丘陵山區(qū)柑橘全程機(jī)械化關(guān)鍵技術(shù)研究

湛小梅 曹中華 李亞麗 馮 偉 崔晉波

（重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，重慶 401329）

1 研究意義

柑橘是世界第一大水果，全球有138個國家/地區(qū)種植柑橘，生產(chǎn)形勢總體向好。據(jù)FAO最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2018年全球柑橘總產(chǎn)量14 659.9噸，同年我國的柑橘產(chǎn)量3 931.5萬噸，占比超1/4，而且近年發(fā)展迅速，產(chǎn)能還在擴(kuò)大。重慶是全國柑橘的主產(chǎn)區(qū)和優(yōu)產(chǎn)區(qū)，柑橘產(chǎn)業(yè)位居重慶七大特色產(chǎn)業(yè)之首，種植面積超過350萬畝，產(chǎn)量超過330萬噸，種植業(yè)產(chǎn)值近200億元，幫助農(nóng)民脫貧致富效果顯著。重慶市柑橘產(chǎn)業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃提出，“把重慶柑橘打造成中國柑橘第一品牌和全市第一優(yōu)勢特色產(chǎn)業(yè)，形成‘五個最大、一個第一’格局，即最大的晚熟柑橘基地、全國最大的橙汁加工基地、最大的柑橘科技創(chuàng)新高地、最大的種苗生產(chǎn)集散基地、最大的柑橘休閑旅游基地和全國第一個柑橘非疫區(qū)”。重慶市第四屆人大五次會議關(guān)于支持創(chuàng)建“重慶柑橘交易中心”促進(jìn)我市柑橘產(chǎn)業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展的建議提出，“實(shí)施‘柑橘＋互聯(lián)網(wǎng)、現(xiàn)代服務(wù)業(yè)+市場’一二三產(chǎn)融合新模式，推動中國柑橘產(chǎn)業(yè)整合創(chuàng)新、提質(zhì)增效和培育核心競爭力”?？梢?，柑橘產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊、政策優(yōu)越。

實(shí)踐證明，機(jī)械化生產(chǎn)可以大幅降低柑橘種植成本，提高作業(yè)效率，且對柑橘的單產(chǎn)和品質(zhì)無明顯影響，采用機(jī)械化種植有利于提高柑橘生產(chǎn)凈收益，從而提高果農(nóng)種植柑橘的積極性。然而，受丘陵山區(qū)地塊小、坡度大、土壤粘重、種植模式多樣和人工成本逐年提高等因素的制約，現(xiàn)有果園生產(chǎn)機(jī)械很難在丘陵山區(qū)柑橘生產(chǎn)過程中配套使用，導(dǎo)致了我市柑橘產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時，柑橘生產(chǎn)機(jī)械化卻令人堪憂[1-4]。

因此，本文立足丘陵山區(qū)地塊小、坡度大、分布零散、土壤多重性的耕地條件，圍繞高產(chǎn)高效、因地制宜、智能輕簡、品質(zhì)提升的農(nóng)機(jī)農(nóng)藝結(jié)合機(jī)械化薄弱環(huán)節(jié)技術(shù)需求，著重從基礎(chǔ)應(yīng)用技術(shù)研究、薄弱環(huán)節(jié)關(guān)鍵技術(shù)與裝備提升和開發(fā)、技術(shù)集成與全程機(jī)械化示范等方面開展研究，為丘陵山區(qū)柑橘全程機(jī)械化發(fā)展提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)，加速推動丘陵山區(qū)柑橘產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；⒓s化、綠色化發(fā)展。

2 丘陵山區(qū)柑橘機(jī)械化生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究

西南地區(qū)柑橘園主要分布在丘陵山地上，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化難度較大，然而柑橘生產(chǎn)是勞動密集型產(chǎn)業(yè)，隨著農(nóng)村城鎮(zhèn)化的進(jìn)程，迫切的需要解決柑橘機(jī)械化生產(chǎn)薄弱環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)，并進(jìn)行一些裝備的開發(fā)。重點(diǎn)突破采摘和運(yùn)輸兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)機(jī)械化，全力發(fā)展果園管理機(jī)械化，著力發(fā)展倉儲和產(chǎn)地商品化處理與產(chǎn)業(yè)信息化應(yīng)用技術(shù)[5-7]。

