我國現代化葡萄園管理的機械應用現狀

孟卓妮，趙益梅，唐佳代，王雪秋

(茅臺學院 貴州仁懷 564507）

葡萄的生產過程主要包括定植、田間管理和采收等3 個環節。其中葡萄的定植過程主要包括旋地改土、挖坑栽樁、開溝栽植等；葡萄的田間管理主要包括除草、灌水、夏剪、噴藥、冬剪和埋土出土（北方埋土防寒區域）等；葡萄的采收過程則包括葡萄果實采收及其收獲后的運輸等作業。葡萄生產過程復雜且需要大量勞動力，目前我國大量農業勞動力向第二、第三產業的大幅轉移不僅大大增加了葡萄產業的經濟效益，還增加了葡萄生產的人工成本。這導致葡萄生產管理的機械化必然趨勢。

對國內外葡萄種植基地進行調查的結果顯示，為滿足葡萄機械化生產，其基地建設需達到的標準如下：葡萄基地建設中葡萄的株行距要大于2.0 米，距離為2.3 米最合理，距離過大易造成種植面積浪費。對于埋土防寒區域的葡萄園，則要求在兩旁留有約4.0 米的間隙，且需株高高于地面約1.8 米。行頭在滿足棚架搭建需求的同時，其半徑需大于3.9 米[1-2]。除此之外，為實現葡萄種植機械化，還需規范葡萄植株的框架形式和樹形。常見的框架形式為單立架，葡萄樹的形狀主要包括單干雙臂和單干單臂，并呈現出豎直向上或傾斜生長。我國葡萄種植方式根據基地面積分為單戶小規模葡萄種植、多戶合作種植模式以及莊園種植方式。目前還處于單戶小規模種植且地勢復雜的，作業機械并不適用。這也說明了我國葡萄種植方式必須向多戶合作以及莊園種植方向發展。而國外葡萄園采用的莊園種植方式的同時也擁有較高的機械化程度[3]，尤其美國和法國對于土壤監測、種植、管理、病蟲害防治及包裝等環節的機械化均已基本替代了人工作業，還可以實現對釀酒葡萄的全程自動化采收[4]。

機械化管理的采用不僅能省時省力，還有利于葡萄的增產增收，更有利于葡萄與葡萄酒產業的快速發展[5]。我國目前在耕整土地、灌溉、中耕除草、施肥和噴藥等環節已經基本實現機械化[6-7]。一些適用于不同的葡萄種植規模的不同類型作業機械相繼出現，如埋土機、施的不同類型的肥機、噴霧機、除草機等，雖適用面廣，但其工作原理、適用條件和造價等各有差異[8-9]。鑒于我國葡萄機械化生產方式和機械種植行業標準均不完善，我國不同地區葡萄的種植規模、種植行距以及架式各異，只有為數不多的農業機械可適用于葡萄園作業。因此，結合機械化發展加大對植株的行距、架形等方面的研究和改進，加大研究我國葡萄種植地域也成為了必然趨勢[10-11]。果園機械化是農業機械化的重要組成部分，雖然近年來我國葡萄園機械化水平提高迅速，但總體來看，我國多數果農仍保持傳統種植思維，再者我國葡萄園作業機械的種類、性能及應用技術水平與世界先進國家相比仍然存在巨大差距，導致新型機械設備的使用率不高且很難融入到葡萄園的生產作業中。

1 葡萄園土壤整理機械

據國際葡萄與葡萄酒組織（簡稱OIV）在2018 年公開的數據顯示，全球葡萄種植面積達740 萬公頃，我國10 個葡萄主產省區的葡萄種植面積約占12%，位于世界第二位[12]，其中鮮食葡萄種植面積超過80%，鮮食葡萄在生產過程中主要采用精細化管理，但均以人工作業為主，其高昂的人工成本占據了總成本的很大比例[13]。開定植溝、挖立柱坑等是葡萄定植前的基礎性工作。人工開溝、挖坑作業勞動強度大、效率低、費用高，難以實現葡萄的規模化生產經營。因此，加快葡萄種植的機械化發展迫在眉睫。目前，根據園地面積、地形與所處區域等綜合確定葡萄園整理使用的機械。常見的開溝機械有鏵式犁開溝機（圖1）、鏈式開溝機（圖2）和開溝施肥一體化機械（圖3）等，這里重點介紹最常用的鏵式犁開溝機。

圖1 京HK-14型開溝機結構圖[14]

圖2 1K-17型鏈式開溝機

圖3 偏置式開溝施肥一體機（左）與偏置式攪拌回填機（右）

1.1 作業原理與特點

鏵式犁開溝設備是最早被應用于農田作業的一種開溝機，包括有懸掛犁和牽引犁式開溝機兩種形式。鏵式犁開溝機屬于從動型工作部件，在配置動力機械的牽引下，利用“刨削”的原理對土壤進行開溝翻土，完成作業。該設備適用于土壤硬度不太大的輕質或中等土壤，否則容易導致溝形不整齊，有時需再次進行人工修整，鏵式犁雖然體積大、結構笨重，但是使用方便、成本低且對動力設備的要求不高，甚至有時可直接通過人力驅動。

