果园升降作业平台国内外发展现状与对策建议

张鲁云，孟祥金，段爱国，殷彩云，韩保保

(1.新疆农垦科学院机械装备研究所，新疆 石河子832000；2.新疆生产建设兵团第一师农机技术推广站，新疆 阿拉尔843300；3.新疆生产建设兵团第一师农业技术推广站，新疆 阿拉尔843300； 4.新疆生产建设兵团第一师农机监理所，新疆 阿拉尔843300)

0 引言

我国是水果生产大国，无论是种植面积还是总产量，均居世界首位，但同时也应看到，我国果园种植和管理方式依然比较落后，机械化作业水平较低，主要以劳动密集型产业为主。以苹果生产为例，2017年全国苹果产业人工投入成本占生产总成本的68.12%，高昂的人工使用成本不仅使果农的经济效益受到严重影响，而且还影响到特色林果业的健康持续发展[1]。

近年来，随着我国特色林果业的快速发展，果园机械化作业、规模化种植程度也随之得到大规模推广应用[2]。在林果业管理机械中，果园升降作业平台是研发种类最多、应用最广泛的一类果园管理机械[3]。目前，世界上先进的升降作业平台不但可以进行采摘、套袋、剪枝和疏花作业，还具有喷药、中耕、除草、开沟和施肥的功能。“一机多用”是果园升降作业平台发展趋势。果园升降作业平台的使用不仅可以显著提高工作效率，而且会大大降低果实损伤率，节省人工投入成本，提高果农的经济效益，对特色林果业实现机械化作业有重要意义。

1 果园升降作业平台定义与分类

1.1 采摘机械主要形式

果实采摘一直是阻碍特色林果业发展的“瓶颈”环节，也是一个世界性的难题。当前，世界上主要有3种形式的采摘作业平台[4]。一是通过振动或撞击等方式使果实与果树分离的采摘机械；二是半自动化的升降采摘作业平台；三是智能采摘机器人。振动式采摘方式容易对果树造成损伤，适用性较差。智能采摘机器人仅在日本、美国和西欧等发达国家的设施农业中有少量应用，且因技术条件高、使用成本高和工作效率较低等诸多因素的限制，应用范围并不广泛。目前，果园采摘应用最多最广泛的是半自动化升降作业平台。

1.2 果园采摘平台分类

不同于果园运输机械和智能采摘机器人，果园采摘平台是一种能够通过自行移动进行果实采摘作业的半自动化工作平台。果园采摘平台种类繁多、形式多样，作业过程中能够实现车体移动、平台升降和果品装载，给特色林果的采摘管理工作带来很大便利。采摘作业平台按照升降方式的不同可分为剪叉式、伸缩式、折臂式和阶梯式；按照驱动方式的不同可分为内燃机式、电动式和液压驱动式；按照底盘结构的不同，又可分为履带式和轮式。

2 国内外研究现状

2.1 国外研究现状

20世纪初期，欧美等西方发达国家就开始研究高空升降作业车，发展到现在已经形成较成熟的系列产品[5]。20世纪60年代，美国开始将高空作业平台投入到果园生产中，用来完成果实采摘、树枝修剪等工作。20世纪中期，由液压操控的升降作业平台在美国研制成功，在果园生产中充当采摘机具，快速提高采摘作业功效。英国Genie公司生产了GR12、GR15和GR20型电动升降平台；N.P.SEYMOUR公司研发了Windegger Picking Platforms产品；澳大利亚CRENDON公司则成功研制出可用于采摘芒果和鳄梨的SQUIRREL型升降平台作业车，如图1所示，该机具可以进行上升、下降、前进、后退和旋转等多种操作。

图1 SQUIRREL采摘平台Fig.1 SQUIRREL picking platform

美国和澳大利亚地域辽阔，因此相关产品大多为轮式行走作业平台车，适合于大规模果园种植面积。而日本和韩国等中小国家，则为小型果园管理机具，多采用枢轴式摆动悬挂机构及电视摄像机和无线电控制组合[6]。采摘车轮距宽，重心低，行走稳定，爬坡能力强，车轮装有正反转机构，回转能力好。行走机构多选用履带式，以适用于其山地丘陵崎岖不平的狭小地块。日本筑水公司研发的BP40型系列小型果园运输、管理机具，采用履带式行走机构，接地比压小，摩擦力小，通过性能较好，与地面接触面积大，牵引附着性好，越野机动性、爬坡和越障碍能力均优于轮式车辆。

2.2 国内研究现状

相较于欧美等发达国家，我国对果园作业平台研究起步较晚，进展也比较缓慢。我国南北气候差异较大，各地地形地貌较为复杂，果园多处于山区丘陵，果树品种各异，且种植地区也比较分散[7]。诸多因素都影响了我国果园机械化的发展，长期以来，特色林果业机械化水平不高，多为人工完成。20世纪90年代之后，在市场经济作用的推动影响下，许多国产园艺机械如园林气动剪、果园开沟施肥机和升降作业平台等产品才开始陆续推向市场。