（1）機(jī)械化生產(chǎn)的柑橘特性研究

研究土壤耕作模式、耕層結(jié)構(gòu)，明確柑橘生長適宜的土壤條件；研究種植密度、栽培方式、地形、氣候，明確其對產(chǎn)量、品質(zhì)、性狀的影響，構(gòu)建不同區(qū)域機(jī)械化主栽種植模式；研究高標(biāo)準(zhǔn)建園模式，因地制宜、宜機(jī)化改造、水利設(shè)施配套，實(shí)現(xiàn)柑橘的機(jī)械化生產(chǎn)；研究植株形態(tài)、病理指征、土壤病害，以及水肥藥施用時機(jī)、數(shù)量、頻次、配比、分布，結(jié)合環(huán)境氣候的變化預(yù)警，揭示柑橘全生命周期水肥需求規(guī)律，提出病蟲草害防控策略；研究柑橘植株力學(xué)特性、腐熟機(jī)理，制定機(jī)械化碎枝標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；研究柑橘腐爛與病變機(jī)理、呼吸強(qiáng)度，以及環(huán)境參數(shù)、庫容量、儲存方式、儲藏過程的品質(zhì)變化，為柑橘商品化儲運(yùn)提供基礎(chǔ)。

（2）耕層深翻、深松、深施肥、除草等聯(lián)合作業(yè)裝備技術(shù)研究

基于柑橘根系生長的土壤耕層與團(tuán)粒結(jié)構(gòu)適宜條件，重點(diǎn)破解耕作部件仿生減阻與耐磨延壽材料、部件作業(yè)曲面構(gòu)型與優(yōu)化等制約瓶頸，進(jìn)行虛擬仿真研究以縮短開發(fā)周期，開發(fā)深翻、深松、深施肥、土壤消毒機(jī)具及聯(lián)合作業(yè)機(jī)具等。

（3）智能、輕簡、高效機(jī)械化采摘技術(shù)研究

面向丘陵山區(qū)柑橘機(jī)械化采摘的需求，突破山地地形差異的制約，研究柑橘采摘無人駕駛操控系統(tǒng)、末端執(zhí)行器等關(guān)鍵技術(shù)，突破基于機(jī)器視覺的柑橘果實(shí)識別、定位，底盤路徑規(guī)劃、智能避障等技術(shù)瓶頸；研制全自由度柑橘采摘機(jī)械臂，建立無人駕駛操控平臺，開發(fā)基于機(jī)器視覺的柑橘采摘機(jī)器人，具有無人駕駛操控方式，實(shí)現(xiàn)柑橘自動識別、定位和采摘，在丘陵山地標(biāo)準(zhǔn)化柑橘園開展應(yīng)用。

（4）柑橘田間管理關(guān)鍵技術(shù)研究

結(jié)合丘陵山地種植農(nóng)藝，研究水肥一體化灌溉技術(shù)與設(shè)施，精確施藥技術(shù)，樹冠仿形技術(shù)，研究GPS、GIS、RS、視覺導(dǎo)航、光譜分析和圖像處理等新技術(shù)。開發(fā)實(shí)施變量施藥的機(jī)械技術(shù)與裝備，實(shí)現(xiàn)在對柑橘樹病蟲害定位、數(shù)據(jù)采集及處理的基礎(chǔ)上，控制施藥機(jī)械的噴量、速度及位置，達(dá)到對柑橘樹進(jìn)行變量噴霧的目的。

（5）果園多功能作業(yè)平臺關(guān)鍵技術(shù)研究

基于履帶式動力平臺，綜合運(yùn)用傳感技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等現(xiàn)代化控制技術(shù)，根據(jù)田園管理作業(yè)要求，系統(tǒng)集成耕整、噴霧、修剪、除草、碎枝、轉(zhuǎn)運(yùn)等作業(yè)部件，通過三點(diǎn)懸掛快速組裝，形成丘陵山區(qū)果園管理作業(yè)系平臺，解決現(xiàn)有園作業(yè)平臺功能單一、勞動強(qiáng)度大、作業(yè)效率低、坡度穩(wěn)定性適應(yīng)差等問題。

（6）柑橘倉貯技術(shù)和設(shè)施關(guān)鍵技術(shù)研究

開發(fā)貯藏環(huán)境精確監(jiān)控技術(shù)和系統(tǒng)、規(guī)模化貯藏機(jī)械化設(shè)備和節(jié)能設(shè)施、商品化內(nèi)外部品質(zhì)分級和潔凈包裝保鮮技術(shù)設(shè)備。