1.2 常見機型

開溝犁體是開溝機關鍵工作部件，決定了開溝的質量，我國主要有KGTP 和京HK-14 兩種類型。隨著機組的前進，KGTP 型開溝機的犁尖入土，開軸的土沿著犁體上升。冀板將土推向兩面三刀側，冀尾板將溝壁壓緊，形成梯形斷面的溝渠，達到開溝培土的目的。京HK-14 型開溝機在牽引連接裝置的作用下與機組連接，調整開溝犁體的水平方向與開溝深度，并通過調節絲桿和支持輪穩定開溝深度。隨著機組的前進，開溝機前面的犁鏵起土，分土板把土推翻到兩側，從而形成溝渠，如圖1 所示。

2 葡萄園田間管理機械

葡萄種植方式、葡萄園土壤變化、病蟲害發生等均與葡萄的健康生長密切相關。傳統田間管理均是通過人工實現，勞動強度大、效率低、成本高。因此急需發展葡萄園管理機械化。一般地，葡萄園田間管理主要包括除草、施肥、灌溉、修剪、噴藥等。

2.1 除草機械

我國葡萄園常用的除草機械為往復式割草機，使用于較為平坦的地形，主要由切割器、機架（或懸掛架）、傳動機構、起落機構等部件組成，應用剪切原理切割植株，屬于有支撐切割。作業時依靠切割器上動刀和定刀的相對剪切運動切割雜草。該設備割茬整齊，單位割幅所需功率較小，但對雜草不同生長狀態的適應性差，易堵塞。切割器在作業時振動大，限制了作業速度的提高。

如圖4 所示，該機主要由機器主體、油缸、除草部件、平行四桿機構、避障觸發機構和觸桿組成。作業時，拖拉機牽引除草機前進，同時將輸出的動力通過動力輸出裝置傳至液壓系統，從而驅動除草刀盤旋轉而實現除草。此外，該機設計植株間自動避障裝置，主要包括平行四桿結構和避障觸發機構，能使機器有效地避開障礙物，順暢完成株間除草任務。目前隨著機械智能化的發展，除草機自動避障、無人駕駛功能將成為新趨勢。

圖4 籬架式栽培葡萄植株間自動避障除草機構圖[3]

2.2 噴藥管理機械

葡萄生產中的植保作業主要包括植株噴藥、噴施葉面肥及生長調節劑等，其工作總量約占種植管理總量的30%。目前，國內葡萄園主要采用風送式噴霧機械。此外，還有基于管道式噴霧、靜電式噴霧、循環噴霧、變量噴霧等技術生產的各類葡萄園噴藥機械。

風送式噴霧機又稱氣力式噴霧機，風機和導流裝置為該設備的核心部件。如圖5 所示，該機主要由噴霧機架、噴桿結構、風送裝置、液泵、藥液箱、噴霧液流系統和精量噴霧系統組成，作業時需搭載在PT-115型多功能自走式底盤上。藥液箱中的液體經過液泵泵送到噴桿，再經過多個與風機出風口相通的柔性出風管，經過柔性出風管出口處的噴頭形成霧滴，霧滴再被風機產生的氣流吹送至葡萄植株表面，最終實現同時對多行葡萄植株進行噴施作業。該機配置的噴霧液流系統和精量噴霧系統保證了作業時藥液的均勻性以及噴施藥液量的準確輸出。由于該機型的體積較大，因此比較適用于葡萄行距為2.5～3.5 米、樹冠低于1.8 米的大型葡萄園噴施作業。

圖5 3WPZ-4型葡萄噴霧機[15]

2.3 葡萄園修剪管理機械

目前我國釀酒葡萄生產管理中土地翻耕、藥物噴施和水肥管理等基本已實現機械化，而機械化葉幕管理相對滯后。葡萄葉幕和枝條修剪主要以往復切割器式修剪機（圖6）為主。此外，葡萄葉幕和枝條修剪相關的機械還有轉刀切割器式修剪機、旋轉式修剪機（圖7）、圓盤鋸式修剪機（圖8）等。

圖6 往復式剪梢機

圖7 轉刀式修剪機

圖8 圓盤鋸式修剪機

如圖6 所示，往復切割器式修剪機主要由液壓馬達、往復式切割器、機架、伸縮臂、液壓油缸等構成。修剪機的切割器主要由一組動刀片和定刀片構成，由液壓系統進行控制。如法國貝蘭克公司生產的Panorama 修剪機可通過調節兩個獨立的伸縮臂調整切割器的位置，切割器再從液壓馬達獲得動力做往復運動，最終實現切割。修剪機的修剪高度借助于豎直方向上的可伸縮臂來調節，修剪寬度通過調節水平方向上的可伸縮臂來完成。隨著技術的不斷改進，葡萄葉幕和枝條修剪機械化水平已實現標準化、專業化和精細化，并逐漸向自動化和智能化方向發展。

