張魯云，孟祥金，段愛國，殷彩云，韓保保

(1.新疆農(nóng)墾科學(xué)院機械裝備研究所，新疆 石河子832000；2.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第一師農(nóng)機技術(shù)推廣站，新疆 阿拉爾843300；3.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第一師農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，新疆 阿拉爾843300； 4.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第一師農(nóng)機監(jiān)理所，新疆 阿拉爾843300)

0 引言

我國是水果生產(chǎn)大國，無論是種植面積還是總產(chǎn)量，均居世界首位，但同時也應(yīng)看到，我國果園種植和管理方式依然比較落后，機械化作業(yè)水平較低，主要以勞動密集型產(chǎn)業(yè)為主。以蘋果生產(chǎn)為例，2017年全國蘋果產(chǎn)業(yè)人工投入成本占生產(chǎn)總成本的68.12%，高昂的人工使用成本不僅使果農(nóng)的經(jīng)濟效益受到嚴(yán)重影響，而且還影響到特色林果業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展[1]。

近年來，隨著我國特色林果業(yè)的快速發(fā)展，果園機械化作業(yè)、規(guī)?；N植程度也隨之得到大規(guī)模推廣應(yīng)用[2]。在林果業(yè)管理機械中，果園升降作業(yè)平臺是研發(fā)種類最多、應(yīng)用最廣泛的一類果園管理機械[3]。目前，世界上先進的升降作業(yè)平臺不但可以進行采摘、套袋、剪枝和疏花作業(yè)，還具有噴藥、中耕、除草、開溝和施肥的功能。“一機多用”是果園升降作業(yè)平臺發(fā)展趨勢。果園升降作業(yè)平臺的使用不僅可以顯著提高工作效率，而且會大大降低果實損傷率，節(jié)省人工投入成本，提高果農(nóng)的經(jīng)濟效益，對特色林果業(yè)實現(xiàn)機械化作業(yè)有重要意義。

1 果園升降作業(yè)平臺定義與分類

1.1 采摘機械主要形式

果實采摘一直是阻礙特色林果業(yè)發(fā)展的“瓶頸”環(huán)節(jié)，也是一個世界性的難題。當(dāng)前，世界上主要有3種形式的采摘作業(yè)平臺[4]。一是通過振動或撞擊等方式使果實與果樹分離的采摘機械；二是半自動化的升降采摘作業(yè)平臺；三是智能采摘機器人。振動式采摘方式容易對果樹造成損傷，適用性較差。智能采摘機器人僅在日本、美國和西歐等發(fā)達國家的設(shè)施農(nóng)業(yè)中有少量應(yīng)用，且因技術(shù)條件高、使用成本高和工作效率較低等諸多因素的限制，應(yīng)用范圍并不廣泛。目前，果園采摘應(yīng)用最多最廣泛的是半自動化升降作業(yè)平臺。

1.2 果園采摘平臺分類

不同于果園運輸機械和智能采摘機器人，果園采摘平臺是一種能夠通過自行移動進行果實采摘作業(yè)的半自動化工作平臺。果園采摘平臺種類繁多、形式多樣，作業(yè)過程中能夠?qū)崿F(xiàn)車體移動、平臺升降和果品裝載，給特色林果的采摘管理工作帶來很大便利。采摘作業(yè)平臺按照升降方式的不同可分為剪叉式、伸縮式、折臂式和階梯式；按照驅(qū)動方式的不同可分為內(nèi)燃機式、電動式和液壓驅(qū)動式；按照底盤結(jié)構(gòu)的不同，又可分為履帶式和輪式。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 國外研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)初期，歐美等西方發(fā)達國家就開始研究高空升降作業(yè)車，發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)形成較成熟的系列產(chǎn)品[5]。20世紀(jì)60年代，美國開始將高空作業(yè)平臺投入到果園生產(chǎn)中，用來完成果實采摘、樹枝修剪等工作。20世紀(jì)中期，由液壓操控的升降作業(yè)平臺在美國研制成功，在果園生產(chǎn)中充當(dāng)采摘機具，快速提高采摘作業(yè)功效。英國Genie公司生產(chǎn)了GR12、GR15和GR20型電動升降平臺；N.P.SEYMOUR公司研發(fā)了Windegger Picking Platforms產(chǎn)品；澳大利亞CRENDON公司則成功研制出可用于采摘芒果和鱷梨的SQUIRREL型升降平臺作業(yè)車，如圖1所示，該機具可以進行上升、下降、前進、后退和旋轉(zhuǎn)等多種操作。

