山東省果蔬機械發展現狀及對策

趙立虹，劉 振，王 鑫，江秋生，王東岳，薛 梅

(山東省農業機械科學研究院，山東 濟南 250100)

0 引言

山東省是農機裝備制造大省和應用大省，農機工業種類齊全，總量位居全國首位。近年來，山東省把全面機械化列入鄉村振興戰略等重大規劃，啟動了現代農機化轉型升級工程，農機制造水平穩步提升，農機裝備總量持續增長，農機作業水平快速提高[1]。

由于果蔬作物種植各環節需求多樣，機械作業環境復雜，且長期以來我國農機行業研發、生產重點都在3大主糧作物，當前農業機械化、農機裝備產業存在發展不平衡、不充分的問題，山東省果蔬機械化程度仍處于起步階段，綜合水平在30%以下。勞動效率低、生產成本高，隨著社會城市化的發展，勞動力向城市轉移，人口老齡化越來越嚴重，未來將面臨著“誰來種地”的問題，機械化需求強烈。本文通過分析果蔬機械存在的問題、面臨的形勢，探討應對的思路和措施，對農業機械可持續發展有積極的意義。

1 果蔬機械發展現狀

1.1 農機概況

近10年來，山東省農機工業的銷售收入、利潤等幾項指標均居全國各省市同行業第1位，農機總量占到全國的1/10左右，農機裝備、農業機械技術含量也不斷提高。山東省小麥和玉米耕種收機械化水平分別達到99.5%和94.6%，基本實現了全程機械化[2]。目前，果蔬和經濟作物機械化程度較低，發展空間也較大，按照農業部全程機械化指導意見的要求，積極推進經濟作物、園藝作物和飼草作物生產機械化發展，探索全程機械化生產模式，以促進我國農業機械化發展[3]。

1.2 蔬菜機械現狀

山東省自然條件優越，技術水平領先，蔬菜產業在全國占有重要地位，蔬菜、水果產量居全國首位，如圖1所示。提高蔬菜機械化水平，對實現蔬菜產業現代化和可持續發展具有重要意義。由于蔬菜種類多，食用部分各不相同，其技術難題較多，農藝要求區別較大，在當前勞動力不足的情況下，勞動力成本不斷提高。特別是近年來，蔬菜的生產成本在逐年增長，平均增長幅度在10%左右，增長的成本基本是人工成本，據相關調查顯示，人工成本已占到蔬菜生產成本的59%左右[4]。因此，提高蔬菜機械化水平，對農業農村經濟發展、農民增收、農業增效具有重要促進作用。

圖1 2018年各省蔬菜水果產量Fig.1 Output of vegetables and fruits in each province in 2018

山東省蔬菜種植分為設施蔬菜和露天種植，設施農業規模較大，位居我國前列[5]。經過多年發展，從種植蔬菜發展到高檔瓜果、特色花卉和中藥材等種類，由最初的塑料大棚，發展為連棟日光溫室、具有環境控制的現代化植物工廠，有部分中小型機械代替傳統耕作，逐漸向機械化轉變。

山東省濰坊市壽光的設施蔬菜、青州的設施花卉、煙臺的設施櫻桃，是3個基本品類的模范區域，另外在日照、臨沂、淄博市臨淄、青島市平度及濰坊市昌樂等主要地區亦有大面積分布。山東壽光更是成為了我國最大的蔬菜基地，建成了集科研開發、生產、加工和銷售一條龍的多功能蔬菜產業化龍頭科技園，是我國最大的蔬菜集散中心和價格形成中心[6]。在供應錯季蔬菜瓜果、提供勞動就業崗位和保障國家糧食安全等方面，發揮著至關重要的作用[5]。

在機械裝備的推動下，設施農業不斷發展，機械裝備是設施園藝實現高投入、高產出、高效益的重要硬件保障[7]。經過不斷發展，日光溫室的墻體建造、電動卷簾和噴灌、滴灌技術、二氧化碳氣體施肥技術、人工補光及臭氧消毒殺菌等一批新技術、新機具得到應用，設施機械逐年增加，裝備技術進步明顯。

露天蔬菜機械應用在耕整地、田間管理、水肥管理和運輸等環節較好，機具保有量較多，但播種、移栽和收獲等環節數量較少。

耕整地作業是蔬菜栽培的主要環節之一，機械化程度較高。隨著科學技術的不斷進步，北斗導航技術在農業機械中的應用越來越廣，自動導航技術、激光平地技術逐步推廣，機械化作業的精耕細作基本得到滿足[8]。