2.4 葡萄園埋土防寒機械

我國葡萄種植埋土防寒線以北地區，冬季埋土防寒和春季出土是葡萄園管理的重要環節，其工作量占葡萄園管理的30%。目前，我國大部分埋土防寒區冬季仍以人工埋藤為主，勞動強度大、成本高、葡萄藤易遭受損傷。機械化埋土出土不僅能降低生產成本、勞動強度，還能提高作業效率。因此，葡萄埋藤防寒機和防寒土清除機是北方地區葡萄園機械化管理必需的機械裝備。

2.4.1 埋藤防寒機如圖9 所示，葡萄埋藤機用于入冬前葡萄藤的埋土作業。該機具作業時，由拖拉機輸出的動力傳至旋轉刀軸，旋耕刀拋出的土經傳送帶傳送至葡萄藤上，實現埋藤作業。覆土厚度為25～55 厘米，覆土寬度為0.6～1.0 米，每小時可作業2.5 千米。該機采用的后懸掛、側邊傳動技術，可選擇性地進行左右換向拋土，大大提高了埋藤作業效率和作業質量，降低了勞動強度，但其穩定性及其適應性還有待提高。

圖9 PMT-75型葡萄埋藤機[16]

2.4.2 防寒土清除機葡萄防寒土清除機是葡萄藤經過冬季埋土后，在春季時替代人工進行扒藤除土的一種機械。機具的主要部件有驅動裝置、傳動系統及清土裝置等。根據清土裝置的安裝位置，機具可分為前置式和后置式。如圖10 所示，前置防寒土清除機利用旋轉取土裝置將壟上的土壤輸送至行間，使其均勻攤鋪在地面。機具在遇到障礙物時，可通過避障裝置有效躲避障礙物后，通過調整清土裝置的位置，再次實現防寒土的有效清除。為保證作業的正常進行，機具搭載器械的功率至少為29.6 千瓦，其伸縮范圍為50 厘米，每小時可實現清土作業0.5～1.5 千米，適于各種栽培模式和土壤條件葡萄園的防寒土清除作業。

圖10 前置式防寒土清除機[17]

圖11 為后置式防寒土清除機。該機具以三點后懸掛式連接，作業時需搭載四輪拖拉機。土壤經過絞龍主軸上的螺旋刀片被橫推至行間，加裝的地膜回收裝置避免了地膜對環境的影響，并實現一次性完成清土和回收地膜作業。該機體積小，結構簡單，對葡萄的損傷小，每小時可清土0.6 公頃，清土合格率高達92.74%，工作效率高，適合小型葡萄園的清土作業。

圖11 后置式防寒土清除機[18]

2.5 釀酒葡萄果實采收機

釀酒葡萄機械化采收始于20 世紀50 年代，如今歐美國家大部分葡萄園已基本實現機械化采收。我國大部分葡萄園目前仍采用人工采收，釀酒葡萄采收機的自主研發迫在眉睫。圖12 所示為4PZ-1 型自走式釀酒葡萄采收機。該機具通過配置的自走式液壓底盤實現騎跨于葡萄行上方行走作業，同時葡萄植株進入振搖分離機構，葡萄藤上的果粒受到震蕩后脫落，并掉落在柔性收集輸送機構上，最后落入料箱。果實下落時，風機將質量較輕的葡萄葉等雜質吹走。當料箱中果實集滿后，在液壓裝置的作用下，葡萄果實被倒出，以便進行下一輪的采收。

圖12 4PZ-1型自走式釀酒葡萄采收機[19]

該采收機一次性可實現一行葡萄植株果實的分離、輸送、除雜和收集工作，行走速度一般為2 千米/時，平均生產率為0.6 公頃/時，平均果實采凈率93.8%，平均果實破損率為9.3%，整機的通過性和靈活性較高，勞動強度低；但風機的除雜效果較差，平均果實破損率較高，適用于地頭回旋較大、葡萄行水泥立柱尺寸較小的葡萄園采收作業。

3 小 結

目前，我國還處于單戶小規模種植且地勢復雜，機械作業方式并不能被廣泛應用，因而，葡萄種植方式向多戶合作以及莊園種植方式即將取而代之。雖然我國目前在耕整土地、灌溉、中耕除草、施肥和噴藥等環節已基本實現機械化作業，但對于開溝種植、挖坑栽樁、夏季修剪、采收、施肥等環節與上架綁藤、冬季修剪等作業環節的機械化程度仍較低[20]。在如今科學技術發展迅猛的時代，機械化是葡萄生產的必然趨勢，降低葡萄園管理成本和完美融合農機農藝是現代化葡萄園生產管理的關鍵，同時建立葡萄園合理且適合機械化作業的種植標準制度，合理結合運用機械與人工作業，共同推動我國葡萄產業的發展。