全自动取苗机构是实现蔬菜穴盘苗全自动移栽的关键,可显著降低人工移栽成本并提高移栽的效率。目前,我国针对全自动取苗技术的研究大多还处于实验室阶段,主要存在育苗技术创新不及时、根系与基质互作机理不清、机构的设计与育苗技术结合不紧密等关键问题,多方因素制约了蔬菜穴盘苗全自动取、投苗技术的发展。因此针对以上关键问题,本研究主要完成了以下工作:（1）进行了生物炭对蔬菜穴盘苗机械与长势特性影响的研究。在原有草炭、珍珠岩、蛭石按照3:1:1混合而成基质的基础上添入一定比例的生物炭,发现生物炭的混入显著提高了原有基质的p H值、EC值以及孔隙度,并降低了基质的容重。此外,生物炭可显著提高基质的保水性能,并可促进基质实现氮肥缓释效果。当生物炭添入比例达到10%时,黄瓜穴盘苗各生长参数最佳,此时穴盘苗茎叶中的含糖量与含氮量显著提高,且根系生长旺盛。当生物炭比例继续增加超过20%甚至达到50%时,穴盘苗茎叶含糖量以及营养物质运输能力显著降低,此时生物炭对穴盘苗的生长产生明显抑制作用。生物炭固有的优良特性改良了原有基质的理化性能,一定比例下提高了穴盘苗养分运输以及新陈代谢能力,且其成本较低。因此,综合根系长势以及基质强度分析,基质中混入10%与20%生物炭可显著促进穴盘苗钵体的物理力学性能,且此趋势同样适用于番茄穴盘苗。（2）探究了穴盘苗根-基质复合体中根系对基质的锚固加筋增强机理。将穴盘苗根系按照直径范围统一划分为主根（0.86 mm～1.19 mm）、一级侧根（0.41mm～0.62 mm）、二级侧根（0.23 mm～0.36 mm）以及次生根（0.13 mm～0.18 mm）这4个类别。测定各径级根系化学成分含量,得出根系直径越小纤维素含量越高,而根系直径对根系中半纤维素与木质素含量并无显著影响。分析单根力学特性,得出随着根系直径的增加,单根极限抗拉与抗剪力均显著增加,而抗拉与抗剪强度却显著减小,这表明根系越细刚性越好。进行单根与基质摩擦性能试验,结果表明摩阻力随着根系直径的增加而线性增大,摩阻应力以及摩擦系数随着直径的增加而显著减小,即根系越细,与基质之间的摩阻性能越佳。对根-基质复合体进行重塑直剪试验,发现混入基质中根越细、数量越多,其重塑复合体抗剪性能越好。研究不同时期穴盘苗根系生长趋势以及分布特征,发现第7天至第15天之间是穴盘苗根系快速生长期,培育过程中主根一般垂直向下生长且其他“细根”均大量分布在基质的外围。利用Micro-CT技术并结合根系生长分布参数绘制穴盘苗根系3D拓扑结构,并将其导入EDEM中建立不同根系组合离散元模型进行力学性能分析,结果表明“细根”数量越多,与基质颗粒黏结更紧密,所形成根-基质复合体力学性能越好。因此,根系中主根主要起锚固作用,而其余“细根”则对基质起到加筋作用,多种径级根系穿过基质相互缠绕、咬合,对基质形成锚固加筋增强作用,显著提高了根-基质复合体的物理力学性能。（3）讨论了不同比例生物炭与水氮混施对穴盘苗生长的影响。为了培育具有优良长势并符合自动取苗需求的蔬菜穴盘苗,在基质中混有一定比例生物炭的基础上,改变基质的含水率以及初始含氮量,设计三因素三水平全因素试验,评价指标为穴盘苗生长参数、根系参数、干物质、根冠比、比根长、水N利用效率以及钵体抗破碎能力。试验表明,得出当混入基质生物炭比例为5%、基质含水率为80%以及初始含氮量为50%时,培育的穴盘苗长势优良、根系强壮且具有良好的抗破碎能力。将不同处理下的穴盘苗移栽入花盆中培育至开花期,测定穴盘苗的长势以及光合数据,探究前期处理对穴盘苗后续生长的影响,结果表明前期长势较好的穴盘苗移栽后生长更为迅速,且光合作用十分强大,而前期长势较差的穴盘苗生长较为缓慢,这更能突出移栽前促进穴盘苗生长的重要性。（4）提出了新型气流顶出（气顶）式取苗方式。采用Recur Dyn与EDEM耦合仿真结合实际取苗试验的方式对比分析了当前使用较为广泛的钳夹式取苗方式以及顶出式取苗方式,发现钳夹式取苗方式插入钵体取苗会带来严重的根系扰动以及对钵体的破坏,而顶出式取苗方式无法对被顶出穴盘苗进行约束,且两种方式对育苗要求均比较高。在此基础上提出了一种采用压缩气流将穴盘苗吹出的取苗方式,其通过气流与穴盘苗柔性接触,可实现低损高效取苗,且对育苗要求不高。设计并优化新型包裹夹取式末端执行器并对其进行耦合仿真,结果表明当夹取针与竖直方向呈8.5°时可实现对穴盘苗的有效夹取,最终实际夹苗试验结果与仿真一致。探究并优化了气顶取苗方式的气嘴结构参数以及气流参数,确立吹气嘴内孔直径为3.5 mm,结合穴盘底部压缩形变规律提出压簧预紧顶出式吹气嘴结构,且优选软质吸盘装入吹气嘴前端以保证结构的气密性。基于气体射流动力学理论得出气体射流将穴盘苗吹出理论所需压力为0.146 MPa～0.315 MPa,所需时间约为0.3 s。采用Comsol软件建立穴盘苗柔性体与空气流之间的流固耦合模型,探究气流吹出穴盘苗过程中所需气流压力、穴盘苗姿态、流场分布以及穴盘苗受力情况。结果表明,当气流压力大于0.4 MPa时可将穴盘苗吹出穴盘,但考虑到穴盘苗受力破损情况,气流压力并不是越大越好。以此为基础进行FluentEDEM耦合仿真探究不同压力下穴盘苗钵体离散元模型的受力以及破损情况,结果表明气流压力为0.4 MPa且气吹持续时间为0.5 s时可实现高效低损取苗。试验结果与仿真结果一致。（5）根据以上参数设计开发新型气顶-包裹夹取式整排全自动取苗机构,详细设计各关键部件,规划各机构配合方式并优化其工作原理,提出一套可实现全自动取、投苗的自动控制系统,并与气动系统相结合实现取苗机构的机电一体自动化。试制样机设计正交试验优化各关键参数,取苗频率设定为120株/min,结果表明参数优化后取苗机构的取苗成功率均达到95%以上,可满足全自动移栽技术的需求。通过以上研究结论可为蔬菜穴盘苗优质育苗工艺与全自动取苗技术的发展提供理论依据,对促进全自动移栽技术的发展具有指导意义。