果園農(nóng)藝現(xiàn)狀及果園機(jī)械發(fā)展思路

楊偉博 ，趙 旭 ，楊文娟

（第一拖拉機(jī)股份有限公司大拖公司，河南 洛陽 471004）

0 引言

2022 年，我國農(nóng)作物耕種收綜合機(jī)械化率已超過72%。然而，果園類的相關(guān)機(jī)械產(chǎn)品受其特殊環(huán)境的影響發(fā)展較為緩慢，機(jī)械化程度不高，大量果農(nóng)勞動(dòng)強(qiáng)度大[1-2]。

我國林果種植面積大，2019 年種植總面積約為1.67 億畝[3]。同時(shí)，林果也面臨著比糧食作物更為復(fù)雜的種植環(huán)境，在平原、坡地、丘陵、山地均有分布。

目前，平原地區(qū)果園種植所用的動(dòng)力機(jī)械以大棚型或窄輪距輪式拖拉機(jī)為主，作業(yè)內(nèi)容多為除草、噴藥、輔助運(yùn)輸?shù)萚4-6]。西南等區(qū)域的林果種植多樣且多在丘陵、坡地、山區(qū)，地方政府對(duì)林果業(yè)發(fā)展的預(yù)期及支持力度較大。例如，四川省明確提出2022 年川果的綜合產(chǎn)值要達(dá)到1 000 億元，并且對(duì)宜機(jī)化改造相關(guān)的田間道路、田塊的長度寬度及平整度提出了要求。為了滿足果園機(jī)械的需求，各大生產(chǎn)企業(yè)和研究院所均對(duì)此進(jìn)行了相關(guān)生產(chǎn)和研究[7-10]。

因丘陵、坡地、山區(qū)的地形或地貌限制，對(duì)大棚型或窄輪距輪式拖拉機(jī)在當(dāng)?shù)氐倪m應(yīng)性和符合需求的果園機(jī)械進(jìn)行農(nóng)藝研究，對(duì)于果園機(jī)械的系列開發(fā)具有重要意義。

1 幾種典型的果園農(nóng)藝

1.1 柑橘農(nóng)藝

對(duì)四川西充縣天馬農(nóng)業(yè)示范園區(qū)進(jìn)行考察，該種植園面積共1 000 余畝，屬于當(dāng)?shù)剌^為規(guī)范的種植基地，實(shí)行矮化柑橘種植的典型模式。園區(qū)地形環(huán)境以坡地為主，大片平地塊較少。

該園主要種植作業(yè)為施肥、噴藥、割草、套袋、采摘。矮化柑橘成長期為3~5 年，壽命長達(dá)七八十年。種植密度為行距3 m，株距2 m，植株高度在1.2 m以上；該農(nóng)業(yè)示范園區(qū)以外的有些區(qū)域?yàn)樾芯? m，株距3 m。由于當(dāng)?shù)赜炅控S沛，需在地塊周邊留出排水溝，同時(shí)每兩行植株需開溝排水，地面種草或鋪設(shè)地膜，用于土壤保濕，柑橘種植園如圖1 所示。

圖1 柑橘種植園

園區(qū)設(shè)有泵房，在地頭預(yù)埋管路用于輸送藥液，工作人員可帶著噴管小車連接預(yù)設(shè)管路后進(jìn)入園地進(jìn)行噴藥作業(yè)。該園區(qū)種植模式未在地塊周圍留出機(jī)耕道或調(diào)頭空間，僅在道路與地塊間的排水溝上局部搭建水泥板，以便工作人員及機(jī)具進(jìn)入，柑橘種植園具體場景如圖2 所示。目前，柑橘種植機(jī)械化率較低，園區(qū)方曾在歐洲尋找用于該農(nóng)藝的機(jī)械，但未找到合適產(chǎn)品。

