我國(guó)現(xiàn)代化葡萄園管理的機(jī)械應(yīng)用現(xiàn)狀

孟卓妮，趙益梅，唐佳代，王雪秋

(茅臺(tái)學(xué)院 貴州仁懷 564507）

葡萄的生產(chǎn)過程主要包括定植、田間管理和采收等3 個(gè)環(huán)節(jié)。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(qū)域）等；葡萄的采收過程則包括葡萄果實(shí)采收及其收獲后的運(yùn)輸?shù)茸鳂I(yè)。葡萄生產(chǎn)過程復(fù)雜且需要大量勞動(dòng)力，目前我國(guó)大量農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力向第二、第三產(chǎn)業(yè)的大幅轉(zhuǎn)移不僅大大增加了葡萄產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，還增加了葡萄生產(chǎn)的人工成本。這導(dǎo)致葡萄生產(chǎn)管理的機(jī)械化必然趨勢(shì)。

對(duì)國(guó)內(nèi)外葡萄種植基地進(jìn)行調(diào)查的結(jié)果顯示，為滿足葡萄機(jī)械化生產(chǎn)，其基地建設(shè)需達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)如下：葡萄基地建設(shè)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(fèi)。對(duì)于埋土防寒區(qū)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(shí)，其半徑需大于3.9 米[1-2]。除此之外，為實(shí)現(xiàn)葡萄種植機(jī)械化，還需規(guī)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(xiàn)出豎直向上或傾斜生長(zhǎng)。我國(guó)葡萄種植方式根據(jù)基地面積分為單戶小規(guī)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(guī)模種植且地勢(shì)復(fù)雜的，作業(yè)機(jī)械并不適用。這也說明了我國(guó)葡萄種植方式必須向多戶合作以及莊園種植方向發(fā)展。而國(guó)外葡萄園采用的莊園種植方式的同時(shí)也擁有較高的機(jī)械化程度[3]，尤其美國(guó)和法國(guó)對(duì)于土壤監(jiān)測(cè)、種植、管理、病蟲害防治及包裝等環(huán)節(jié)的機(jī)械化均已基本替代了人工作業(yè)，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)釀酒葡萄的全程自動(dòng)化采收[4]。

機(jī)械化管理的采用不僅能省時(shí)省力，還有利于葡萄的增產(chǎn)增收，更有利于葡萄與葡萄酒產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展[5]。我國(guó)目前在耕整土地、灌溉、中耕除草、施肥和噴藥等環(huán)節(jié)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化[6-7]。一些適用于不同的葡萄種植規(guī)模的不同類型作業(yè)機(jī)械相繼出現(xiàn)，如埋土機(jī)、施的不同類型的肥機(jī)、噴霧機(jī)、除草機(jī)等，雖適用面廣，但其工作原理、適用條件和造價(jià)等各有差異[8-9]。鑒于我國(guó)葡萄機(jī)械化生產(chǎn)方式和機(jī)械種植行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)均不完善，我國(guó)不同地區(qū)葡萄的種植規(guī)模、種植行距以及架式各異，只有為數(shù)不多的農(nóng)業(yè)機(jī)械可適用于葡萄園作業(yè)。因此，結(jié)合機(jī)械化發(fā)展加大對(duì)植株的行距、架形等方面的研究和改進(jìn)，加大研究我國(guó)葡萄種植地域也成為了必然趨勢(shì)[10-11]。果園機(jī)械化是農(nóng)業(yè)機(jī)械化的重要組成部分，雖然近年來我國(guó)葡萄園機(jī)械化水平提高迅速，但總體來看，我國(guó)多數(shù)果農(nóng)仍保持傳統(tǒng)種植思維，再者我國(guó)葡萄園作業(yè)機(jī)械的種類、性能及應(yīng)用技術(shù)水平與世界先進(jìn)國(guó)家相比仍然存在巨大差距，導(dǎo)致新型機(jī)械設(shè)備的使用率不高且很難融入到葡萄園的生產(chǎn)作業(yè)中。

1 葡萄園土壤整理機(jī)械

據(jù)國(guó)際葡萄與葡萄酒組織（簡(jiǎn)稱OIV）在2018 年公開的數(shù)據(jù)顯示，全球葡萄種植面積達(dá)740 萬公頃，我國(guó)10 個(gè)葡萄主產(chǎn)省區(qū)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(chǎn)過程中主要采用精細(xì)化管理，但均以人工作業(yè)為主，其高昂的人工成本占據(jù)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(chǔ)性工作。人工開溝、挖坑作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、費(fèi)用高，難以實(shí)現(xiàn)葡萄的規(guī)?；a(chǎn)經(jīng)營(yíng)。因此，加快葡萄種植的機(jī)械化發(fā)展迫在眉睫。目前，根據(jù)園地面積、地形與所處區(qū)域等綜合確定葡萄園整理使用的機(jī)械。常見的開溝機(jī)械有鏵式犁開溝機(jī)（圖1）、鏈?zhǔn)介_溝機(jī)（圖2）和開溝施肥一體化機(jī)械（圖3）等，這里重點(diǎn)介紹最常用的鏵式犁開溝機(jī)。

