江秋生，劉振，王鑫，韓克龍，薛梅

（250100 山東省 濟南市 山東省農(nóng)業(yè)機械科學研究院）

0 引言

山東省位于中國東部沿海、黃河下游，屬暖溫帶季風氣候類型。降水集中，雨熱同期。中部山地突起，西南、西北低洼平坦，東部緩丘起伏，形成以山地丘陵為骨架、平原盆地交錯環(huán)列其間的地形大勢[1]。山東省是我國北方水果的主要產(chǎn)區(qū)之一，果品種植歷史悠久，果樹種植面積和果品產(chǎn)量居全國前列，尤其自改革開放以來，山東省果品產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，產(chǎn)業(yè)化水平也處在全國領先地位。涌現(xiàn)出煙臺蘋果、萊陽梨、肥城桃、沾化冬棗、煙臺大櫻桃等代表性的名優(yōu)特產(chǎn)水果。山東省果業(yè)特色鮮明、優(yōu)勢突出，區(qū)位優(yōu)勢凸顯，發(fā)展態(tài)勢良好，產(chǎn)業(yè)化水平不斷提高，出口創(chuàng)匯能力增強，提高農(nóng)民收入促進鄉(xiāng)村振興作用明顯。目前，果業(yè)已成為我省競爭優(yōu)勢強、綜合效益好的高效特色產(chǎn)業(yè)，也是調整農(nóng)業(yè)結構、發(fā)展農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟、增加農(nóng)民收入的支柱產(chǎn)業(yè)[2]。

2019 年山東全省水果產(chǎn)量達到1 728.5 萬t，位居全國前列。2020 年，全省水果面積有望達到80萬hm2，產(chǎn)量2 000 萬t，干果面積66.67 萬hm2，產(chǎn)量350 萬t[2]。其中蘋果、梨、桃、葡萄、大櫻桃、大棗、山楂、藍莓、核桃、板栗等作物種植面積和產(chǎn)量都有顯著提高。全省果品優(yōu)質果率達到85%以上，果品產(chǎn)值達到1 400 億元以上[2]。

果園機械化不僅是促進水果產(chǎn)業(yè)高質量快速發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，也是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)全面機械化的重要組成部分。近年來，山東省果園機械化水平取得了長足進步和發(fā)展，但是果園生產(chǎn)機械化水平與主要糧食作物相比差距仍然很大。隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展，農(nóng)村勞動力轉移加快，果園生產(chǎn)勞動力短缺，用工成本增加。發(fā)展果園機械裝備，促進果園生產(chǎn)機械化已經(jīng)是迫在眉睫的問題。

1 山東省果園生產(chǎn)主要環(huán)節(jié)機械化現(xiàn)狀

1.1 果園專用動力機械

果園動力機械主要包括果園拖拉機和同作業(yè)機械配套的內燃機[3]、電動機以及果園運輸車、山地軌道運輸設備等。山東五征集團、山東時風集團等企業(yè)全新開發(fā)了專門適用于果園及小地塊作業(yè)的拖拉機（參見圖1、圖2）。這類機型軸距短、車身低矮、結構緊湊、操縱方便、等特點。

圖1 SF500 拖拉機Fig.1 SF500 tractor

圖2 NS704C 拖拉機Fig.2 NS704C tractor

近年來高密市益豐機械有限公司、洛陽市瑪斯特拖拉機有限責任公司等企業(yè)研發(fā)生產(chǎn)了專門針對果園作業(yè)的自走式多功能作業(yè)機具（參見圖3、圖4）。該類機具體積小、自重輕、操作靈活等特點?？赏ㄟ^更換作業(yè)機具實現(xiàn)開溝施肥自動回填、單獨開溝、單獨回填、碎草還田、除草作業(yè)等功能。