1.2 檸檬農(nóng)藝

重慶潼南地區(qū)具有檸檬種植模式的代表性，當(dāng)?shù)氐匦屋^為平整，目前作業(yè)主要是人工噴除草劑、農(nóng)藥及剪枝作業(yè)。種植行距3 m，株距4 m，植株高度可達(dá)2 m。地面覆膜，地塊四周及每兩行設(shè)置有排水溝，地塊與道路間設(shè)置單塊水泥板供人員進(jìn)出，檸檬種植園如圖3所示。

圖3 檸檬種植園

檸檬樹3 年長成開始結(jié)果，掛果后部分樹枝垂地，但園地空間狹窄，園內(nèi)蚊蟲較多，部分區(qū)域枝葉繁茂，人員進(jìn)出存在較大障礙；除草劑使用時(shí)間長了會(huì)造成土地板結(jié)，且容易造成檸檬果樹壽命縮短，需要機(jī)械割草以提升果樹壽命。

1.3 葡萄農(nóng)藝

西昌涼山州的葡萄種植為大棚模式，由于地處大涼山區(qū)，耕地資源稀缺，糧食作物種植收益低，因此當(dāng)?shù)匾苑N植高收益的經(jīng)濟(jì)作物為主，其中葡萄種植較為普遍，主要種植品種有克倫生、陽光玫瑰、藍(lán)寶石。

當(dāng)?shù)仄咸逊N植面積共計(jì)14 萬畝，其中10 萬畝為散戶種植，種植模式相對(duì)固定，均為大棚種植，主要種植步驟為開溝、起壟、培土、施肥、噴藥作業(yè)。葡萄種植3年掛果，行距1.8 m，株距1 m，下部0.7 m內(nèi)枝葉修剪干凈，植株下部有滴灌用管路，葡萄植株下部空間如圖4 所示，果園設(shè)置有蓄水池，可用于施肥澆水。大棚架子高度為2 m（老式1.8 m），采用金屬管框架，頂部采用塑料覆膜，四周有金屬網(wǎng)及尼龍網(wǎng)，大棚使用壽命可達(dá)5 年。由于土地租金高，種植密度相對(duì)較大，個(gè)體種植戶噴藥作業(yè)主要依靠人工完成。

圖4 葡萄植株下部空間

當(dāng)?shù)赜许斶蛇?GZL-107 履帶管理機(jī)，如圖5 所示。該機(jī)型采用25 馬力單缸柴油機(jī)、平履帶底盤，可遙控操作實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，整機(jī)帶機(jī)具后長度3 m，寬度1.1 m，高度0.7 m，部分規(guī)?；?jīng)營的果園行距達(dá)到2 m，可以進(jìn)行作業(yè)。

圖5 頂呱呱1GZL-107履帶管理機(jī)

1.4 蘋果農(nóng)藝

研究小組考察了位于洛寧上戈鎮(zhèn)的洛寧超越農(nóng)業(yè)有限公司種植基地，該基地種植了面積達(dá)10 000畝的矮化蘋果，如圖6 所示，果園機(jī)械主要從事的作業(yè)內(nèi)容有除草、噴藥及平臺(tái)牽引等。

圖6 洛寧超越農(nóng)業(yè)有限公司種植園

該公司矮化蘋果種植技術(shù)從歐美等國家引進(jìn)，且矮化砧木已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，該種植技術(shù)要求果樹行距為3.5 m，植株間距為1 m，為保證通風(fēng)，每行總長度不宜超過200 m，每行果樹每隔9 m 設(shè)置有水泥柱或金屬管，拉上鋼絲用于固定果樹，兩頭拉有地錨固定立柱。果園上方覆蓋防護(hù)網(wǎng)，網(wǎng)高3.7 m，主要用于防止冰雹及鳥類損壞蘋果，矮化蘋果種植模式如圖7 所示。同時(shí)，園區(qū)設(shè)置有泵房，可采用滴灌技術(shù)對(duì)果樹進(jìn)行灌溉，肥料使用效率是傳統(tǒng)種植技術(shù)的3 倍，在地頭留有6 m機(jī)耕道可供果園機(jī)械調(diào)頭。