圖1 京HK-14型開溝機(jī)結(jié)構(gòu)圖[14]

圖2 1K-17型鏈?zhǔn)介_溝機(jī)

圖3 偏置式開溝施肥一體機(jī)（左）與偏置式攪拌回填機(jī)（右）

1.1 作業(yè)原理與特點(diǎn)

鏵式犁開溝設(shè)備是最早被應(yīng)用于農(nóng)田作業(yè)的一種開溝機(jī)，包括有懸掛犁和牽引犁式開溝機(jī)兩種形式。鏵式犁開溝機(jī)屬于從動(dòng)型工作部件，在配置動(dòng)力機(jī)械的牽引下，利用“刨削”的原理對(duì)土壤進(jìn)行開溝翻土，完成作業(yè)。該設(shè)備適用于土壤硬度不太大的輕質(zhì)或中等土壤，否則容易導(dǎo)致溝形不整齊，有時(shí)需再次進(jìn)行人工修整，鏵式犁雖然體積大、結(jié)構(gòu)笨重，但是使用方便、成本低且對(duì)動(dòng)力設(shè)備的要求不高，甚至有時(shí)可直接通過人力驅(qū)動(dòng)。

1.2 常見機(jī)型

開溝犁體是開溝機(jī)關(guān)鍵工作部件，決定了開溝的質(zhì)量，我國(guó)主要有KGTP 和京HK-14 兩種類型。隨著機(jī)組的前進(jìn)，KGTP 型開溝機(jī)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(cè)，冀尾板將溝壁壓緊，形成梯形斷面的溝渠，達(dá)到開溝培土的目的。京HK-14 型開溝機(jī)在牽引連接裝置的作用下與機(jī)組連接，調(diào)整開溝犁體的水平方向與開溝深度，并通過調(diào)節(jié)絲桿和支持輪穩(wěn)定開溝深度。隨著機(jī)組的前進(jìn)，開溝機(jī)前面的犁鏵起土，分土板把土推翻到兩側(cè)，從而形成溝渠，如圖1 所示。

2 葡萄園田間管理機(jī)械

葡萄種植方式、葡萄園土壤變化、病蟲害發(fā)生等均與葡萄的健康生長(zhǎng)密切相關(guān)。傳統(tǒng)田間管理均是通過人工實(shí)現(xiàn)，勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、成本高。因此急需發(fā)展葡萄園管理機(jī)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(jī)械

我國(guó)葡萄園常用的除草機(jī)械為往復(fù)式割草機(jī)，使用于較為平坦的地形，主要由切割器、機(jī)架（或懸掛架）、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、起落機(jī)構(gòu)等部件組成，應(yīng)用剪切原理切割植株，屬于有支撐切割。作業(yè)時(shí)依靠切割器上動(dòng)刀和定刀的相對(duì)剪切運(yùn)動(dòng)切割雜草。該設(shè)備割茬整齊，單位割幅所需功率較小，但對(duì)雜草不同生長(zhǎng)狀態(tài)的適應(yīng)性差，易堵塞。切割器在作業(yè)時(shí)振動(dòng)大，限制了作業(yè)速度的提高。

如圖4 所示，該機(jī)主要由機(jī)器主體、油缸、除草部件、平行四桿機(jī)構(gòu)、避障觸發(fā)機(jī)構(gòu)和觸桿組成。作業(yè)時(shí)，拖拉機(jī)牽引除草機(jī)前進(jìn)，同時(shí)將輸出的動(dòng)力通過動(dòng)力輸出裝置傳至液壓系統(tǒng)，從而驅(qū)動(dòng)除草刀盤旋轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)除草。此外，該機(jī)設(shè)計(jì)植株間自動(dòng)避障裝置，主要包括平行四桿結(jié)構(gòu)和避障觸發(fā)機(jī)構(gòu)，能使機(jī)器有效地避開障礙物，順暢完成株間除草任務(wù)。目前隨著機(jī)械智能化的發(fā)展，除草機(jī)自動(dòng)避障、無人駕駛功能將成為新趨勢(shì)。

圖4 籬架式栽培葡萄植株間自動(dòng)避障除草機(jī)構(gòu)圖[3]

