境，所述制钵工艺参数包括基质配比、压实度和含水率。
本实施例针对黄瓜苗，通过显著影响分析，得到主要因素为温度、光照、基质配比，其余为次要因素，影响不显著。
S6、对移栽质量、育苗质量中所得数据进行归一化处理，确定移栽质量、育苗质量的权重系数。
假设在对移栽质量、育苗质量的评价中有n个评价对象、m个评价指标，原始数据可写为矩阵X＝(Xij)n×m，通过下述公式进行归一化处理：
归一化后得到矩阵Z＝(Zij)n×m，在不同基质下黄瓜苗综合质量信息归一化矩阵如表4所示。
表4不同基质下黄瓜苗综合质量信息归一化矩阵
涉及移栽质量、育苗质量的评价指标权重系数可通过开展专家咨询调查，通过专家打分法确定，也可以通过其它适合评价穴盘育苗体系的权重确定方法确定。本实施例，为了简便起见，等权重对待每个评价指标。
S7、以品质特性、取苗成功率、伤苗率为目标函数，采用多目标优化策略，优化兼顾育苗质量和移栽质量的穴盘育苗工艺参数。
考虑生产成本低廉，根据TOPSIS原理，分别计算第i评价对象与最优方案Z+、最劣方案Z-距离，再计算第i评价对象与最优方案的接近程度Ci，以接近程度Ci大小判断优劣，从而优化兼顾育苗质量和移栽质量的穴盘育苗工艺参数。
基于TOPSIS的黄瓜苗综合质量评价如表5所示，综合考虑穴盘苗品质、苗钵结构力学特性以及生产成本、移栽质量等多方面指标，在相同的生长环境和肥水管理条件下，通过优化得到所配制的五种基质下培育黄瓜苗的移栽质量兼顾育苗质量等级为T1>T2>T3>T5>T4,T1处理的穴盘苗生长以及苗钵结构性更利于移栽机的夹取，提高了移栽成功率。
表5基于TOPSIS的黄瓜苗综合质量评价
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种自动移栽机配套育苗工艺优化方法，其特征在于，包括以下步骤:
S1、在不同营养管理模式以及制钵参数的育苗工艺下进行育苗；
S2、测定在不同营养管理模式以及制钵参数的育苗工艺下穴盘苗品质特性，获得品质特性特征值；
S3、通过无损检测技术测试在不同营养管理模式以及制钵参数的育苗工艺下苗钵内部结构形态特性，得到苗钵孔隙结构特征，进一步分析所述苗钵孔隙的大小、形状和分布规律，以及根系与基质颗粒连接密实度信息；
S4、根据所述穴盘苗品质特性的测定和所述苗钵内部结构形态特性的测试，建立苗钵结构形态特征与取苗成功率和伤苗率的关系，分析苗钵结构形态特征对穴盘苗根系和植株长势的影响；
S5、以所述苗钵结构形态特征为载体，分析育苗工艺参数对取苗成功率、伤苗率和品质特性的影响，确定影响的育苗工艺主次因素，对优化的育苗工艺参数进行降维；
S6、对移栽质量、育苗质量中所得数据进行归一化处理，确定移栽质量、育苗质量的权重系数；
S7、以品质特性、取苗成功率、伤苗率为目标函数，采用多目标优化策略，优化兼顾育苗质量和移栽质量的穴盘育苗工艺参数。
2.根据权利要求1所述的自动移栽机配套育苗工艺优化方法，其特征在于，所述步骤S1中育苗工艺包括对育苗环境的温度、湿度、光照、营养、水分的营养管理，以及涉及基质配比、压实度和含水率的制钵工艺。
3.根据权利要求1所述的一种自动移栽机配套育苗工艺优化方法，其特征在于：所述步骤S2中的穴盘苗品质特性包括穴盘苗的根系特性和植株长势特性。
4.根据权利要求1所述的一种自动移栽机配套育苗工艺优化方法，其特征在于：所述步骤S3中的无损检测技术为Micro-CT测试技术，也能是其它无损检测苗钵内部结构形态特性的技术手段。
5.根据权利要求1所述的一种自动移栽机配套育苗工艺优化方法，其特征在于：所述步骤S4中的所述取苗成功率包括取苗机构夹钵取苗和直立投苗的成功率，所述伤苗率包括苗的损伤率和苗钵的破损率。
6.根据权利要求1所述的一种自动移栽机配套育苗工艺优化方法，其特征在于：所述步骤S5中的育苗工艺参数包括生长调控参数和制钵工艺参数，所述长调控参数包括育苗环境的温度、湿度、光照、营养和水分环境，所述制钵工艺参数包括基质配比、压实度和含水率。
7.根据权利要求1所述的一种自动移栽机配套育苗工艺优化方法，其特征在于：所述步骤S6中的权重系数是基于专家打分法进行的，也能是其它适合评价穴盘育苗体系的权重确定方法。
8.根据权利要求1所述的一种自动移栽机配套育苗工艺优化方法，其特征在于：所述步骤S7中的多目标优化策略是基于TOPSIS法或者综合评分法进行的。
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