2000年国产电动升降平台研制成功，不仅在技术上有了较大进展，而且可以广泛应用于特色林果业生产的各种场所，给果园产业带来极大的便利性。2007年，我国第1台多功能果园升降作业平台由新疆机械研究所研制成功，标志着我国特色林果业机械装备有了较大的发展。该型机具采用履带式行走机构，橡胶履带可以提高机具的稳定性和通过性。附带的小型发电机，可以为喷雾机和修剪果枝的气动剪等装置提供动力。该机采用机械与气动相结合的传动方式，可以进行果实采摘、喷雾打药、修剪果枝和果品运输等作业。山东华兴机械股份有限公司2011年生产的SQT-3000型多功能升降平台，如图2所示，可以完成多种果园管理作业[8]。升降机构采用液压传动，稳定性较好，同时也提高了作业平台的安全性。

图2 SQT-3000型多功能升降平台Fig.2 SQT-3000 multifunctional lifting platform

浙江吉峰聚力农业机械有限公司生产的7BY-350型自走式果园升降作业搬运车，适用于现代化果园的修剪、果实采摘和装载运输等多项作业。该机采用履带式行走机构，操作简便灵活。液压和电器等关键部件选用国外进口元件，性能稳定，工作安全可靠。

国产果园升降作业机械起步晚，相对于国外先进机械，还存在着噪声大、人机结合性较差、功能单一和缺少电子监控设备等缺点，稳定性和安全性还有待进一步提高。同时，国产果园升降作业机械普遍体积较大，机具笨重且操作不便，不适合果园狭小地块的行走、转向和升降作业，各方面性能还需进一步提高完善。

3 果园升降作业平台发展需求分析

虽然我国林果业种植面积大，但是由于受到经济条件、工业现状、工作环境和自然因素等方面的影响制约，相较于国外发达国家，我国目前特色林果业机械化程度还较低，机械装备保有量和种类也较少[9]。在果园管理作业中一些劳动强度大、用工量较多的环节，如修枝整形、开沟施肥、疏花疏果、喷雾打药和果实采摘缺少相应机械装备，仍需人力完成。虽然近年来情况有所改善，但是园林机械保有量增长速度缓慢，远滞后于特色林果业的发展需求。

以特色林果生产大省新疆为例，统计数据表明，2019年新疆拥有各类林果机械3.48万台，总动力1.29万kW，机械数量较2008年增加2.38万台，动力增加1.07万kW[10]。其中，2019年果树挖坑机0.36万台，果枝修剪机1.89万台，其他果园管理辅助机械2.08万台，分别较2008年增加了0.25万台、1.5万台和1.62万台。尽管装备数量有了较大提高，但是还应看到目前新疆特色林果业中标准化生产种植面积较小，大多数果园仍采用粗放型管理方式。各种因素导致新疆特色林果业机械化作业综合水平不高，各个工作环节发展很不均衡。2014—2019年新疆林果业主要环节机械化水平如表1所示。由表1可知，目前新疆特色林果业作业中，中耕、施肥和植保机械化程度较高，而修剪和采摘机械化程度较低，从而导致综合机械化程度整体偏低。

表1 2014—2019年新疆林果业机械化水平

3.1 机具功能多样化

从农业机械国际市场的发展趋势来看，机具功能多样化是发展趋势，这主要是为了适应现代农业高效率机械化作业的需求[11]。目前，国外先进果园升降作业机械，都具有运输、采摘和喷雾等多种功能。我国同类机型也应向同样的方向发展，以提高机具的使用效率。

3.2 装备人工智能化

随着地理信息系统(GIS)、北斗卫星导航系统(BDS)和遥感技术(RS)等电子技术的快速发展，其对农业机械也产生了巨大影响，现代果园作业机械也逐步向着自动化、精量化和人工智能化的方向发展。目前国外果园作业机械大部分都加装了电子操控设备，而在果园管理机械系统中，人工智能化程度则进一步提高，正向着智能机器人的方向发展。

4 果园升降作业机械发展制约因素

林果业机械化发展是一个系统工程，受到农机制造业水平、果树种植栽培模式、果园自然地理环境、机械使用状况和果农经济条件等多种因素的影响[12]。目前，我国林果业机械化升降作业平台使用、制作总体水平不高，与欧美等发达国家相比还有较大差距，严重滞后于林果业的发展需求。究其原因主要有以下4个方面。

4.1 关注程度低

国家农机购置补贴资金等财政扶持政策的重点长期以来都集中在小麦、水稻和油菜等大宗粮食油料作物上，对林果业机械化的关注度和资金投入相对较少，且支持力度不够。各地农机主管部门普遍对林果机械化作业重视程度偏低，把林果产业当做副业对待，在林果机械装备的引进开发、试验推广等许多环节相对滞后，这都导致了在农业领域对果园机械化作业的关注度和认可度较低。

4.2 研发起步晚

国外从20世纪初期就开始林果业机械的研发生产，而我国直到20世纪90年代中后期才开始相关机具的研制和引进工作。研发工作时间的相对滞后，导致我国果园机械产品的研制、生产和推广应用程度长期偏低。

