果園升降作業平臺國內外發展現狀與對策建議

張魯云，孟祥金，段愛國，殷彩云，韓保保

(1.新疆農墾科學院機械裝備研究所，新疆 石河子832000；2.新疆生產建設兵團第一師農機技術推廣站，新疆 阿拉爾843300；3.新疆生產建設兵團第一師農業技術推廣站，新疆 阿拉爾843300； 4.新疆生產建設兵團第一師農機監理所，新疆 阿拉爾843300)

0 引言

我國是水果生產大國，無論是種植面積還是總產量，均居世界首位，但同時也應看到，我國果園種植和管理方式依然比較落后，機械化作業水平較低，主要以勞動密集型產業為主。以蘋果生產為例，2017年全國蘋果產業人工投入成本占生產總成本的68.12%，高昂的人工使用成本不僅使果農的經濟效益受到嚴重影響，而且還影響到特色林果業的健康持續發展[1]。

近年來，隨著我國特色林果業的快速發展，果園機械化作業、規?；N植程度也隨之得到大規模推廣應用[2]。在林果業管理機械中，果園升降作業平臺是研發種類最多、應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平臺不但可以進行采摘、套袋、剪枝和疏花作業，還具有噴藥、中耕、除草、開溝和施肥的功能。“一機多用”是果園升降作業平臺發展趨勢。果園升降作業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，節省人工投入成本，提高果農的經濟效益，對特色林果業實現機械化作業有重要意義。

1 果園升降作業平臺定義與分類

1.1 采摘機械主要形式

果實采摘一直是阻礙特色林果業發展的“瓶頸”環節，也是一個世界性的難題。當前，世界上主要有3種形式的采摘作業平臺[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、美國和西歐等發達國家的設施農業中有少量應用，且因技術條件高、使用成本高和工作效率較低等諸多因素的限制，應用范圍并不廣泛。目前，果園采摘應用最多最廣泛的是半自動化升降作業平臺。

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，作業過程中能夠實現車體移動、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；按照驅動方式的不同可分為內燃機式、電動式和液壓驅動式；按照底盤結構的不同，又可分為履帶式和輪式。

2 國內外研究現狀

2.1 國外研究現狀

20世紀初期，歐美等西方發達國家就開始研究高空升降作業車，發展到現在已經形成較成熟的系列產品[5]。20世紀60年代，美國開始將高空作業平臺投入到果園生產中，用來完成果實采摘、樹枝修剪等工作。20世紀中期，由液壓操控的升降作業平臺在美國研制成功，在果園生產中充當采摘機具，快速提高采摘作業功效。英國Genie公司生產了GR12、GR15和GR20型電動升降平臺；N.P.SEYMOUR公司研發了Windegger Picking Platforms產品；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型升降平臺作業車，如圖1所示，該機具可以進行上升、下降、前進、后退和旋轉等多種操作。

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

美國和澳大利亞地域遼闊，因此相關產品大多為輪式行走作業平臺車，適合于大規模果園種植面積。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，行走穩定，爬坡能力強，車輪裝有正反轉機構，回轉能力好。行走機構多選用履帶式，以適用于其山地丘陵崎嶇不平的狹小地塊。日本筑水公司研發的BP40型系列小型果園運輸、管理機具，采用履帶式行走機構，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于輪式車輛。

2.2 國內研究現狀

相較于歐美等發達國家，我國對果園作業平臺研究起步較晚，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雜，果園多處于山區丘陵，果樹品種各異，且種植地區也比較分散[7]。諸多因素都影響了我國果園機械化的發展，長期以來，特色林果業機械化水平不高，多為人工完成。20世紀90年代之后，在市場經濟作用的推動影響下，許多國產園藝機械如園林氣動剪、果園開溝施肥機和升降作業平臺等產品才開始陸續推向市場。