圖1 SQUIRREL采摘平臺Fig.1 SQUIRREL picking platform

美國和澳大利亞地域遼闊，因此相關(guān)產(chǎn)品大多為輪式行走作業(yè)平臺車，適合于大規(guī)模果園種植面積。而日本和韓國等中小國家，則為小型果園管理機具，多采用樞軸式擺動懸掛機構(gòu)及電視攝像機和無線電控制組合[6]。采摘車輪距寬，重心低，行走穩(wěn)定，爬坡能力強，車輪裝有正反轉(zhuǎn)機構(gòu)，回轉(zhuǎn)能力好。行走機構(gòu)多選用履帶式，以適用于其山地丘陵崎嶇不平的狹小地塊。日本筑水公司研發(fā)的BP40型系列小型果園運輸、管理機具，采用履帶式行走機構(gòu)，接地比壓小，摩擦力小，通過性能較好，與地面接觸面積大，牽引附著性好，越野機動性、爬坡和越障礙能力均優(yōu)于輪式車輛。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

相較于歐美等發(fā)達國家，我國對果園作業(yè)平臺研究起步較晚，進展也比較緩慢。我國南北氣候差異較大，各地地形地貌較為復(fù)雜，果園多處于山區(qū)丘陵，果樹品種各異，且種植地區(qū)也比較分散[7]。諸多因素都影響了我國果園機械化的發(fā)展，長期以來，特色林果業(yè)機械化水平不高，多為人工完成。20世紀(jì)90年代之后，在市場經(jīng)濟作用的推動影響下，許多國產(chǎn)園藝機械如園林氣動剪、果園開溝施肥機和升降作業(yè)平臺等產(chǎn)品才開始陸續(xù)推向市場。

2000年國產(chǎn)電動升降平臺研制成功，不僅在技術(shù)上有了較大進展，而且可以廣泛應(yīng)用于特色林果業(yè)生產(chǎn)的各種場所，給果園產(chǎn)業(yè)帶來極大的便利性。2007年，我國第1臺多功能果園升降作業(yè)平臺由新疆機械研究所研制成功，標(biāo)志著我國特色林果業(yè)機械裝備有了較大的發(fā)展。該型機具采用履帶式行走機構(gòu)，橡膠履帶可以提高機具的穩(wěn)定性和通過性。附帶的小型發(fā)電機，可以為噴霧機和修剪果枝的氣動剪等裝置提供動力。該機采用機械與氣動相結(jié)合的傳動方式，可以進行果實采摘、噴霧打藥、修剪果枝和果品運輸?shù)茸鳂I(yè)。山東華興機械股份有限公司2011年生產(chǎn)的SQT-3000型多功能升降平臺，如圖2所示，可以完成多種果園管理作業(yè)[8]。升降機構(gòu)采用液壓傳動，穩(wěn)定性較好，同時也提高了作業(yè)平臺的安全性。

圖2 SQT-3000型多功能升降平臺Fig.2 SQT-3000 multifunctional lifting platform

浙江吉峰聚力農(nóng)業(yè)機械有限公司生產(chǎn)的7BY-350型自走式果園升降作業(yè)搬運車，適用于現(xiàn)代化果園的修剪、果實采摘和裝載運輸?shù)榷囗椬鳂I(yè)。該機采用履帶式行走機構(gòu)，操作簡便靈活。液壓和電器等關(guān)鍵部件選用國外進口元件，性能穩(wěn)定，工作安全可靠。

國產(chǎn)果園升降作業(yè)機械起步晚，相對于國外先進機械，還存在著噪聲大、人機結(jié)合性較差、功能單一和缺少電子監(jiān)控設(shè)備等缺點，穩(wěn)定性和安全性還有待進一步提高。同時，國產(chǎn)果園升降作業(yè)機械普遍體積較大，機具笨重且操作不便，不適合果園狹小地塊的行走、轉(zhuǎn)向和升降作業(yè)，各方面性能還需進一步提高完善。