播種方式主要為人工播種或半自動化播種，機械化操作水平各地差異較大，濟南、東營和濰坊等地蔬菜集約化育苗的機械利用率已達40%～60%，蔬菜移栽技術方面，部分精量播種機械已替代進口，移栽機仍以半自動為主[9]。蔬菜栽植機械受品種、種植方式、株距和種植密度等因素影響，蔬菜移栽機械的大規模研究逐漸起步，多數在取苗環節仍需人工輔助，還有一定發展空間[10]。

隨著經濟發展和設施栽培技術的提高，水肥一體化技術由于具有節水節肥、增產增效和生態環保等綜合效益顯著的優勢，在干旱地區和發達國家得到了廣泛應用[11]。水肥一體化技術的應用，解決了傳統灌溉資源浪費、地下水污染和干旱缺水問題，得到廣泛推廣。

蔬菜收獲環節，在整個生產過程中機械化率最低。進行機械收獲的主要是根莖類蔬菜，如生姜、大蔥、洋蔥和大蒜等，如圖2所示。山東省農機裝備研發創新計劃的實施，為特色蔬菜的全程機械化提供了支持，研發了一系列大蔥移栽機、大蒜播種機、大蔥收獲機、大蒜收獲機等機具和設備，如圖3～4所示，機具研發較成熟并具有產業化能力，有力推動了特色蔬菜的全程機械化進程。

圖2 根莖類蔬菜Fig.2 Root vegetables

圖3 大蒜播種機Fig.3 Garlic planter

在蔬菜大面積種植地區，每年會產生大量蔬菜廢棄物，對生態環境產生嚴重影響，并降低農作物的產量和質量，合理地處理廢棄物成為當前農村生態環境改善工作的一大目標[12]。山東省農機院研發的廢棄物資源化利用裝備(圖5)，可利用蔬菜收獲之后的蔬菜秧稈、廢棄物，經過無害化處理和資源利用新技術，產出生物有機肥，實現資源的循環利用。循環農業有利于生態環境與農業資源的可持續發展，以發展生態循環農業來助推鄉村振興，因地制宜地創立富有區域特色的現代生態循環農業生產與經營體系，促進農業高效優質生產步入持續發展的良性循環軌道[13-14]。

圖5 廢棄物資源化利用技術裝備Fig.5 Technical equipment for waste resource utilization

1.3 果園機械現狀

山東是果樹種植和水果產業大省，水果產量約2 700萬t，居全國首位，果品出口量占全國總量的40%～45%[15]。果樹種植區主要分布在膠東丘陵、魯中山區和魯西北黃河三角洲地區，家庭經營果園占90%。山東果樹設施也有較大發展，增長速度超過其他省市，涉及的樹種、品種較多，已成為全國果樹設施栽培生產中心[16]。但果園機械化程度較低，果園裝備種類少且質量不高，果園機械化研發與推廣仍有較長的路要走[17]。地形復雜、崎嶇不平成為制約農業機械化水平提高的瓶頸[18]。據山東省統計年鑒，2018年山東省農業機械總動力6 408.8萬kW，林果業機械僅有8.54萬kW，如圖6所示。隨著我國城市化進程的加快，農村勞動力大量向城鎮移轉，果園生產勞動力嚴重不足，加之缺乏有效的農機具產品，導致用工成本增加，已嚴重影響我國果品產業的健康發展[19]。

圖6 2018年山東省農業機械動力占比Fig.6 Proportion of agricultural machinery power in Shandong Province in 2018

受到果園機械品種繁多、果園作業條件差、規?；潭鹊?、農機與農藝融合不夠等多方面因素制約，果園機械化仍處于起步的階段，水果優勢產區的綜合機械化水平不到20%，果園全程機械化是實現果園高效生產的唯一途徑[19]。部分地區不利于推行機械化大規模種植。傳統果園仍占較大比例，少數環節可以實現半機械化作業，大部分作業環節依靠人工管理，新果林更新較慢，難以滿足大中型果園機械的作業需求[20]。目前，亟需研發推廣輕便小巧的果園作業機械，如微耕機、修剪機和噴灌機等小型果園機械[21]。

果園管理在整地環節，有起壟、除草、培土和開溝施肥機械，基本實現機械化作業，以中小功率拖拉機配套不同機具完成作業，如挖溝、施肥、旋耕和除草等[22]。樹體管理環節如修剪、授粉、疏花疏果和套袋，使用電動、氣動剪枝機或半機械化套袋機，管理環節勞動量密集，基本依靠人工作業，勞動強度大。植保環節，傳統果園使用踏板式、壓縮式噴霧器及背負噴霧器，需要較高人力成本，農藥利用率較低，只有37%左右[23]。新果園植保使用風送式噴霧機、果園彌霧機等，環保型、農藥利用率高的新型植保機械，因具有集約高效、對環境污染小等特點正漸受關注。近年來，無人機技術不斷進步，高效、智能的植保無人機可完成農藥噴灑、農情監測和病蟲害防治等工作，可實現精準作業，節約農藥，可到達人力所不能及的區域作業，提高了人工作業的安全性，工作效率高。