2.2 噴藥管理機(jī)械

葡萄生產(chǎn)中的植保作業(yè)主要包括植株噴藥、噴施葉面肥及生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等，其工作總量約占種植管理總量的30%。目前，國(guó)內(nèi)葡萄園主要采用風(fēng)送式噴霧機(jī)械。此外，還有基于管道式噴霧、靜電式噴霧、循環(huán)噴霧、變量噴霧等技術(shù)生產(chǎn)的各類葡萄園噴藥機(jī)械。

風(fēng)送式噴霧機(jī)又稱氣力式噴霧機(jī)，風(fēng)機(jī)和導(dǎo)流裝置為該設(shè)備的核心部件。如圖5 所示，該機(jī)主要由噴霧機(jī)架、噴桿結(jié)構(gòu)、風(fēng)送裝置、液泵、藥液箱、噴霧液流系統(tǒng)和精量噴霧系統(tǒng)組成，作業(yè)時(shí)需搭載在PT-115型多功能自走式底盤上。藥液箱中的液體經(jīng)過液泵泵送到噴桿，再經(jīng)過多個(gè)與風(fēng)機(jī)出風(fēng)口相通的柔性出風(fēng)管，經(jīng)過柔性出風(fēng)管出口處的噴頭形成霧滴，霧滴再被風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流吹送至葡萄植株表面，最終實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)多行葡萄植株進(jìn)行噴施作業(yè)。該機(jī)配置的噴霧液流系統(tǒng)和精量噴霧系統(tǒng)保證了作業(yè)時(shí)藥液的均勻性以及噴施藥液量的準(zhǔn)確輸出。由于該機(jī)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(yè)。

圖5 3WPZ-4型葡萄噴霧機(jī)[15]

2.3 葡萄園修剪管理機(jī)械

目前我國(guó)釀酒葡萄生產(chǎn)管理中土地翻耕、藥物噴施和水肥管理等基本已實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，而機(jī)械化葉幕管理相對(duì)滯后。葡萄葉幕和枝條修剪主要以往復(fù)切割器式修剪機(jī)（圖6）為主。此外，葡萄葉幕和枝條修剪相關(guān)的機(jī)械還有轉(zhuǎn)刀切割器式修剪機(jī)、旋轉(zhuǎn)式修剪機(jī)（圖7）、圓盤鋸式修剪機(jī)（圖8）等。

圖6 往復(fù)式剪梢機(jī)

圖7 轉(zhuǎn)刀式修剪機(jī)

圖8 圓盤鋸式修剪機(jī)

如圖6 所示，往復(fù)切割器式修剪機(jī)主要由液壓馬達(dá)、往復(fù)式切割器、機(jī)架、伸縮臂、液壓油缸等構(gòu)成。修剪機(jī)的切割器主要由一組動(dòng)刀片和定刀片構(gòu)成，由液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制。如法國(guó)貝蘭克公司生產(chǎn)的Panorama 修剪機(jī)可通過調(diào)節(jié)兩個(gè)獨(dú)立的伸縮臂調(diào)整切割器的位置，切割器再從液壓馬達(dá)獲得動(dòng)力做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)切割。修剪機(jī)的修剪高度借助于豎直方向上的可伸縮臂來調(diào)節(jié)，修剪寬度通過調(diào)節(jié)水平方向上的可伸縮臂來完成。隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)，葡萄葉幕和枝條修剪機(jī)械化水平已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化和精細(xì)化，并逐漸向自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。

2.4 葡萄園埋土防寒機(jī)械

我國(guó)葡萄種植埋土防寒線以北地區(qū)，冬季埋土防寒和春季出土是葡萄園管理的重要環(huán)節(jié)，其工作量占葡萄園管理的30%。目前，我國(guó)大部分埋土防寒區(qū)冬季仍以人工埋藤為主，勞動(dòng)強(qiáng)度大、成本高、葡萄藤易遭受損傷。機(jī)械化埋土出土不僅能降低生產(chǎn)成本、勞動(dòng)強(qiáng)度，還能提高作業(yè)效率。因此，葡萄埋藤防寒機(jī)和防寒土清除機(jī)是北方地區(qū)葡萄園機(jī)械化管理必需的機(jī)械裝備。

2.4.1 埋藤防寒機(jī)如圖9 所示，葡萄埋藤機(jī)用于入冬前葡萄藤的埋土作業(yè)。該機(jī)具作業(yè)時(shí)，由拖拉機(jī)輸出的動(dòng)力傳至旋轉(zhuǎn)刀軸，旋耕刀拋出的土經(jīng)傳送帶傳送至葡萄藤上，實(shí)現(xiàn)埋藤作業(yè)。覆土厚度為25～55 厘米，覆土寬度為0.6～1.0 米，每小時(shí)可作業(yè)2.5 千米。該機(jī)采用的后懸掛、側(cè)邊傳動(dòng)技術(shù)，可選擇性地進(jìn)行左右換向拋土，大大提高了埋藤作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，但其穩(wěn)定性及其適應(yīng)性還有待提高。