3 果園升降作業(yè)平臺發(fā)展需求分析

雖然我國林果業(yè)種植面積大，但是由于受到經(jīng)濟條件、工業(yè)現(xiàn)狀、工作環(huán)境和自然因素等方面的影響制約，相較于國外發(fā)達國家，我國目前特色林果業(yè)機械化程度還較低，機械裝備保有量和種類也較少[9]。在果園管理作業(yè)中一些勞動強度大、用工量較多的環(huán)節(jié)，如修枝整形、開溝施肥、疏花疏果、噴霧打藥和果實采摘缺少相應(yīng)機械裝備，仍需人力完成。雖然近年來情況有所改善，但是園林機械保有量增長速度緩慢，遠滯后于特色林果業(yè)的發(fā)展需求。

以特色林果生產(chǎn)大省新疆為例，統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，2019年新疆擁有各類林果機械3.48萬臺，總動力1.29萬kW，機械數(shù)量較2008年增加2.38萬臺，動力增加1.07萬kW[10]。其中，2019年果樹挖坑機0.36萬臺，果枝修剪機1.89萬臺，其他果園管理輔助機械2.08萬臺，分別較2008年增加了0.25萬臺、1.5萬臺和1.62萬臺。盡管裝備數(shù)量有了較大提高，但是還應(yīng)看到目前新疆特色林果業(yè)中標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)種植面積較小，大多數(shù)果園仍采用粗放型管理方式。各種因素導(dǎo)致新疆特色林果業(yè)機械化作業(yè)綜合水平不高，各個工作環(huán)節(jié)發(fā)展很不均衡。2014—2019年新疆林果業(yè)主要環(huán)節(jié)機械化水平如表1所示。由表1可知，目前新疆特色林果業(yè)作業(yè)中，中耕、施肥和植保機械化程度較高，而修剪和采摘機械化程度較低，從而導(dǎo)致綜合機械化程度整體偏低。

表1 2014—2019年新疆林果業(yè)機械化水平

3.1 機具功能多樣化

從農(nóng)業(yè)機械國際市場的發(fā)展趨勢來看，機具功能多樣化是發(fā)展趨勢，這主要是為了適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高效率機械化作業(yè)的需求[11]。目前，國外先進果園升降作業(yè)機械，都具有運輸、采摘和噴霧等多種功能。我國同類機型也應(yīng)向同樣的方向發(fā)展，以提高機具的使用效率。

3.2 裝備人工智能化

隨著地理信息系統(tǒng)(GIS)、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)和遙感技術(shù)(RS)等電子技術(shù)的快速發(fā)展，其對農(nóng)業(yè)機械也產(chǎn)生了巨大影響，現(xiàn)代果園作業(yè)機械也逐步向著自動化、精量化和人工智能化的方向發(fā)展。目前國外果園作業(yè)機械大部分都加裝了電子操控設(shè)備，而在果園管理機械系統(tǒng)中，人工智能化程度則進一步提高，正向著智能機器人的方向發(fā)展。

4 果園升降作業(yè)機械發(fā)展制約因素

林果業(yè)機械化發(fā)展是一個系統(tǒng)工程，受到農(nóng)機制造業(yè)水平、果樹種植栽培模式、果園自然地理環(huán)境、機械使用狀況和果農(nóng)經(jīng)濟條件等多種因素的影響[12]。目前，我國林果業(yè)機械化升降作業(yè)平臺使用、制作總體水平不高，與歐美等發(fā)達國家相比還有較大差距，嚴(yán)重滯后于林果業(yè)的發(fā)展需求。究其原因主要有以下4個方面。

4.1 關(guān)注程度低

國家農(nóng)機購置補貼資金等財政扶持政策的重點長期以來都集中在小麥、水稻和油菜等大宗糧食油料作物上，對林果業(yè)機械化的關(guān)注度和資金投入相對較少，且支持力度不夠。各地農(nóng)機主管部門普遍對林果機械化作業(yè)重視程度偏低，把林果產(chǎn)業(yè)當(dāng)做副業(yè)對待，在林果機械裝備的引進開發(fā)、試驗推廣等許多環(huán)節(jié)相對滯后，這都導(dǎo)致了在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)麍@機械化作業(yè)的關(guān)注度和認可度較低。