圖3 1GZL-130 型履帶自走式旋耕機Fig.3 1GZL-130 tracked self-propelled rotary cultivator

圖4 遙控履帶自走式旋耕機Fig.4 Remote-controlled crawler self-propelled rotary cultivator

1.2 土壤耕整機械

果園土壤耕整機械主要包括起壟、除草、培土、打穴、開溝施肥等環(huán)節(jié)的裝備。主要有牽引式、懸掛式、自走式等。圖5 所示為山東省農(nóng)業(yè)機械科學研究院研制的果園開溝施肥機，圖6 為山東省農(nóng)業(yè)機械科學研究院與企業(yè)聯(lián)合研制的自走式果園開溝施肥機。

圖5 果園開溝施肥機Fig.5 Orchard furrow fertilizer applicator

圖6 自走式果園開溝施肥機Fig.6 Self-propelled orchard ditching fertilizer applicator

1.3 果樹管理機械

果樹管理機械主要包括果樹的整形修剪、疏花疏果、果實套袋等生產(chǎn)環(huán)節(jié)使用的機械（參見圖7、圖8）。目前果園果樹管理整體機械化程度偏低，果園整形修剪主要有電動、氣動剪枝等方式；疏花疏果、套袋多以人工為主，目前有小型的機械可以輔助人工作業(yè)。

圖7 葡萄夏稍剪枝機Fig.7 Grape pruner

圖8 果實套袋機Fig.8 Fruit bagging machine

1.4 植保機械

當前，植保機械作業(yè)模式主要以人工操作方式為主或半機械方式進行，機械類型主要有微型背負式噴霧機、手提式噴霧機、汽油噴霧機及風力輸送噴霧機（牽引式）等（如圖9、圖10 所示），作業(yè)方式原始、落后，難以抵御大范圍、爆發(fā)性病蟲害[4]。

圖9 背負式動力噴霧機Fig.9 Knapsack power sprayer

圖10 風送式果林噴霧機Fig.10 Air-borne fruit-forest sprayer

1.5 灌溉機械

主要有農(nóng)用水泵、節(jié)水灌溉設備和水肥一體化系統(tǒng)，如圖11 所示。山東省果園多分布在丘陵山區(qū)，多數(shù)果園仍采用漫灌的方式，灌溉周期長、用水量大、水分利用率低。近年來隨著標準化果園的興建，節(jié)水灌溉和水肥一體化系統(tǒng)也在逐步推廣。

1.6 收獲機械

果園收獲作業(yè)是整個果園生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，也是我省果園生產(chǎn)機械化的薄弱環(huán)節(jié)，現(xiàn)階段采收作業(yè)主要是依靠人工采摘或者借助采摘平臺的機械輔助采摘為主，如圖12、圖13 所示。氣吸式，搖振式、機械撞擊式采摘機械應用較少。基于機器視覺的果蔬收獲機器人的研究已經(jīng)取得較大的進步，但因為機器識別率低、對果實損傷大、作業(yè)效率低、制造成本高等因素導致離實用化和商品化還有很長一段距離[5]。

圖12 自走式果園作業(yè)平臺Fig.12 Self-propelled orchard platform

圖13 多功能果園作業(yè)平臺Fig.13 Multi-function orchard operation platform

2 影響果園生產(chǎn)機械化發(fā)展的主要因素

2.1 自然條件和傳統(tǒng)種植模式制約了果園生產(chǎn)機械化的發(fā)展

山東省的果園主要分布在沂蒙山區(qū)、魯中山區(qū)和山東半島低緩丘陵地帶，不利于開展機械化作業(yè)。地理條件和種植模式千差萬別，現(xiàn)有的普通農(nóng)機和少量果園機械難以適用于大多數(shù)的果園[6]。長期以來，山東果園生產(chǎn)主要以家庭式的分散經(jīng)營為主，果園規(guī)模小、果樹種植密度大、行間郁蔽[7]，傳統(tǒng)的管理模式造成樹體高大、分叉矮，果園作業(yè)機具很難進入田間進行作業(yè)。果園道路等基礎設施落后，建園時沒有預留地頭，缺乏配套的機耕道，機械無法進地和轉彎?，F(xiàn)階段這種家庭分散經(jīng)營的果園約占全省果園80%以上[2]，主要依靠人工勞動，果農(nóng)對果園管理一般還是采用以經(jīng)驗管理為主的粗放式管理模式。果園生產(chǎn)機械化水平不高。果園抵御自然災害的能力不足，全省90%以上的果園缺少相關的防災減災設施[2]；對果園生產(chǎn)過程中開溝施肥、行間除草、整形剪枝、疏花疏果、高效植保等環(huán)節(jié)的新設備，新技術使用較少。

