我国果园机械研发与应用概述

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我国果园机械研发与应用概述

产生日期：2016-05-31　　 来源：果树学报 2013年第1期 

2010年农业部颁布了《农业部关于加强农机农艺融合加快推进薄弱环节机械化发展的意见》，指出农业机械化是发展现代农业的重要物质基础，农业机械化是农业现代化的重要标志，2012年中央一号文件也提出了积极“探索农业全程机械化生产模式”的要求。10年来，中国农业机械完成了“两个跨越”——农机化发展水平由初级阶段到中级阶段的重大跨越，农业生产方式由人力畜力为主向机械作业为主的历史性跨越。果园机械化是农业机械化的重要组成部分，果园机械化将日益成为推广果树先进生产和管理技术的重要平台，日益成为推动果树及相关产业发展的重要抓手。2011年全国果园机械保有量达到21.15万台（套），其中挖坑机3.9万台、果树修剪机6.7万台[2]。但总体来看，我国果园机械化仍处于起步阶段，果树生产仍存在劳动效率低、生产成本高等问题，与“高产、优质、高效、生态、安全”的现代农业发展需求还存在一定差距。随着果树种植规模的不断扩大，繁重的体力劳动与农村劳动力短缺的矛盾日益突出，迫切需要提高果园机械化水平。

l  世界果园机械研发与应用现状及国内存在问题

1.1  国外果园机械研发与应用现状

先进国家果园生产具有非常高的机械化程度，土肥水管理、整形修剪、病虫害防治和包装运输等基本实现机械化，使大规模生产管理的成本降低，产品质量标准化程度提高，市场竞争力增强。以葡萄为例，法国、美国、新西兰和意大利等国家的葡萄生产机械化管理水平处于世界领先地位，鲜食葡萄生产除了果穗整形和采摘用人工以外，从种植、整形、施肥、耕作、喷药及包装等均有相应的作业机械，酿酒葡萄根据需要可以进行机械收获，葡萄栽培技术和生产管理已实现了标准化、信息化和全程机械化，现正向自动化和智能化方向发展。

酿酒葡萄的机械化采收是葡萄生产机械化的亮点之一，酿酒葡萄主产国大量低中级酿酒葡萄种植者已经使用机械采收，但是采集和寻找品质优良的葡萄仍需要手工。为此美国正在大力发展采摘机器人，加州州立大学弗雷斯诺分校一个葡萄酒专家小组正在研制一种自动采摘机器人，新技术包括一种称之为近红外线分光计的装置，它可以在采摘之前检测葡萄样品中的糖含量和化学成分。然后利用这些数据绘制一幅全球定位系统地图，收割机器人可以使用这些地图进行导航，在葡萄园中采摘特定的理想成熟葡萄串。

休眠季枝条的机械化修剪在欧美葡萄园应用也比较普遍。美国正致力于不断升级葡萄修剪机器人。新西兰人开发出一款葡萄树剪枝机器人，采用最新的3D摄像技术，可以测量机器与葡萄树的间距，并且还具有夜视功能，可24 h不停作业。新西兰人还发明了专利号为EP2182792 (A1)的剪梢机，能够在遇到石柱时自动避开，绕过石柱后继续修剪新梢，不用担心立柱的存在影响作业。

在植保机械方面，采用回流过滤装置是喷药机追求环保的新举措，本年度新西兰FMR小组成功研制出一种葡萄园喷雾机械，该机械能够使葡萄叶片和枝蔓上过多的药品反向循环回药桶中再利用，使90%以上被浪费的农药得到重新利用。

为减缓霜冻危害，加拿大布鲁克大学(Brock U- niversity)葡萄酒专家Kevin W．ker博士的研究小组已成功应用风机缓解了安大略湖(Ontario)地区葡萄冻害的发生，风机上装有温度及风速实时监测装置，并能够在温度达到设定值时自动启动，同时英国 FMR公司对其生产的防霜冻风机进行了改善。

1.2  我国果园机械研发与应用现状

截至目前，我国大田作物耕种收综合机械化水平超过了50%，标志着我国农业生产方式发生了机械化生产方式大于传统生产方式的历史性转折，我国农业生产的变革进入了以机械化生产方式为主导的新时代。