圖7 矮化蘋果種植模式

目前，該基地使用的主要機(jī)型為紐荷蘭T4.85F果園型拖拉機(jī)，如圖8 所示，同時(shí)采購了中國一拖生產(chǎn)的東方紅LX804F、MF904 等機(jī)型。主要作業(yè)為噴藥和除草，該基地噴藥作業(yè)采用牽引式2 000 L彌霧機(jī)，一次可完成兩行噴藥作業(yè)，病蟲害防治、落花、疏果等作業(yè)均可通過噴藥作業(yè)進(jìn)行；另需要配套割草機(jī)，為保水保肥，兩行果樹中間種植有草坪，需定期對(duì)草坪進(jìn)行修整，修剪后草坪高度留有10 cm。由于果園基地有較多山地、坡地，目前果園拖拉機(jī)可基本滿足機(jī)械化作業(yè)要求，但由于山地地形復(fù)雜，對(duì)駕駛員招聘有難度，因而當(dāng)?shù)貙?duì)無人駕駛產(chǎn)品有較強(qiáng)的需求。

圖8 紐荷蘭T4.85F果園型拖拉機(jī)

2 林果類機(jī)械的農(nóng)藝適應(yīng)性

果園種植模式在機(jī)械化普及方面的需求以施肥、打藥、割草、輔助采摘等作業(yè)為主，因此果園機(jī)械的引入應(yīng)以上述作業(yè)需求為主?？梢赃m應(yīng)果園作業(yè)的機(jī)械主要分為林下機(jī)械和果園拖拉機(jī)兩種類型。

2.1 林下機(jī)械

林下機(jī)械主要可應(yīng)用于種植密度大、山地地形復(fù)雜的果園場景，目前常見的林下機(jī)械有微耕機(jī)、遙控履帶作業(yè)機(jī)等，其產(chǎn)品特點(diǎn)以小型化、便攜化為主。微耕機(jī)可滿足上述典型種植的除草、開溝等作業(yè)，但勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全防護(hù)裝置差。遙控履帶拖拉機(jī)可以滿足上述種植的旋耕、開溝等作業(yè)，在產(chǎn)品可靠性提升后可進(jìn)行推廣。

噴施除草劑及林下的葉面噴藥作業(yè)以人工噴藥設(shè)備為主，如圖9 所示，但該設(shè)備勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作環(huán)境危害性大，作業(yè)效率仍然較低；柑橘、檸檬、蘋果可以使用小型履帶拖拉機(jī)噴藥，如圖10 所示，由于該機(jī)械需要人工近距離操作，同樣存在工作環(huán)境危害性大的問題。近年來，無人機(jī)噴藥作業(yè)開始興起，但由于無人機(jī)只能在植株上部進(jìn)行噴藥作業(yè)，不能實(shí)現(xiàn)噴施除草劑及對(duì)林下的葉面噴藥，作業(yè)效果不能滿足種植需要。

圖9 人工噴藥設(shè)備

圖10 履帶噴藥機(jī)

林果采摘及運(yùn)輸作業(yè)以人工為主，可采用輔助設(shè)備，目前市場上銷售的機(jī)械有小型履帶拖拉機(jī)配套采摘平臺(tái)及軌道運(yùn)輸車，如圖11 所示，可降低采摘及轉(zhuǎn)運(yùn)的工作強(qiáng)度，但小型履帶拖拉機(jī)配套采摘平臺(tái)因川渝地區(qū)林果種植區(qū)域的宜機(jī)化改造滯后目前尚處于推廣階段。

圖11 采摘平臺(tái)及軌道運(yùn)輸車

2.2 果園拖拉機(jī)