4.3 科研产品的市场转化率低

我国近年来开始特色林果产业机械装备的研发工作，但科研成果市场转化率很低，目前还没有形成大规模市场化生产。首先是因为现在市场风险较大，生产厂家大多不愿意做较大风险投资；其次是科研成果还没有达到成熟使用阶段，从科研成果到市场产品还有相当距离，高校和生产企业没有组织起足够的科研团队，也使得产品技术含量不高；最后是我国林果业机械的生产、使用和售后服务等各项环节还很不完善，农户对国产机具的认可程度不高，也制约了特色林果机械的进一步发展[13]。

4.4 工作环境差异较大

我国地域辽阔，农业自然生态环境各不相同，各地果园种植模式各异，果品种类繁多，加之园艺管理与机械作业长期脱节，都给特色林果业实现机械化带来相当困难。随着近年来精准农业各项高标准技术要求的提出，更加大了果园机械的应用难度。

5 建议措施

5.1 总体思路

总体思路以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，贯彻落实国务院《关于加快推进农业机械化和农机装备产业转型升级的指导意见》(国发[2018]42号)、农业农村部《关于加快推进农业机械化转型升级通知》(农机发[2019]4号)等文件精神和十四五规划的总体部署[14]。以提高特色林果业生产全产业链的机械化水平为目标，以推进农机供给侧结构性改革为重点，以推进林果产业全面“提质增效”为指引，以科学、管理、服务和政策等方面创新为主要手段，加快补齐制约我国特色林果业机械化发展的各种短板，满足林果产业对机械装备和作业服务等各方面的实际需求，为特色林果业的发展和提质增效提供装备支持与技术保障。

5.2 加大完善对特色林果产业的支持力度与方式

自2004年我国实行农机购置补贴政策以来，国家农业部在农户购买大中型农机具时提供了许多优惠政策和相应资金补贴。这些扶持措施极大地激发了广大农户购买农机具的热情，加快了我国农业机械装备的更新换代速度。因此，在现阶段农业生产发展过程中，为了进一步发挥财政补贴资金的作用，国家相关政策应继续加大力度支持液体肥料及配套农机具的推广与应用。

5.3 加强从业人员技能培训

宣传解读国家相关政策，为林果业机械化发展创造良好的环境。加强全国农机推广和管理人员的技能培训，提高林果业实现机械化在产业兴旺和乡村经济振兴中的作用和地位。通过对林果业机械化技术优势的大力宣传，让林果生产经营者充分了解实现机械化在生产中省工省时、提质增效等方面的作用，提高其对林果机械装备的认知度。

5.4 加快短缺机械研制和相关机具引进

相关作业机具短缺是制约我国特色林果业发展的一个重要原因，可以结合林果业发展的实际需求，引导农机企业开展自主研发，强化农机产品的有效供给和超前准备。另一方面，以林果生产规模化经营组织为主体，建立特色林果业机械化生产示范基地，加快林果业生产关键环节亟需的各种机械装备的引进、示范和推广应用。

5.5 加强完善园艺规范和农业机械之间的相互结合

先进、高效的林果业机械化作业必须符合园艺种植的规范，而园艺种植也必须适应机械化作业的要求，二者相辅相成、相互依存。但是，我国林果业种植品种各异，自然生态环境差异很大，种植模式大多不符合机械化作业。因此，只有实现农机和园艺的有效结合才能使机械装备达到最佳效果，取得最好的费效比。

5.6 建立林果机械信息平台

建立林果机械信息平台，实现农机产品信息共享。特色林果业实现机械化作业需要各种机械装备，然而由于受到农机产品供求信息不明等各种因素影响，致使农户很难选购到所需机型。建议农机推广部门搭建林果业机械装备使用信息平台，通过信息平台收集国内外林果机械装备产品的相关信息，然后通过互联网或手机APP实现信息共享，使得全国各地林果业生产经营者方便查询了解机械装备信息。

6 结束语

果园高架升降作业机械装备在发达国家的农业领域应用十分广泛，但目前在我国的林果生产中机械化程度仍然不高，尤其是果园高架升降装备的发展仍有较大差距[15]。相较于国外先进机械，我国同类机型功能单一，只有升降、采摘或运输功能，没有多功能整合实现多种作业的升降机械设备，现有的高空升降作业装备无法通用于各种果树，相应设备也存在价格偏高、零配件供给不足、售后服务困难和难以推广应用等诸多问题。果园高空升降作业机械目前在我国仍处于初始阶段，具有较好的市场发展潜力。因此，国内的相关研究机构应针对上述情况，从农机与农艺两方面入手，实现机具对不同果树作业的广泛适用性。可在果园高空升降作业平台上安装喷雾、打药、采摘和修剪等各种装置，以实现高空作业平台的一机多用性。加大对果园升降作业装备的研发资金投入，将先进的科学技术应用到农业生产中。在机具的研发生产过程中要联系我国实际国情，根据特色林果业的实际需求，研发出操作简便、价格低廉和高效实用的果园升降作业平台。