国内外甘蔗切种研究现状的文献综述

国内外甘蔗切种研究现状的文献综述摘要甘蔗是重要的糖料与能源作物，蔗种制备是甘蔗种植的前置核心工序，切种质量直接决定蔗种发芽率、出苗整齐度与后期产量。传统人工切种劳动强度大、效率低、标准化程度差，机械化、智能化切种已成为甘蔗产业机械化的研究热点。本文梳理了甘蔗切种的农艺基础、国外甘蔗切种装备与智能识别技术、国内切种机械、视觉检测与算法优化等研究成果，总结当前研究存在的痛点，并预判未来发展方向，以期为单芽精准切种、一体化预切种工作站及配套装备研发提供参考。

关键词：甘蔗切种；单芽蔗种；机器视觉；智能切段；甘蔗机械化0引言我国甘蔗主产区集中在广西、云南、广东等西南丘陵山地，地块细碎、地形复杂，长期依赖人工切种，制约甘蔗全程机械化推广。甘蔗切种分为实时切种与预切种两种模式，预切种可提前制备标准化单/双芽蔗段，适配自动排种种植机，是现阶段主流发展方向。切种核心指标主要包含伤芽率、切段长度一致性、切面质量、切种效率。近年来机器视觉、深度学习、离散元仿真、柔性输送等技术大量应用于甘蔗切种领域，国内外学者围绕茎节识别、切割力学、刀具优化、整机结构开展大量试验研究，但山地适应性、多品种通用性、田间稳定性等难题仍待突破。1甘蔗切种农艺与基础理论研究1.1蔗种农艺要求蔗芽是甘蔗萌发核心器官，切种要求避开芽体位置，在节间区域切断，优先推广单芽段种植。单芽技术可大幅节约蔗种用量（相比传统双芽/多芽节可节约70%左右蔗种），利于标准化密植，也是可持续甘蔗种植体系（SSI）的核心技术之一。芽片育苗（budchip）技术在印度等国研究较多，将带少量根带组织的蔗芽剥离育苗后移栽，进一步降低用种量，但育苗周期较长（35~70d），规模化应用受限。1.2甘蔗茎秆力学与切割机理甘蔗属于纤维质非均质生物材料，茎秆直径、纤维走向、含水率随品种、成熟度差异显著，直接影响切割力、断面撕裂与伤芽概率。国外Kroes等建立双刀盘切割动力学模型，优化刀盘转速与切削速度配比；Thanomputra尝试高压磨料水切割甘蔗，探索无接触切割方案。国内刘庆庭团队系统研究滑切角、刀盘倾角、切割速度与砍蔗力的响应规律；蔡力、谢卢鑫等通过单因素与正交试验，建立刀具参数与切割质量的数学模型；麻芳兰等人采用离散元仿真模拟甘蔗切割过程，分析蔗秆与刀具、输送机构的交互阻力，为结构参数优化提供仿真支撑。现有研究普遍证实：滑切方式相比冲击直切，切削力更小、断面更平整、蔗芽挤压损伤更低。2国外甘蔗切种研究现状国外甘蔗机械化起步更早，巴西、澳大利亚、美国、泰国、印度是主要研究区域，整体装备成熟度高，预切种成套设备产业化程度领先，但机型适配平原连片大田，难以直接移植到我国丘陵小地块生产条件。装备研发：巴西、澳大利亚主流采用大型预切种生产线，可连续自动输送、切段、分选、消毒，配套全自动种植机，无需人工喂入，播种均匀性好。泰国、印度较多研究中小型实时切种装置，适配中小农户，但传统机型普遍缺少芽识别功能，伤芽问题突出。Nare等开发基于机器视觉的自动蔗种生产系统，产能可达1782芽段/h，但识别精度受输送速度干扰明显。识别与智能技术：Moshashai等早期采用灰度阈值分割方法识别甘蔗茎节，实现基础定位；后续研究逐步引入RGB传感器、机器学习、图像算法完成芽体与节间区分，用于自动避让切割。印度学者重点开展芽片育苗配套切芽设备研发，聚焦低成本小型化装备开发，适合小农模式推广。局限性：国外机型农艺标准适配本土大行距、连片平原种植，设备体积大、造价高；多数成熟装备未针对细径、弯曲、节间短的国内甘蔗品种优化，环境适应性差，直接引进难以落地。3国内甘蔗切种研究现状国内研究集中于广西大学、华南农业大学、中国热带农业科学院农机所等单位，核心目标是低伤芽、单芽精准切段、适配丘陵地块，研究方向分为机械结构优化、机器视觉茎节识别、一体化工作站研发三类。3.1机械式切种装备早期国产切种机以纯机械定时定长切段为主，不具备芽识别能力，仅按固定长度切断，伤芽率偏高，出苗不稳定。