2000年國產電動升降平臺研制成功，不僅在技術上有了較大進展，而且可以廣泛應用于特色林果業生產的各種場所，給果園產業帶來極大的便利性。2007年，我國第1臺多功能果園升降作業平臺由新疆機械研究所研制成功，標志著我國特色林果業機械裝備有了較大的發展。該型機具采用履帶式行走機構，橡膠履帶可以提高機具的穩定性和通過性。附帶的小型發電機，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等作業。山東華興機械股份有限公司2011年生產的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[8]。升降機構采用液壓傳動，穩定性較好，同時也提高了作業平臺的安全性。

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

浙江吉峰聚力農業機械有限公司生產的7BY-350型自走式果園升降作業搬運車，適用于現代化果園的修剪、果實采摘和裝載運輸等多項作業。該機采用履帶式行走機構，操作簡便靈活。液壓和電器等關鍵部件選用國外進口元件，性能穩定，工作安全可靠。

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

3 果園升降作業平臺發展需求分析

雖然我國林果業種植面積大，但是由于受到經濟條件、工業現狀、工作環境和自然因素等方面的影響制約，相較于國外發達國家，我國目前特色林果業機械化程度還較低，機械裝備保有量和種類也較少[9]。在果園管理作業中一些勞動強度大、用工量較多的環節，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的發展需求。

以特色林果生產大省新疆為例，統計數據表明，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。盡管裝備數量有了較大提高，但是還應看到目前新疆特色林果業中標準化生產種植面積較小，大多數果園仍采用粗放型管理方式。各種因素導致新疆特色林果業機械化作業綜合水平不高，各個工作環節發展很不均衡。2014—2019年新疆林果業主要環節機械化水平如表1所示。由表1可知，目前新疆特色林果業作業中，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，從而導致綜合機械化程度整體偏低。

表1 2014—2019年新疆林果業機械化水平

3.1 機具功能多樣化

從農業機械國際市場的發展趨勢來看，機具功能多樣化是發展趨勢，這主要是為了適應現代農業高效率機械化作業的需求[11]。目前，國外先進果園升降作業機械，都具有運輸、采摘和噴霧等多種功能。我國同類機型也應向同樣的方向發展，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(GIS)、北斗衛星導航系統(BDS)和遙感技術(RS)等電子技術的快速發展，其對農業機械也產生了巨大影響，現代果園作業機械也逐步向著自動化、精量化和人工智能化的方向發展。目前國外果園作業機械大部分都加裝了電子操控設備，而在果園管理機械系統中，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展。

4 果園升降作業機械發展制約因素

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

4.1 關注程度低

國家農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，對林果業機械化的關注度和資金投入相對較少，且支持力度不夠。各地農機主管部門普遍對林果機械化作業重視程度偏低，把林果產業當做副業對待，在林果機械裝備的引進開發、試驗推廣等許多環節相對滯后，這都導致了在農業領域對果園機械化作業的關注度和認可度較低。

4.2 研發起步晚

國外從20世紀初期就開始林果業機械的研發生產，而我國直到20世紀90年代中后期才開始相關機具的研制和引進工作。研發工作時間的相對滯后，導致我國果園機械產品的研制、生產和推廣應用程度長期偏低。

4.3 科研產品的市場轉化率低

我國近年來開始特色林果產業機械裝備的研發工作，但科研成果市場轉化率很低，目前還沒有形成大規模市場化生產。首先是因為現在市場風險較大，生產廠家大多不愿意做較大風險投資；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品還有相當距離，高校和生產企業沒有組織起足夠的科研團隊，也使得產品技術含量不高；最后是我國林果業機械的生產、使用和售后服務等各項環節還很不完善，農戶對國產機具的認可程度不高，也制約了特色林果機械的進一步發展[13]。

4.4 工作環境差異較大

我國地域遼闊，農業自然生態環境各不相同，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長期脫節，都給特色林果業實現機械化帶來相當困難。隨著近年來精準農業各項高標準技術要求的提出，更加大了果園機械的應用難度。