2.2 農(nóng)機農(nóng)藝融合水平低

目前我省大部分果園仍采用傳統(tǒng)栽培模式，栽培模式落后，低效果園比重較大。果園生產(chǎn)農(nóng)機農(nóng)藝融合不夠緊密。機械化生產(chǎn)涉及到的平整土地、果樹定植、開溝施肥、中耕除草、整形修剪、疏花疏果、田間植保、果實采摘等各個環(huán)節(jié),與果園種植密度、果園基礎設施、種植規(guī)范密切相關。而傳統(tǒng)果園郁閉現(xiàn)象嚴重，限制了果園機械化作業(yè)，增加了果園日常管理難度，不利于提高果品質量和果園效益。

2.3 對果園機械化發(fā)展的重視程度不夠

改革開放以來，我國的科研經(jīng)費投入逐年升高，農(nóng)機裝備領域也得了快速發(fā)展，取得了長足的進步，但是一直以來整個農(nóng)機行業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)和推廣的重點都放在小麥、玉米、水稻等主要糧食作物上，對果園機械領域的關注和投入較少[8]，雖然近些年來果園生產(chǎn)機械化裝備得到較高的重視，但在果園機械研發(fā)上的投入遠不如稻麥等大宗糧食作物機械的科研投入。我國果園機械裝備基礎差，起步晚。與國外先進水平更是存在很大差距[9]。

2.4 現(xiàn)有果園作業(yè)機械質量不穩(wěn)定，可靠性低，智能化程度低

隨著農(nóng)村勞動力嚴重老齡化，從事生產(chǎn)的果農(nóng)接受新技術、新設備能力較差，而且有些果農(nóng)對果園機械不注重維護和保養(yǎng)，導致很多機械因為維護保養(yǎng)不到位而不能正常使用。

山東省目前正在使用的果園機械中，除了灌溉環(huán)節(jié)的水肥一體化設備在一定程度上實現(xiàn)了智能化和自動化之外，其他環(huán)節(jié)諸如果園耕整地，除草，果園植保，施肥、疏花疏果，果實套袋，采摘，儲運等環(huán)節(jié)設備的智能化裝備大多還停留在實驗和示范階段。果園生產(chǎn)各環(huán)節(jié)機械化水平發(fā)展程度不一致。

2.5 果園經(jīng)營規(guī)模小，果農(nóng)購機意愿低

現(xiàn)階段山東省傳統(tǒng)果園多是以家庭式分散經(jīng)營為主，種植規(guī)模小而分散，種植結構復雜，品種多。地塊和種植模式限制了果園機械化作業(yè)的開展。家庭式分散經(jīng)營的農(nóng)戶，對果園作業(yè)裝備的負擔能力不足。

3 發(fā)展對策及建議

3.1 加強果園基礎設施建設和示范園建設，著力推廣現(xiàn)代栽培模式

首先，按照果園機械化作業(yè)要求，對山區(qū)和半島低緩丘陵地帶果園種植區(qū)開展宜機化改造。加強果園道路、水利、電力設施等基礎設施建設并形成有效的管護體系，為果園農(nóng)機裝備田間作業(yè)創(chuàng)造條件。按照機械化作業(yè)要求逐步對存量的郁閉型傳統(tǒng)果園進行宜機化改造；其次，重點推廣矮砧、寬行、密植、起壟覆蓋、行間生草等適于機械化管理的現(xiàn)代集約栽培模式，發(fā)展整形修剪、肥水調控、花果管理等配套技術和設備。重點扶持果園基礎設施建設和示范園建設[2]，整合資金和技術，建設一批優(yōu)質高效、資源節(jié)約、生態(tài)環(huán)保、水電管網(wǎng)等配套齊全的高起點高標準示范園，配備果園耕翻、施肥、噴藥、割草、果園水肥一體化設備等機械，通過項目引導和示范帶動，逐步推廣和實現(xiàn)果園管理機械化。