学者围绕间歇进给、柔性夹紧、多刀同步切割开展改进：如不完全齿轮+摆动导杆机构实现间歇送料与快速切断，增设蔗秆夹紧机构减少切割冲击开裂；李尚平等研发液压驱动多刀同步预切工作站，突破单刀单次单段的效率瓶颈，大幅提升产能。3.2机器视觉与深度学习识别切种系统视觉识别是实现“避芽切割”的核心，也是近年国内研究热点。传统图像处理：黄亦其、陆尚平等基于HSV色彩空间、SVM分类器提取茎节特征，识别率可达90%~94%，早期样机验证了视觉防伤芽可行性；深度学习算法：周德强、牛钊君等将YOLO系列模型应用于蔗芽/茎节检测，提出YOLOv5-STD等改进算法，2DZ-2型单芽智能切种机试验指标可达识别准确率≥95%，伤芽率＜1.8%，切种合格率95.8%，是国内代表性成果；多感知融合：部分研究融合电阻传感、光学传感器辅助识别，但触觉传感器对不凸起蔗芽识别不稳定，光学识别易受光照、蔗皮污渍干扰，鲁棒性不足。3.3配套预切种系统与试验研究中国热科院农机所搭建甘蔗种杆智能锯切试验平台，采用响应面法建立进给速度、锯切速度、茎秆直径和切割力、断面质量的回归模型，优化锯切工艺参数，为智能切段系统提供试验依据。同时同步配套排种器研究，解决预切蔗段后续自动排种漏种、卡料问题，打通“切种—排种”一体化链路。4当前研究存在的主要问题复杂工况下识别稳定性不足：田间原料甘蔗存在弯曲、粗细不均、带残留叶鞘、表皮污渍、光照波动等问题，多数视觉算法仅在实验室理想样本下精度高，实际工况识别准确率下降；单台设备综合性能失衡：高精准低伤芽机型普遍切种速度偏低，高速机型又容易增加挤压与冲击损伤，效率与切种质量难以兼顾；多品种通用性差：不同甘蔗品种节长、芽形态、表皮色差差异大，模型与机构参数多为特定品种调试，跨品种适配能力弱；山地小型化装备不足：现有成熟样机多为固定式预切工作站，移动式田间小型切种装备偏少，难以满足小农户就地切种需求；全流程集成度不高：切种、选种、消毒、输送、排种多独立设备，缺少低成本一体化成套系统。5发展趋势展望轻量化、小型化智能切种装备：面向我国丘陵小块蔗田，开发可配套中小型拖拉机的移动式单芽切种设备，兼顾成本与实用性；多模态感知与轻量化AI算法：融合机器视觉、红外、深度相机，构建抗光照、污渍干扰的多传感识别方案；部署轻量化深度学习模型，降低硬件成本，提升实时性；柔性低损伤切割新工艺：进一步完善滑切、超声切割、水射流等非冲击切割技术，配合柔性夹持输送机构，从机理层面降低伤芽与断面撕裂；预切种全流程一体化：集成自动上料、智能切段、缺陷蔗段分选、药剂消毒、缓存排种，形成标准化蔗种制备流水线；数字化与农艺农机融合：建立不同品种甘蔗物理特征数据库，实现参数自适应调节，推动切种装备与甘蔗品种、种植农艺协同匹配。6结语国外甘蔗切种技术在大型预切成套装备上积累深厚，但难以适配我国丘陵蔗区生产条件；国内近十年在机器视觉识别、单芽精准切段样机方面进展迅速，低伤芽指标已达到较高水平，但复杂田间工况稳定性、小型化装备产业化仍是短板。后续研究应重点突破复杂环境茎节精准感知、柔性低损伤切割、低成本一体化装备等关键技术，推动甘蔗切种标准化、智能化，助力甘蔗全程机械化落地。参考文献（示例格式，可按需扩充）[1]牛钊君，葛畅，韦丽娇，等。单芽段甘蔗自动切种机目标检测与排种方案优化[J].农业工程学报，2025.

[2]许洪振，杜笑隆，刘姣娣，等。甘蔗茎秆切割机理与切种装备研究进展[J].科学技术与工程，2025.

[3]BikshamG.BudChipSeedling-ANewPropagatingTechniqueinSugarcaneProduction:AnOverview[J].AgriculturalReviews,2011.

[4]WangS,etal.Sugarcane-Seed-CuttingSystemBasedonMachineVisioninPre-SeedMode[J].Computers