我国是果树种植大国，然而由于多年生果园的传统栽培模式存在的架式过低、行距过窄和行头过小等问题严重制约了果园生产机械化的实施，果园机械化水平提升速度远远落后于大田作物，果树生产管理过程的机械化程度很低，如果树挖坑（沟）定植、灌溉、施肥、修剪、病虫害防治和采收等生产管理活动基本依靠手工操作进行，不仅劳动强度大、劳动效率低，而且标准化程度低，满足不了果树产业快速发展的需要，严重影响了果树产业的健康可持续发展。

随着果园机械需求越来越迫切，国内部分科研单位和企业开始开展果园机械的研发和生产。例如中国农业科学院果树研究所、山东农业大学和高密市益丰机械有限公司等单位联合开展果树从种植到收获生产全过程机械设备的系统研发，目前已经成功研发出开沟机、挖坑机、埋藤防寒机、割草机、碎草机、偏置式深松振动化肥施肥机、防形剪梢机、高效精细弥雾机、防寒土清除机、有机肥施肥系统和橡胶履带拖拉机等机械设备的样机。此外农业部南京农机化研究所、中国农业大学、东北林业大学、浙江大学、江苏大学、南京农业大学和沈阳农业大学等科研单位也已经开始研发和生产果园土壤管理、植保和果实采收及运输等方面的机械。

同时针对山地果园的轨道运输车、大型果园的风送式弥雾机、小型果园的背负式弥雾机和手扶式开沟机、葡萄等藤本果树的埋藤防寒机等果园机械已经开始推广应用。

1.3  我国果园机械研发与应用存在的问题

1.3.1  果园规模化、专业化、标准化程度低我国大部分果园主要采取一家一户的经营模式，生产规模小，地势和土壤复杂多变，树种和栽培模式多种多样，机械作业空间狭小，栽培管理专业化和标准化程度低，不利于果园机械的推广和应用。

1.3.2  果园农机与农艺孤立，未能有机融合  国内外实践表明，农机农艺融合，相互适应，相互促进，是建设现代果业的内在要求和必然选择。目前，我国农机与农艺专家之间缺乏交流，果树种植和栽培管理模式与机械装备不能相互配套问题特别突出。果园标准化主要是从农艺角度开展，缺乏对机械装备和设施的考虑，没有预留机械装备和设施的安装及使用空间：同时果园机械装备的研发缺乏针对性，严重影响果树机械化生产的推广应用，大规模机械化作业实现十分困难。

1.3.3  研发经费不足，果园专用机械研发与应用落后  由于我国果园机械化生产处于起步阶段，对果园机械研发的重视程度不够，在果园机械研发上的投入远不如粮棉油麻等大宗作物相关机械的科研投入，致使果园机械相关人才缺乏，科研力度不够，果园机械的引进、消化、吸收、创新工作落后，果园机械的研发、推广远远滞后于粮棉油麻等大宗作物机械的发展。

果园从种植到收获全程机械化生产过程中果园专用机械的研发和生产刚刚起步，现有果园机械生产和研发主要集中在中耕机械、喷药机械、灌溉机械和埋土防寒机械等方面，无论从类型和质量上都难以满足果树产业规模化、专业化、标准化和信息化发展的需要。

1.3.4  果园农机社会化服务落后  与粮棉油麻等基本种植业相比，果树产业农机社会化服务体系建设滞后，农机服务组织化程度低，农机合作社和农机大户缺乏，农机维修网点建设滞后，企业售后服务能力低，农机销售市场、作业市场和维修市场缺乏规范。

2  我国果园机械的产业需求

果树不仅是我国优势产业之一，也是劳动密集型产业。近年来，随着工业化及城镇化的快速发展，大量农业劳动力向二、三产业转移，果树生产人工成本大幅度增加，直接影响到果树产业的经济效益。因此，对果树机械化生产技术和装备的需求越来越迫切，果树生产管理的机械化已成为实现果树产业现代化的必然要求。

2.1  苗木培育专用机械

苗木培育主要包括播种/扦插催根、移栽、嫁接、起苗、捆扎和运输等关键步骤。因此，嫁接膜切割机、嫁接机、起苗机和苗木捆扎机是大型育苗基地标准化生产作业所必需的农机具。