3.2 開展果園生產(chǎn)農(nóng)機與農(nóng)藝融合技術的研究、示范和推廣

國內外的經(jīng)驗已證明，農(nóng)機農(nóng)藝的有效融合是實現(xiàn)果園生產(chǎn)機械化的內在要求也是必然選擇[10]。只有實現(xiàn)果園生產(chǎn)農(nóng)機農(nóng)藝兩者相互協(xié)調、彼此交叉、有機融合才能在真正意義上實現(xiàn)果園生產(chǎn)機械化。果園生產(chǎn)的農(nóng)機農(nóng)藝融合發(fā)展首先要從果園耕地的宜機化改造開始，要基于山東省現(xiàn)階段果園生產(chǎn)現(xiàn)狀同時借鑒國內外先進經(jīng)驗，從果園土地平整、品種選擇、果樹定植、田間管理、植保到果實采收、儲運等一系列環(huán)節(jié)出發(fā)系統(tǒng)全面的開展研究并進行成果推廣和示范。培育和篩選適合機械化生產(chǎn)需求的果樹新品種和砧木，制定適合機械化生產(chǎn)的技術規(guī)范和標準，推廣適用于機械化生產(chǎn)和管理的果園水肥控制新技術，鼓勵推廣水肥一體化設備，研制推廣可實現(xiàn)開溝施肥、中耕除草、植保等不同作業(yè)功能的多功能果園作業(yè)平臺，引進國外先進的水果收獲機械。重視和加強典型示范引導作用，建立農(nóng)機農(nóng)藝相結合的試驗示范基地，同時開展農(nóng)機農(nóng)藝融合技術培訓。

3.3 加強果園機械人才隊伍建設

我國農(nóng)機行業(yè)長期將研發(fā)、生產(chǎn)和推廣重點放在小麥、玉米、水稻等主要糧食作物上[11]，在果園機械領域的資金、技術等投入相對較少，是果園機械發(fā)展緩慢的重要因素。除此之外，從事果園機械相關研究的人才缺乏，山東省乃至全國設立果園機械化技術及相關裝備研發(fā)相關專業(yè)的高等院校少之又少，果園機械基礎研究薄弱、創(chuàng)新能力不足、關鍵核心技術匱乏、專業(yè)人才短缺，應高度重視并切實解決果園機械裝備領域高水平創(chuàng)新人才培養(yǎng)問題。從果園機械裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展層面來看，既缺乏農(nóng)機裝備研發(fā)創(chuàng)新人才，又缺乏裝備制造技術骨干；特別是基層實用技能型人才短缺極為嚴重。健全果園機械人才培養(yǎng)體系；培養(yǎng)果園機械實用型人才是加快推進山東省果園生產(chǎn)機械化快速發(fā)展和轉型升級的第一資源。

3.4 綜合利用財政稅收等手段鼓勵和扶持果園機械發(fā)展壯大

加大對果園機械研發(fā)、成果轉化、推廣應用的支持力度。建議政府部門設立專項用于果園機械研發(fā)、試驗、示范和推廣等的科研項目或扶持資金，同時利用財稅政策等手段鼓勵和引導生產(chǎn)企業(yè)向果園機械方向轉移，加大果園機械的購機補貼力度，擴大果園機械購機補貼范圍，減輕果農(nóng)購機負擔，調動果農(nóng)購買積極性[12]，同時對引進國外先進的果園農(nóng)機具給與稅收優(yōu)惠。