收獲、采后環節的機械設備有果園作業升降平臺，配合人工進行修剪、采摘等工作，作業效率可達到人工的4～6倍，安全性、通用性和適用性較好[24]。國外果樹收獲采用搖振式機械收獲，但這種收獲方式不可避免對果實產生碰撞損傷，不易于保存，多用于水果加工，與我國水果大部分鮮食的需求有所不同。具有圖像識別和分析能力的果實采摘機器人在國外處于研究階段，成本較高，效率提升后將會有較大發展[25]。

2 存在的問題

2.1 農機農藝融合不足

農機農藝有機融合是實現機械化生產的內在要求和必然選擇，影響農機化的發展速度和質量[26]。長期以來，農藝栽培與農機作業不相適應，種植間距狹窄，機械作業空間不足，不利于機械使用。蔬菜設施大棚封閉低矮的作業環境，人工操作難度大，缺乏適宜的小型機械設備。一家一戶的經營模式，缺少統一的種植規范，山東省80%以上果園采用傳統栽培模式，果園郁閉嚴重，老齡低效果園逐年增多，傳統種植模式不能滿足機械化作業的需求[27]。山東省東部半島以丘陵為主，魯中南有較多的丘陵地帶，有很多山地、坡地、溝地等小塊耕地，采用傳統栽培模式，種植規模小，機械作業空間不足，園內郁閉現象嚴重，樹齡老，地形復雜，不利于推行機械化大規模種植。

2.2 科技創新動力不足

長期以來的政策傾斜于3大主糧，果蔬機械裝備技術基礎薄弱，科技含量、智能化水平低?？萍紕撔氯瞬湃狈?，協作創新、投入保障、成果評價和知識產權等機制尚不完善，企業和科研人員研發動力不足，技術研發系統性和持續性不夠。整機和零部件的協同創新與國際相比差距較大，盡管在機械加工與制造上的能力有了顯著提高，但國內機械設計，特別是創新設計水平依然較低，使得當前國內農業機械化技術水平相對落后[28]。

2.3 標準化體系不完善

果蔬機械包含種類繁多，涉及的學科多、門類廣，尚未建立完整的標準化體系，缺乏統一規范的適用性評價方法及相關標準。行業標準比較缺乏，標準修訂未能滿足實際生產需求，標準發展滯后于產品的發展。標準化程度低，科研成果的推廣、應用、總結不足，雖然果蔬機械取得一定進展，但相關行業標準沒有獲得普遍應用，阻礙了機械化的發展。

2.4 缺乏經濟型輕簡機械

果蔬機械整體水平不高，耕整地、植保環節較好，其他播種、移栽及收獲環節不能滿足效率和質量需求，缺乏低成本、靈活度高的小型機械。操作簡便、小型的機械更容易適應分散的經營方式和小地塊作業需求。果園機械同質化競爭嚴重，產品創新少，耐用性、可靠性差。果園機械生產企業研發力量薄弱，自主創新能力不足，技術不成熟，缺乏經濟型、高質量的關鍵零部件。

2.5 農機社會化服務程度不高

山東省果蔬種植大多是家庭式一家一戶種植，基礎裝備落后，使用半手動、小功率機械作業，多數生產環節靠人工作業。勞動力年齡普遍偏高，從業人員老齡化，僅蘋果種植來看，60歲以上果農占從業人員總量的23.3%，50～60歲的從業人員占42.8%；40～50歲的從業人員占24.6%；40歲以下的從業人員僅占9.3%，如圖7所示。機械的使用、保養意識淡薄，影響了果園機械推廣，缺乏經濟實用型作業平臺、彌霧機和翻耕機等生產裝備，部分果農仍以手工為主。農機社會化服務體系不完善，在機械的技術宣傳、機械配件更換、機械維修和監測等多個方面不能滿足農業生產的需求，阻礙了果蔬機械的健康發展。

圖7 果園勞動力各年齡段占比Fig.7 Proportion of orchard labor force in different age groups

3 對策和建議

3.1 重視農機農藝融合，多學科聯合攻關

農機農藝融合是實現機械化的前提，堅持農機農藝融合，建立農機農藝同步機制，實現高產與高效協同發展，提前規劃好新品種、新模式定位，鮮食或加工用果蔬品種，充分考慮機械化要求，選育適合機械作業品種，使新品種、新模式易于進行機械化作業。在研發新型農機具時，也要充分考慮果蔬生產的農藝要求，如針對塊根、茄果類和葉菜類蔬菜的不同特點進行研究，針對不同地區的情況研發適用農機，使農機符合農藝要求。設施園藝果蔬機械涉及門類廣，實際生產中技術難題較多，需要多學科、多部門聯合起來，共同攻關。