拖拉機(jī)是果園中的重要機(jī)械，大量作業(yè)機(jī)具仍然需要拖拉機(jī)作為動(dòng)力源來進(jìn)行工作。在通用型輪式拖拉機(jī)基礎(chǔ)上開發(fā)的大棚型或窄輪距型拖拉機(jī)，可以滿足平原、丘陵地區(qū)一般果園的除草、開溝、噴施除草劑及林下的葉面噴藥作業(yè)，該類型作業(yè)對(duì)拖拉機(jī)最基礎(chǔ)的要求為：駕駛室密封性要好，拖拉機(jī)的外廓尺寸（長度、寬度、高度）和轉(zhuǎn)彎半徑小。

利用果園拖拉機(jī)配套相應(yīng)的除草、噴藥機(jī)械進(jìn)行作業(yè)，可使作業(yè)效率大大提升；同時(shí)，除草效果穩(wěn)定、噴藥霧化效果好，對(duì)作業(yè)人員工作環(huán)境也有較大改善，是未來林果種植機(jī)械化的發(fā)展方向。但基于國內(nèi)果園農(nóng)藝的現(xiàn)實(shí)，同時(shí)還需對(duì)果苗、砧木進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)種植模式進(jìn)行宜機(jī)化改造，綜合提升種植水平。

3 果園拖拉機(jī)的開發(fā)

3.1 政策導(dǎo)向

目前，國家對(duì)于林果類經(jīng)濟(jì)作物的支持力度不斷加大，林果類機(jī)械在未來會(huì)成為農(nóng)機(jī)行業(yè)新的增長點(diǎn)。丘陵山地的林果種植品種多、種植農(nóng)藝各異，很難統(tǒng)一，宜機(jī)化程度很低，機(jī)械化作業(yè)率也低。果園機(jī)械推進(jìn)土地宜機(jī)化改造是前提，應(yīng)同時(shí)充分發(fā)揮國家支持龍頭企業(yè)的示范作用，讓龍頭企業(yè)按照作物門類配套適應(yīng)農(nóng)機(jī)具，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，以龍頭企業(yè)示范推廣作用為契機(jī)，對(duì)拖拉機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行推廣。

3.2 發(fā)展方向

3.2.1 果園拖拉機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

在果園機(jī)具的研發(fā)方面，應(yīng)該結(jié)合農(nóng)藝特點(diǎn)，拖拉機(jī)本身結(jié)構(gòu)應(yīng)具有以下幾個(gè)方面的特征：

1）根據(jù)果園種植行距，果園機(jī)械的設(shè)計(jì)需要結(jié)構(gòu)緊湊、外形小巧，消聲器、空濾等部件多采用仿形設(shè)計(jì)，避免對(duì)植株造成傷害。

2）采用超級(jí)轉(zhuǎn)向前橋技術(shù)，轉(zhuǎn)向半徑小、機(jī)動(dòng)性能好。

3）整機(jī)人機(jī)工程及操控系統(tǒng)布置合理，采用結(jié)構(gòu)緊湊的封閉駕駛室，密封性好，可以防止藥霧對(duì)駕駛員的傷害。

4）具有前PTO、前懸掛裝置，可以在前部帶除草機(jī)，后部帶噴藥機(jī)，一次性完成作業(yè)。

5）由于山區(qū)維修條件限制，應(yīng)選擇成熟、可靠性高的傳動(dòng)系進(jìn)行配套，同時(shí)應(yīng)保證易于維修。

6）山地、丘陵地區(qū)爬坡角度最高可達(dá)35°，全履帶或前輪后履車型具有優(yōu)勢，可同步進(jìn)行底盤或履帶總成的配套。

3.2.2 系列化開發(fā)

在果園拖拉機(jī)結(jié)構(gòu)滿足以上幾點(diǎn)以外，應(yīng)當(dāng)綜合考慮實(shí)際需要，對(duì)果園拖拉機(jī)進(jìn)行系列開發(fā)，以滿足不同地貌對(duì)拖拉機(jī)的需求。