3.5 提高果園機械自動化、智能化水平

受制于各地果園地形地貌、種植特點、種植規(guī)模和發(fā)展現(xiàn)狀的影響，果園生產(chǎn)各環(huán)節(jié)機械化程度不一致，果園機械智能化程度也不一致，果園生產(chǎn)機械化總體程度不高。建議相關高校和科研院所在果園配套動力機械、土壤耕整、樹體管理、病蟲草害防治、果實采收運輸?shù)茸詣踊⒅悄芑潭鹊颓野l(fā)展緩慢的環(huán)節(jié)加大研發(fā)投入。在已實現(xiàn)控制、導航、通信等技術高效集成的無人機植保、水肥一體化系統(tǒng)等領域，形成自動化作業(yè)技術體系，實現(xiàn)無人機植保全過程智能作業(yè)模式和智能化管理，能夠極大地節(jié)省勞動力，更好地保護農(nóng)田生態(tài)環(huán)境。

充分發(fā)揮企業(yè)創(chuàng)新主體的作用，引導企業(yè)將科研和生產(chǎn)向智能化、自動化方向傾斜。鼓勵有能力的企業(yè)和科研院所加大對國外相關設備的引進、消化、吸收。示范推廣應用物聯(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)果園環(huán)境條件監(jiān)測、病蟲害預測預報以及生產(chǎn)過程實時監(jiān)控和遠程控制，促進果園管理的自動化、智能化[2]。

3.6 加強果園機械化技術的示范和推廣

現(xiàn)階段果園生產(chǎn)各環(huán)節(jié)機械發(fā)展水平不一致，應該以整體規(guī)劃、循序漸進的方式對果園機械進行推廣和示范。對于耕整地、果園施肥、灌溉、采收、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)已經(jīng)較成功的作業(yè)機具，應大力推廣。對于市場需求迫切但是機具上不成熟的疏花疏果、果實套袋、摘袋等環(huán)節(jié)在加大科技攻關、引進吸收的同時，多進行試點試驗。對于引進的國外新機具，在進行推廣使用的同時也應加快國外新進技術的本地化生產(chǎn)和應用。

3.7 加強對果農(nóng)培訓

加大對果農(nóng)的技術培訓力度，加強對果園機械化生產(chǎn)優(yōu)勢的宣傳，營造水果產(chǎn)業(yè)機械化發(fā)展的良好氛圍。及時總結果園機械化發(fā)展中的成功經(jīng)驗，定期組織果農(nóng)外出參觀學習，讓果農(nóng)親眼目睹果園機械化生產(chǎn)在降低勞動強度、省工省時、增產(chǎn)增收等方面的技術優(yōu)勢，提高果農(nóng)對機械化生產(chǎn)的認知與認可度[13]。

3.8 培育和發(fā)展提供專業(yè)果園農(nóng)機服務的市場主體

在果業(yè)發(fā)展較為集中的區(qū)域，當?shù)卣沙雠_地方政策鼓勵有能力的企業(yè)或者個人成立專門的果園機械服務機構，通過設立專門補貼等政策，鼓勵提供專業(yè)果園農(nóng)機服務的市場主體發(fā)展。培養(yǎng)懂技術、善經(jīng)營、會管理的專業(yè)技術人員，為果農(nóng)提供耕、種、管、收、運輸?shù)葘I(yè)的農(nóng)機服務。這樣既解決了小規(guī)模生產(chǎn)經(jīng)營者的購機負擔，又對果園機械的推廣普及起到了示范引領作用。

4 結語

水果產(chǎn)業(yè)是山東省重要的傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，競爭優(yōu)勢強，綜合效益好[14]。相對小麥、玉米、花生等傳統(tǒng)作物，水果產(chǎn)業(yè)特色更加突出，有更好的經(jīng)濟效益和更強的競爭優(yōu)勢。加大果園機械化研究生產(chǎn)和推廣的力度，不斷提高果園生產(chǎn)機械化、智能化水平，既是推動山東省果園生產(chǎn)轉型升級的迫切需求，也是緩解當前果園生產(chǎn)過程中勞動力短缺的必要手段。更是增加果農(nóng)收入、實現(xiàn)全面小康、助力鄉(xiāng)村振興的有效途徑。