3.2 對薄弱環節、關鍵技術提供政策保障和支持

根據果蔬機械裝備總體狀況和實際生產需要，在技術裝備薄弱環節，推進政策傾斜，充分發揮購置補貼、創新示范項目資金等政策優勢，縮短新產品進入農機補貼的中間環節。實現關鍵技術的政策支持，突破高端產品及關鍵核心零部件技術與制造瓶頸，加大技術投入，提升制造能力和水平，是農機工業一項長期任務[29]。

提高對關鍵技術裝備、短板領域研發的支持力度，針對市場對輕簡化裝備、經濟型機械裝備、收獲作業裝備和智能化生產裝備需求等領域，加強技術研發，提高機械集成化、標準化和輕簡化水平，促進果蔬機械的技術升級。

3.3 完善標準化體系，提高標準化水平

推動行業標準制定，由于現代農機生產技術是在不斷更新與發展，生產手段與用戶需求也在不斷變化，涉及的關鍵技術也在不斷豐富。積極應對現有的行業標準不能滿足生產需求的問題，加快更新完善標準體系，加大標準制定力度，通過融合農機農藝，制定具有普適性的基本種植模式和農藝技術規范，形成完善的標準體系[30]。積極鼓勵國家標準、行業標準、團體標準、聯盟標準和企業標準協調發展。

3.4 發展規模經營，完善農機社會化服務

適度規模經營有利于資源整合，提高抗風險能力，有利于機械化的推廣。適度規模經營是發展現代農業的必由之路[31]。專業化的社會服務組織、農業推廣服務是應對勞動力短缺、提高生產效率的有效措施，通過農機裝備統一使用、統一管理和統一維護，開展高效化、標準化的農業機械化作業服務，能夠提高生產效率，促進生產規?；?，在提高農民收入上發揮重要作用[32-33]。

完善農機服務合作組織建設，提高機械使用效率，建立農業機械專業服務組織，滿足生產經營需要。以有償服務的形式，為種植戶提供耕整地、播種、移栽、田間管理和收獲等服務，提高農業機械的利用率和作業效率。同時加強職業技能培訓，提高機械使用水平和從業人員素質，促進新機械的研發生產。

3.5 提高農機智能化、信息化水平，發展可持續循環農業、智慧農業

融合了智能化、信息化技術的農機裝備，能夠大大提高生產效率，節約生產成本，減少農藥、化肥對環境造成的污染，進行質量監測控制，為農業決策提供信息支持，提升農產品質量，同時改善生態環境，提高農民經濟收入[34-35]。信息技術是提高我國農業機械化水平的重要途徑，智能化是農業生產的必然發展趨勢[36]。

生態循環農業能夠解決生產結構單一、抗御自然災害能力差、生態系統功效低等弊端，全面提升現代化農業建設水平，是實現“綠水青山就是金山銀山”的農業可持續發展的必由之路[37]。智慧農業是農業發展的新階段，以信息化技術為核心，將互聯網、大數據和人工智能等技術，深入應用到農業生產的各環節，實現農業生產從粗放型到集約型轉變，走優質高效、產品安全、資源節約和環境友好的現代農業發展道路[38]。

3.6 加強學科建設，健全多層次人才培養體系

加強農業學科建設，支持高校與企業合作，培養熱愛農業、肯鉆研、懂技術的復合型人才，注重高端人才培養與國際人才引進。目前，農業裝備學科在原始創新、學科高端人才及人才培養等方面與發達國家相比仍有較大差距，根據《制造業人才發展規劃指南》發布的制造業重點領域人才需求預測，到2020年我國農機裝備人才缺口16.9萬人，到2025年缺口高達44萬。人才是推動發展的第一資源，要加強農機科研技術人才培養，建設農機科研、服務隊伍，開展農機技術推廣、農機管理、技術人員技術培訓和繼續教育，培養復合型的農業人才，促進農機事業良性發展。

4 結束語

山東是農機制造和使用大省，在實現糧食作物機械化以后，不斷拓展農業機械化發展的范圍，提高果蔬機械化程度是產業提質增效、轉型升級的迫切任務。在實現農業機械化的進程中，要結合本地實際，在農機農藝融合的基礎上，研發經濟型、實用型果蔬機械，依靠科技創新，提高智能化、信息化水平，重視技術人才的培養，鼓勵推廣適用國產裝備研發，把中國人的飯碗牢牢端在自己手中。