3 柑橘全程機(jī)械化技術(shù)集成與區(qū)域示范優(yōu)化

基于西南丘陵地區(qū)柑橘種植農(nóng)藝要求，耕地宜機(jī)化改造技術(shù)規(guī)范，選擇柑橘種植的典型示范區(qū)和示范縣，通過薄弱環(huán)節(jié)機(jī)械化關(guān)鍵技術(shù)研究與裝備開發(fā)，建立高產(chǎn)高效機(jī)械化作業(yè)示范基地，以智能化、信息化應(yīng)用技術(shù)為引領(lǐng)，優(yōu)化高產(chǎn)高效優(yōu)質(zhì)節(jié)能機(jī)械化生產(chǎn)模式與不同規(guī)模的機(jī)械化作業(yè)配套技術(shù)、作業(yè)規(guī)范，改進(jìn)和優(yōu)化基于模式的機(jī)械化設(shè)備，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和優(yōu)化不同模式和規(guī)模的全程機(jī)械化技術(shù)集成性、設(shè)備配套性、管理規(guī)范性、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，建立柑橘產(chǎn)地商品化處理與貯藏的產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)并與物流接軌示范應(yīng)用。

4 政策建議

丘陵山區(qū)是黨的十九大提出的鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略主戰(zhàn)場，柑橘產(chǎn)業(yè)對推動丘陵山區(qū)鄉(xiāng)村振興有很強(qiáng)的社會公益性。然而，隨著柑橘產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，柑橘生產(chǎn)機(jī)械化程度勢必會影響果農(nóng)的經(jīng)濟(jì)效益，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整造成大批勞動力轉(zhuǎn)移，傳統(tǒng)人工作業(yè)方式已滿足不了柑橘產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。在現(xiàn)有的果園裝備與機(jī)械化生產(chǎn)基礎(chǔ)上，提出階段性發(fā)展建議:

一是針對目前丘陵山區(qū)柑橘生產(chǎn)專用裝備缺失，通用裝備適應(yīng)性差問題，開展作業(yè)測評、組合選型和適用性改造等工作，解決部分環(huán)節(jié)生產(chǎn)機(jī)械爬坡越障能力、人機(jī)作業(yè)安全、環(huán)境適用性及性價比不能滿足經(jīng)濟(jì)性要求的問題，打破丘陵山區(qū)梯田式與原生態(tài)柑橘園“無機(jī)可用”的局面[8]。

二是為促進(jìn)丘陵山區(qū)柑橘生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展，全面加強(qiáng)丘陵山區(qū)柑橘生產(chǎn)機(jī)械化薄弱環(huán)節(jié)關(guān)鍵技術(shù)研究，建立基于宜機(jī)化整治的適度規(guī)模柑橘生產(chǎn)全程機(jī)械化模式，制定柑橘全程機(jī)械化作業(yè)機(jī)械配套技術(shù)規(guī)范等相關(guān)政策建議，以期加快丘陵山區(qū)柑橘全程機(jī)械化進(jìn)程，助力丘陵山區(qū)鄉(xiāng)村振興。

三是結(jié)合新技術(shù)提升裝備的智能化水平，形成能夠適應(yīng)地塊大坡度、高頻次轉(zhuǎn)場的自走式智能調(diào)平高位多功能作業(yè)平臺，具有坡地靶標(biāo)識別定位與噴霧角度實(shí)時調(diào)節(jié)的地面精準(zhǔn)仿樹形無人對靶施藥裝備，可適用不同樹形修剪要求的多段可變幅自動化修剪裝備，構(gòu)建橘園生產(chǎn)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺、精確管理智能決策系統(tǒng)，研發(fā)智能控制農(nóng)機(jī)裝備，形成全產(chǎn)業(yè)鏈智慧農(nóng)業(yè)“三位一體”的關(guān)鍵技術(shù)和裝備體系，為慧橘園建設(shè)和精準(zhǔn)生產(chǎn)管理提供實(shí)用化平臺。實(shí)現(xiàn)全環(huán)節(jié)機(jī)械化生產(chǎn)，并在部分環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)自動化、智能化作業(yè)，推進(jìn)丘陵山區(qū)柑橘生產(chǎn)向現(xiàn)代高效模式轉(zhuǎn)化的進(jìn)程[9]。