4.2 研發(fā)起步晚

國外從20世紀(jì)初期就開始林果業(yè)機械的研發(fā)生產(chǎn)，而我國直到20世紀(jì)90年代中后期才開始相關(guān)機具的研制和引進工作。研發(fā)工作時間的相對滯后，導(dǎo)致我國果園機械產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)和推廣應(yīng)用程度長期偏低。

4.3 科研產(chǎn)品的市場轉(zhuǎn)化率低

我國近年來開始特色林果產(chǎn)業(yè)機械裝備的研發(fā)工作，但科研成果市場轉(zhuǎn)化率很低，目前還沒有形成大規(guī)模市場化生產(chǎn)。首先是因為現(xiàn)在市場風(fēng)險較大，生產(chǎn)廠家大多不愿意做較大風(fēng)險投資；其次是科研成果還沒有達到成熟使用階段，從科研成果到市場產(chǎn)品還有相當(dāng)距離，高校和生產(chǎn)企業(yè)沒有組織起足夠的科研團隊，也使得產(chǎn)品技術(shù)含量不高；最后是我國林果業(yè)機械的生產(chǎn)、使用和售后服務(wù)等各項環(huán)節(jié)還很不完善，農(nóng)戶對國產(chǎn)機具的認可程度不高，也制約了特色林果機械的進一步發(fā)展[13]。

4.4 工作環(huán)境差異較大

我國地域遼闊，農(nóng)業(yè)自然生態(tài)環(huán)境各不相同，各地果園種植模式各異，果品種類繁多，加之園藝管理與機械作業(yè)長期脫節(jié)，都給特色林果業(yè)實現(xiàn)機械化帶來相當(dāng)困難。隨著近年來精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)各項高標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求的提出，更加大了果園機械的應(yīng)用難度。

5 建議措施

5.1 總體思路

總體思路以習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想為指導(dǎo)，貫徹落實國務(wù)院《關(guān)于加快推進農(nóng)業(yè)機械化和農(nóng)機裝備產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的指導(dǎo)意見》(國發(fā)[2018]42號)、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部《關(guān)于加快推進農(nóng)業(yè)機械化轉(zhuǎn)型升級通知》(農(nóng)機發(fā)[2019]4號)等文件精神和十四五規(guī)劃的總體部署[14]。以提高特色林果業(yè)生產(chǎn)全產(chǎn)業(yè)鏈的機械化水平為目標(biāo)，以推進農(nóng)機供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革為重點，以推進林果產(chǎn)業(yè)全面“提質(zhì)增效”為指引，以科學(xué)、管理、服務(wù)和政策等方面創(chuàng)新為主要手段，加快補齊制約我國特色林果業(yè)機械化發(fā)展的各種短板，滿足林果產(chǎn)業(yè)對機械裝備和作業(yè)服務(wù)等各方面的實際需求，為特色林果業(yè)的發(fā)展和提質(zhì)增效提供裝備支持與技術(shù)保障。

5.2 加大完善對特色林果產(chǎn)業(yè)的支持力度與方式

自2004年我國實行農(nóng)機購置補貼政策以來，國家農(nóng)業(yè)部在農(nóng)戶購買大中型農(nóng)機具時提供了許多優(yōu)惠政策和相應(yīng)資金補貼。這些扶持措施極大地激發(fā)了廣大農(nóng)戶購買農(nóng)機具的熱情，加快了我國農(nóng)業(yè)機械裝備的更新?lián)Q代速度。因此，在現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展過程中，為了進一步發(fā)揮財政補貼資金的作用，國家相關(guān)政策應(yīng)繼續(xù)加大力度支持液體肥料及配套農(nóng)機具的推廣與應(yīng)用。

5.3 加強從業(yè)人員技能培訓(xùn)