5 建議措施

5.1 總體思路

總體思路以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，貫徹落實國務院《關于加快推進農業機械化和農機裝備產業轉型升級的指導意見》(國發[2018]42號)、農業農村部《關于加快推進農業機械化轉型升級通知》(農機發[2019]4號)等文件精神和十四五規劃的總體部署[14]。以提高特色林果業生產全產業鏈的機械化水平為目標，以推進農機供給側結構性改革為重點，以推進林果產業全面“提質增效”為指引，以科學、管理、服務和政策等方面創新為主要手段，加快補齊制約我國特色林果業機械化發展的各種短板，滿足林果產業對機械裝備和作業服務等各方面的實際需求，為特色林果業的發展和提質增效提供裝備支持與技術保障。

5.2 加大完善對特色林果產業的支持力度與方式

自2004年我國實行農機購置補貼政策以來，國家農業部在農戶購買大中型農機具時提供了許多優惠政策和相應資金補貼。這些扶持措施極大地激發了廣大農戶購買農機具的熱情，加快了我國農業機械裝備的更新換代速度。因此，在現階段農業生產發展過程中，為了進一步發揮財政補貼資金的作用，國家相關政策應繼續加大力度支持液體肥料及配套農機具的推廣與應用。

5.3 加強從業人員技能培訓

宣傳解讀國家相關政策，為林果業機械化發展創造良好的環境。加強全國農機推廣和管理人員的技能培訓，提高林果業實現機械化在產業興旺和鄉村經濟振興中的作用和地位。通過對林果業機械化技術優勢的大力宣傳，讓林果生產經營者充分了解實現機械化在生產中省工省時、提質增效等方面的作用，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機具引進

相關作業機具短缺是制約我國特色林果業發展的一個重要原因，可以結合林果業發展的實際需求，引導農機企業開展自主研發，強化農機產品的有效供給和超前準備。另一方面，以林果生產規?；洜I組織為主體，建立特色林果業機械化生產示范基地，加快林果業生產關鍵環節亟需的各種機械裝備的引進、示范和推廣應用。

5.5 加強完善園藝規范和農業機械之間的相互結合

先進、高效的林果業機械化作業必須符合園藝種植的規范，而園藝種植也必須適應機械化作業的要求，二者相輔相成、相互依存。但是，我國林果業種植品種各異，自然生態環境差異很大，種植模式大多不符合機械化作業。因此，只有實現農機和園藝的有效結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，實現農機產品信息共享。特色林果業實現機械化作業需要各種機械裝備，然而由于受到農機產品供求信息不明等各種因素影響，致使農戶很難選購到所需機型。建議農機推廣部門搭建林果業機械裝備使用信息平臺，通過信息平臺收集國內外林果機械裝備產品的相關信息，然后通過互聯網或手機APP實現信息共享，使得全國各地林果業生產經營者方便查詢了解機械裝備信息。

6 結束語

果園高架升降作業機械裝備在發達國家的農業領域應用十分廣泛，但目前在我國的林果生產中機械化程度仍然不高，尤其是果園高架升降裝備的發展仍有較大差距[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多種作業的升降機械設備，現有的高空升降作業裝備無法通用于各種果樹，相應設備也存在價格偏高、零配件供給不足、售后服務困難和難以推廣應用等諸多問題。果園高空升降作業機械目前在我國仍處于初始階段，具有較好的市場發展潛力。因此，國內的相關研究機構應針對上述情況，從農機與農藝兩方面入手，實現機具對不同果樹作業的廣泛適用性?？稍诠麍@高空升降作業平臺上安裝噴霧、打藥、采摘和修剪等各種裝置，以實現高空作業平臺的一機多用性。加大對果園升降作業裝備的研發資金投入，將先進的科學技術應用到農業生產中。在機具的研發生產過程中要聯系我國實際國情，根據特色林果業的實際需求，研發出操作簡便、價格低廉和高效實用的果園升降作業平臺。