楊偉博 ，趙 旭 ，楊文娟

（第一拖拉機股份有限公司大拖公司，河南 洛陽 471004）

0 引言

2022 年，我國農(nóng)作物耕種收綜合機械化率已超過72%。然而，果園類的相關(guān)機械產(chǎn)品受其特殊環(huán)境的影響發(fā)展較為緩慢，機械化程度不高，大量果農(nóng)勞動強度大[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，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)果園種植所用的動力機械以大棚型或窄輪距輪式拖拉機為主，作業(yè)內(nèi)容多為除草、噴藥、輔助運輸?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，并且對宜機化改造相關(guān)的田間道路、田塊的長度寬度及平整度提出了要求。為了滿足果園機械的需求，各大生產(chǎn)企業(yè)和研究院所均對此進(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，對大棚型或窄輪距輪式拖拉機在當(dāng)?shù)氐倪m應(yīng)性和符合需求的果園機械進(jìn)行農(nóng)藝研究，對于果園機械的系列開發(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)域為行距5 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，柑橘種植機械化率較低，園區(qū)方曾在歐洲尋找用于該農(nóng)藝的機械，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；除草劑使用時間長了會造成土地板結(jié)，且容易造成檸檬果樹壽命縮短，需要機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14 萬畝，其中10 萬畝為散戶種植，種植模式相對固定，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，種植密度相對較大，個體種植戶噴藥作業(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，如圖5 所示。該機型采用25 馬力單缸柴油機、平履帶底盤，可遙控操作實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，整機帶機具后長度3 m，寬度1.1 m，高度0.7 m，部分規(guī)模化經(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

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，果園機械主要從事的作業(yè)內(nèi)容有除草、噴藥及平臺牽引等。

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，園區(qū)設(shè)置有泵房，可采用滴灌技術(shù)對果樹進(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機耕道可供果園機械調(diào)頭。

圖7 矮化蘋果種植模式

目前，該基地使用的主要機型為紐荷蘭T4.85F果園型拖拉機，如圖8 所示，同時采購了中國一拖生產(chǎn)的東方紅LX804F、MF904 等機型。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，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，為保水保肥，兩行果樹中間種植有草坪，需定期對草坪進(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，目前果園拖拉機可基本滿足機械化作業(yè)要求，但由于山地地形復(fù)雜，對駕駛員招聘有難度，因而當(dāng)?shù)貙o人駕駛產(chǎn)品有較強的需求。

圖8 紐荷蘭T4.85F果園型拖拉機

2 林果類機械的農(nóng)藝適應(yīng)性

果園種植模式在機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，因此果園機械的引入應(yīng)以上述作業(yè)需求為主。可以適應(yīng)果園作業(yè)的機械主要分為林下機械和果園拖拉機兩種類型。

2.1 林下機械

林下機械主要可應(yīng)用于種植密度大、山地地形復(fù)雜的果園場景，目前常見的林下機械有微耕機、遙控履帶作業(yè)機等，其產(chǎn)品特點以小型化、便攜化為主。微耕機可滿足上述典型種植的除草、開溝等作業(yè)，但勞動強度大，安全防護(hù)裝置差。遙控履帶拖拉機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)備勞動強度大、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噴藥，如圖10 所示，由于該機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，無人機噴藥作業(yè)開始興起，但由于無人機只能在植株上部進(jìn)行噴藥作業(yè)，不能實現(xiàn)噴施除草劑及對林下的葉面噴藥，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

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

圖11 采摘平臺及軌道運輸車

2.2 果園拖拉機

拖拉機是果園中的重要機械，大量作業(yè)機具仍然需要拖拉機作為動力源來進(jìn)行工作。在通用型輪式拖拉機基礎(chǔ)上開發(fā)的大棚型或窄輪距型拖拉機，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)對拖拉機最基礎(chǔ)的要求為：駕駛室密封性要好，拖拉機的外廓尺寸（長度、寬度、高度）和轉(zhuǎn)彎半徑小。

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

3 果園拖拉機的開發(fā)

3.1 政策導(dǎo)向

目前，國家對于林果類經(jīng)濟(jì)作物的支持力度不斷加大，林果類機械在未來會成為農(nóng)機行業(yè)新的增長點。丘陵山地的林果種植品種多、種植農(nóng)藝各異，很難統(tǒng)一，宜機化程度很低，機械化作業(yè)率也低。果園機械推進(jìn)土地宜機化改造是前提，應(yīng)同時充分發(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)機具，實現(xiàn)機械化作業(yè)，以龍頭企業(yè)示范推廣作用為契機，對拖拉機產(chǎn)品進(jìn)行推廣。

3.2 發(fā)展方向

3.2.1 果園拖拉機的結(jié)構(gòu)特點

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

1）根據(jù)果園種植行距，果園機械的設(shè)計需要結(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，避免對植株造成傷害。

2）采用超級轉(zhuǎn)向前橋技術(shù)，轉(zhuǎn)向半徑小、機動性能好。

3）整機人機工程及操控系統(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，后部帶噴藥機，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、可靠性高的傳動系進(jìn)行配套，同時應(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)

在果園拖拉機結(jié)構(gòu)滿足以上幾點以外，應(yīng)當(dāng)綜合考慮實際需要，對果園拖拉機進(jìn)行系列開發(fā)，以滿足不同地貌對拖拉機的需求。

1）對照國際標(biāo)準(zhǔn)，通過轉(zhuǎn)化等手段建立并完善果園型拖拉機產(chǎn)品設(shè)計指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)和驗收技術(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的情況。

2）在國內(nèi)農(nóng)機龍頭企業(yè)產(chǎn)品現(xiàn)有的成熟系列平臺的基礎(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、整機配置、擋位分布、功率強度儲備等），采取“短、平、快”的方式實現(xiàn)對現(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，帶動其向前發(fā)展，對于企業(yè)也可以實現(xiàn)新產(chǎn)品收益的快速增效。

3）對于專業(yè)型平臺，在相關(guān)研發(fā)經(jīng)驗積累的基礎(chǔ)上，借鑒國外同類產(chǎn)品的先進(jìn)設(shè)計理念，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，實現(xiàn)功率段的系列化覆蓋。同時，針對其中每個產(chǎn)品平臺，結(jié)合國內(nèi)成熟果園農(nóng)藝或區(qū)域性、個性果園產(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，實現(xiàn)細(xì)分區(qū)域市場所需求的產(chǎn)品開發(fā)。

5）鼓勵并合理引導(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整機相匹配的專用型發(fā)動機、傳動系、液壓零部件、覆蓋件、駕駛室、輪胎輪輞產(chǎn)品，形成農(nóng)機領(lǐng)域新的系列化產(chǎn)業(yè)鏈條和經(jīng)濟(jì)增長點。

6）進(jìn)入該領(lǐng)域的相關(guān)農(nóng)機企業(yè)和下游產(chǎn)業(yè)在進(jìn)行自主產(chǎn)品平臺搭建的同時，應(yīng)同步進(jìn)行自身知識產(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。同時，結(jié)合不同的農(nóng)藝特點，指出了目前果園拖拉機存在的問題，給出了果園拖拉機未來的發(fā)展方向，為果園機械的后續(xù)開發(fā)提供了一些理論支撐。