宣傳解讀國家相關(guān)政策，為林果業(yè)機械化發(fā)展創(chuàng)造良好的環(huán)境。加強全國農(nóng)機推廣和管理人員的技能培訓(xùn)，提高林果業(yè)實現(xiàn)機械化在產(chǎn)業(yè)興旺和鄉(xiāng)村經(jīng)濟振興中的作用和地位。通過對林果業(yè)機械化技術(shù)優(yōu)勢的大力宣傳，讓林果生產(chǎn)經(jīng)營者充分了解實現(xiàn)機械化在生產(chǎn)中省工省時、提質(zhì)增效等方面的作用，提高其對林果機械裝備的認知度。

5.4 加快短缺機械研制和相關(guān)機具引進

相關(guān)作業(yè)機具短缺是制約我國特色林果業(yè)發(fā)展的一個重要原因，可以結(jié)合林果業(yè)發(fā)展的實際需求，引導(dǎo)農(nóng)機企業(yè)開展自主研發(fā)，強化農(nóng)機產(chǎn)品的有效供給和超前準(zhǔn)備。另一方面，以林果生產(chǎn)規(guī)?；?jīng)營組織為主體，建立特色林果業(yè)機械化生產(chǎn)示范基地，加快林果業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)亟需的各種機械裝備的引進、示范和推廣應(yīng)用。

5.5 加強完善園藝規(guī)范和農(nóng)業(yè)機械之間的相互結(jié)合

先進、高效的林果業(yè)機械化作業(yè)必須符合園藝種植的規(guī)范，而園藝種植也必須適應(yīng)機械化作業(yè)的要求，二者相輔相成、相互依存。但是，我國林果業(yè)種植品種各異，自然生態(tài)環(huán)境差異很大，種植模式大多不符合機械化作業(yè)。因此，只有實現(xiàn)農(nóng)機和園藝的有效結(jié)合才能使機械裝備達到最佳效果，取得最好的費效比。

5.6 建立林果機械信息平臺

建立林果機械信息平臺，實現(xiàn)農(nóng)機產(chǎn)品信息共享。特色林果業(yè)實現(xiàn)機械化作業(yè)需要各種機械裝備，然而由于受到農(nóng)機產(chǎn)品供求信息不明等各種因素影響，致使農(nóng)戶很難選購到所需機型。建議農(nóng)機推廣部門搭建林果業(yè)機械裝備使用信息平臺，通過信息平臺收集國內(nèi)外林果機械裝備產(chǎn)品的相關(guān)信息，然后通過互聯(lián)網(wǎng)或手機APP實現(xiàn)信息共享，使得全國各地林果業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營者方便查詢了解機械裝備信息。

6 結(jié)束語

果園高架升降作業(yè)機械裝備在發(fā)達國家的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，但目前在我國的林果生產(chǎn)中機械化程度仍然不高，尤其是果園高架升降裝備的發(fā)展仍有較大差距[15]。相較于國外先進機械，我國同類機型功能單一，只有升降、采摘或運輸功能，沒有多功能整合實現(xiàn)多種作業(yè)的升降機械設(shè)備，現(xiàn)有的高空升降作業(yè)裝備無法通用于各種果樹，相應(yīng)設(shè)備也存在價格偏高、零配件供給不足、售后服務(wù)困難和難以推廣應(yīng)用等諸多問題。果園高空升降作業(yè)機械目前在我國仍處于初始階段，具有較好的市場發(fā)展?jié)摿ΑＲ虼?，國?nèi)的相關(guān)研究機構(gòu)應(yīng)針對上述情況，從農(nóng)機與農(nóng)藝兩方面入手，實現(xiàn)機具對不同果樹作業(yè)的廣泛適用性?？稍诠麍@高空升降作業(yè)平臺上安裝噴霧、打藥、采摘和修剪等各種裝置，以實現(xiàn)高空作業(yè)平臺的一機多用性。加大對果園升降作業(yè)裝備的研發(fā)資金投入，將先進的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。在機具的研發(fā)生產(chǎn)過程中要聯(lián)系我國實際國情，根據(jù)特色林果業(yè)的實際需求，研發(fā)出操作簡便、價格低廉和高效實用的果園升降作業(yè)平臺。