2.2建园专用机械

果树建园主要包括定植坑或定植沟开挖、起垄、有机肥施入和苗木定植等关键步骤。因此，挖子L机、起垄机和开沟机是果树标准化建园所必需的农机具。

2.3  土壤管理专用机械

果园土壤管理的目的是为果树生长发育创造良好的土壤水、肥、气、热环境，促进果树的优质、高效，因此，土壤管理在果树周年管理中占有重要地位。土壤管理主要指果园的土壤耕作和土壤改良培肥，其中土壤耕作主要包括清耕法、生草法、覆盖法、免耕法和清耕覆盖法等，目前运用最多的是清耕法和生草法两种；增施有机肥或种植绿肥增加土壤有机质含量是土壤改良的核心技术。因此，，旋耕机、行间割草机或碎草机、行内锄草机、土壤改良机和有机肥施肥机等是果园机械化生产土壤管理所必需的机械装备。

2.4果园养分管理专用机械

众所周知，施肥作为果树栽培管理中的重要环节，对于提高果树产量，改善品质有重要作用，科学合理施肥是发展优质果品的重要保证。合理的施肥方法是将肥料施在离根系集中分布区稍深、稍远的区域。基肥的施用常用条沟法，将有机肥和适量化肥与表土同时回填入沟内，翻匀，最后用剩余土壤填满沟。追肥分土壤追肥和叶面追肥。土壤追肥常用穴施或浅沟施，针对葡萄而言，通常在距树干30～50 cm左右或2株之间开沟，深度20～30 cm左右，施后盖土。叶面追肥，是将肥料溶于水后，进行叶面喷雾。因此，偏置式化肥施肥机、偏置式有机肥化肥施肥系统和高效精细弥雾机等是果园机械化生产养分管理所必需的机械装备。

2.5果园水分管理专用机械

根据葡萄生长需要，进行适时适量的水分管理，对葡萄正常的生长发育十分重要。葡萄园的灌水方法有漫灌、沟灌或畦灌、喷灌和滴灌等，从综合效益分析，滴灌将成为今后葡萄园采用的主要灌溉方式。因此，滴灌灌溉系统等将是果园机械化生产水分管理所必需的机械装备。

2.6  果树整形修剪专用机械

整形修剪的目的是形成合理叶幕、调整生长与结实的关系，实现果树的适度丰产与优质，主要包括抹芽与疏梢、摘心与剪梢、新梢绑缚、叶幕厚度控制、环剥或环割、摘老叶、枝梢冬剪等技术措施。因此，绑蔓机、绑梢机、夏剪（剪梢）机、环剥或环割机、冬剪机、气动或电动修枝剪、枝条粉碎机等是果园机械化生产整形修剪所必需的机械装备。

2.7  果树花果管理专用机械

花果管理主要包括疏花疏果、花穗果穗整形、疏粒、果实套袋摘袋、植物生长调节剂的合理施用和果实采收等关键环节。因此，花穗果穗整形机或器具、果实套袋机、果实摘袋机、果实采摘机、果实采收升降平台等是果园机械化生产花果管理所必需的机械装备。

2.8果园植保专用机械

国际上农药使用技术不断改进、完善，为了减少环境污染，大量应用低容量、超低容量、控滴喷雾、循环喷雾、仿形喷雾、风送静电喷雾、隧道式循环喷雾、精确喷雾等一系列新技术、新机具，国内亦有不少相关研究，施药量大大降低，农药的利用效率和工效大幅度提高。目前的工作是急需开发我国果树种植者能够买得起并容易操作使用的高效精细喷雾机械装备。

2.9  果树越冬防寒专用机械

越冬防寒是北方地区葡萄等果树周年管理的重要环节，其用工量占全年用工总量的30%左右，一般采取保温材料覆盖防寒和土壤覆盖防寒2种方法。土壤覆盖防寒是生产中最常用的越冬防寒方法，主要包括防寒土覆盖和防寒土清除2个关键步骤。因此，取土埋藤防寒机和防寒土清除机是北方地区葡萄等果树果园机械化生产所必需的机械装备。

2.10果园环境监测系统及调控机械

果园环境监测与调控是设施果树栽培中的重要环节，环境调控的适宜与否是设施果树栽培成功的决定性环节。果园环境监测与调控主要包括温度、湿度、光照和二氧化碳浓度等环境因子，因此，果园环境监测系统与便携设备及环境调控机械装备如温度调控系统、湿度调控系统、光照调控系统和二氧化碳调控系统等是未来设施果树栽培机械化生产所必需的机械装备。