圖9 PMT-75型葡萄埋藤機(jī)[16]

2.4.2 防寒土清除機(jī)葡萄防寒土清除機(jī)是葡萄藤經(jīng)過冬季埋土后，在春季時(shí)替代人工進(jìn)行扒藤除土的一種機(jī)械。機(jī)具的主要部件有驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)及清土裝置等。根據(jù)清土裝置的安裝位置，機(jī)具可分為前置式和后置式。如圖10 所示，前置防寒土清除機(jī)利用旋轉(zhuǎn)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(jī)具在遇到障礙物時(shí)，可通過避障裝置有效躲避障礙物后，通過調(diào)整清土裝置的位置，再次實(shí)現(xiàn)防寒土的有效清除。為保證作業(yè)的正常進(jìn)行，機(jī)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(shí)可實(shí)現(xiàn)清土作業(yè)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(yè)。

圖10 前置式防寒土清除機(jī)[17]

圖11 為后置式防寒土清除機(jī)。該機(jī)具以三點(diǎn)后懸掛式連接，作業(yè)時(shí)需搭載四輪拖拉機(jī)。土壤經(jīng)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(duì)環(huán)境的影響，并實(shí)現(xiàn)一次性完成清土和回收地膜作業(yè)。該機(jī)體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)葡萄的損傷小，每小時(shí)可清土0.6 公頃，清土合格率高達(dá)92.74%，工作效率高，適合小型葡萄園的清土作業(yè)。

圖11 后置式防寒土清除機(jī)[18]

2.5 釀酒葡萄果實(shí)采收機(jī)

釀酒葡萄機(jī)械化采收始于20 世紀(jì)50 年代，如今歐美國(guó)家大部分葡萄園已基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化采收。我國(guó)大部分葡萄園目前仍采用人工采收，釀酒葡萄采收機(jī)的自主研發(fā)迫在眉睫。圖12 所示為4PZ-1 型自走式釀酒葡萄采收機(jī)。該機(jī)具通過配置的自走式液壓底盤實(shí)現(xiàn)騎跨于葡萄行上方行走作業(yè)，同時(shí)葡萄植株進(jìn)入振搖分離機(jī)構(gòu)，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(jī)構(gòu)上，最后落入料箱。果實(shí)下落時(shí)，風(fēng)機(jī)將質(zhì)量較輕的葡萄葉等雜質(zhì)吹走。當(dāng)料箱中果實(shí)集滿后，在液壓裝置的作用下，葡萄果實(shí)被倒出，以便進(jìn)行下一輪的采收。

圖12 4PZ-1型自走式釀酒葡萄采收機(jī)[19]

該采收機(jī)一次性可實(shí)現(xiàn)一行葡萄植株果實(shí)的分離、輸送、除雜和收集工作，行走速度一般為2 千米/時(shí)，平均生產(chǎn)率為0.6 公頃/時(shí)，平均果實(shí)采凈率93.8%，平均果實(shí)破損率為9.3%，整機(jī)的通過性和靈活性較高，勞動(dòng)強(qiáng)度低；但風(fēng)機(jī)的除雜效果較差，平均果實(shí)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(yè)。

3 小 結(jié)

目前，我國(guó)還處于單戶小規(guī)模種植且地勢(shì)復(fù)雜，機(jī)械作業(yè)方式并不能被廣泛應(yīng)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(guó)目前在耕整土地、灌溉、中耕除草、施肥和噴藥等環(huán)節(jié)已基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，但對(duì)于開溝種植、挖坑栽樁、夏季修剪、采收、施肥等環(huán)節(jié)與上架綁藤、冬季修剪等作業(yè)環(huán)節(jié)的機(jī)械化程度仍較低[20]。在如今科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅猛的時(shí)代，機(jī)械化是葡萄生產(chǎn)的必然趨勢(shì)，降低葡萄園管理成本和完美融合農(nóng)機(jī)農(nóng)藝是現(xiàn)代化葡萄園生產(chǎn)管理的關(guān)鍵，同時(shí)建立葡萄園合理且適合機(jī)械化作業(yè)的種植標(biāo)準(zhǔn)制度，合理結(jié)合運(yùn)用機(jī)械與人工作業(yè)，共同推動(dòng)我國(guó)葡萄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。