1）對(duì)照國際標(biāo)準(zhǔn)，通過轉(zhuǎn)化等手段建立并完善果園型拖拉機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)收技術(shù)條件，建立行業(yè)入門門檻規(guī)則，減少無序競爭導(dǎo)致的產(chǎn)品品質(zhì)低劣和公共資源浪費(fèi)的情況。

2）在國內(nèi)農(nóng)機(jī)龍頭企業(yè)產(chǎn)品現(xiàn)有的成熟系列平臺(tái)的基礎(chǔ)上，依靠自身研發(fā)能力，結(jié)合農(nóng)藝需求趨勢分析，進(jìn)行整機(jī)結(jié)構(gòu)重組和優(yōu)化，借助原始產(chǎn)品本身具備的功能優(yōu)勢（如系列化、整機(jī)配置、擋位分布、功率強(qiáng)度儲(chǔ)備等），采取“短、平、快”的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品格局的沖擊，打破行業(yè)技術(shù)停滯不前的局面，帶動(dòng)其向前發(fā)展，對(duì)于企業(yè)也可以實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品收益的快速增效。

3）對(duì)于專業(yè)型平臺(tái)，在相關(guān)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)積累的基礎(chǔ)上，借鑒國外同類產(chǎn)品的先進(jìn)設(shè)計(jì)理念，以功率段確立縱向發(fā)展思路，以功能細(xì)分確立橫向發(fā)展思路。在22 kW~88 kW（30~120馬力）區(qū)間內(nèi)合理劃分產(chǎn)品各區(qū)段，實(shí)現(xiàn)功率段的系列化覆蓋。同時(shí)，針對(duì)其中每個(gè)產(chǎn)品平臺(tái)，結(jié)合國內(nèi)成熟果園農(nóng)藝或區(qū)域性、個(gè)性果園產(chǎn)品需求，通過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的局部模塊化匹配調(diào)整，實(shí)現(xiàn)包括普通農(nóng)業(yè)型產(chǎn)品在內(nèi)的由結(jié)構(gòu)功能區(qū)分的系列化產(chǎn)品開發(fā)。

4）針對(duì)國內(nèi)不同區(qū)域和不同果園類型，結(jié)合其地質(zhì)地形條件、種植模式、園藝要求、工況條件等不同需求，依據(jù)產(chǎn)品用途進(jìn)行整機(jī)結(jié)構(gòu)細(xì)分，在保證整體結(jié)構(gòu)通用性的前提下，通過模塊化的選裝或調(diào)整，實(shí)現(xiàn)細(xì)分區(qū)域市場所需求的產(chǎn)品開發(fā)。

5）鼓勵(lì)并合理引導(dǎo)下游產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品同步分化，逐步形成與果園拖拉機(jī)整機(jī)相匹配的專用型發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系、液壓零部件、覆蓋件、駕駛室、輪胎輪輞產(chǎn)品，形成農(nóng)機(jī)領(lǐng)域新的系列化產(chǎn)業(yè)鏈條和經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。

6）進(jìn)入該領(lǐng)域的相關(guān)農(nóng)機(jī)企業(yè)和下游產(chǎn)業(yè)在進(jìn)行自主產(chǎn)品平臺(tái)搭建的同時(shí)，應(yīng)同步進(jìn)行自身知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)屏障的搭建。

4 小結(jié)

綜上所述，本文通過對(duì)林果類經(jīng)濟(jì)作物的農(nóng)藝情況進(jìn)行調(diào)研，討論了不同經(jīng)濟(jì)作物的農(nóng)藝特點(diǎn)。同時(shí)，結(jié)合不同的農(nóng)藝特點(diǎn)，指出了目前果園拖拉機(jī)存在的問題，給出了果園拖拉機(jī)未來的發(fā)展方向，為果園機(jī)械的后續(xù)開發(fā)提供了一些理論支撐。