2.11  果园动力机械

动力机械是果园生产机械化的心脏，果园动力机械主要是各种拖拉机和同作业机械配套的内燃机。专用的果园拖拉机有2种类型：一种类型的体形较矮、重心低、转弯半径小，适用于果树行间或设施内作业：另一种类型具有l m以上的离地间隙，适用于跨越果树行间作业。我国农户果园中很少配备专用果园拖拉机，多是借用大田用拖拉机或三轮车动力代替，难以满足果园作业需求。因此研制开发适于我国国情的果园动力机械是实现果园机械化生产的重要内容之一。

此外，适于各种立地条件的果园运输机械如运输车、山地轨道运输机等也是果园机械化生产的必需机械装备。

3推动我国果园机械化生产的对策

国内外实践表明，农机农艺有机融合是实现果园机械化生产的内在要求和必然选择。不仅关系到关键环节机械化的突破，关系到先进适用农业技术的推广普及应用，也影响农机化的发展速度和质量。只有2者相互协调、彼此交叉、有机结合，才能真正实现果园生产的机械化和现代化。

发展我国果园机械化生产技术，要基于我国果树产业发展现状，坚持果树和机械相结合的基本原则，从苗木培育、果树定植、果园管理（整形修剪、土肥水管理、病虫害防治、埋土防寒和环境监测与调控等）到果实采摘收获等果树全程管理作业出发，系统全面地开展研究与示范推广工作。

3.1  进一步加大科研投入和政策扶持力度

我国果园机械相对匮乏，果园从种植到收获全程机械化生产过程中专用机械的研发和生产处于起步阶段。果园机械作业复杂，设计、工艺要求难度大，应加大果园机械的科研投入力度，设置专项资金用于果园机械的引进、消化吸收与创新。

同时，制定实施多种优惠政策，进一步加大政策扶持力度。例如设立果园机械购置专项补贴，加大果园机械的购置补贴力度，以充分调动果农购置农机具的积极性，积极实施农机作业和技术补贴，加快果园机械化生产先进适用技术及机具的推广应用。

3.2加快果园农艺农机融合研究

建立农艺和农机科研单位协作攻关机制，整合现有农艺、农机科研力量，建立果树农艺农机融合重点实验室，组织农艺和农机科研单位、推广单位和生产企业联合攻关。

将机械适应性作为果树育种和栽培技术研究的重要目标和考核指标，加快适于果园全程机械化生产配套农艺措施的研究与推广。基于我国果树产业发展现状和趋势，加快果园从种植到收获全程机械化生产过程中果园专用机械的研发和推广，针对不同果园规模、不同地形、不同树形等开发多功能、经济型机械装备与设施。加强农艺农机技术集成，针对重点薄弱环节，制定和完善不同区域果树主产区机械化生产技术路线、模式和规范。借助计算机辅助决策技术、信息技术、自动化与智能控制技术等高新技术，实现农艺农机的有机融合，加快推动果园生产的规模化、专业化、标准化和信息化。

3.3大力开展果园农机农艺知识和技术培训

各级农机化、科教、种植业部门要积极配合，结合重点农时，组织开展专项培训活动，向农机手传授先进适用的农机化技术和农艺技术，进一步加强职业技能培训和鉴定工作，加强政企联动，积极引导生产企业做好农机手的培训工作。同时，也要加强基层农技、农机推广人员业务培训工作。

3.4  努力推进果园农机社会化服务体系建设

加强果园农机社会化服务体系建设，积极扶持农机合作社和农机大户，提高果园农机服务组织化程度。积极培育果园农机服务市场，以市场为导向，组织开展社会化服务，提高机手和农机具效益。加强果园农机维修网点建设，督促企业完善售后服务网络，提高售后服务能力。进一步规范果园农机销售市场、作业市场、维修市场，切实加强果园农机产品质量监督和在用农机质量调查，提高农机装备质量安全水平。

加大果园农机化基础设施建设力度，提高果园农机化公共服务能力。推进基层农机化推广机构改革和建设，将基层农机化技术推广体系，纳入基层农技推广体系改革和建设等项目实施范围，改善设施条件，提高推广能力。

王海波l'2，刘凤之1'2，王孝娣1'2，翟  衡3，杜远鹏3，张敬国4，徐翠云5，史祥宾1，郝志强

（1中国农业科学院果树研究所；2农业部园艺作物种质资源利用重点实验室；3山东农业大学园艺科学与工程学院；4潍坊市高密中等专业学校；5山东省高密市益丰机械有限公司）

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