山東是水果大省，省內(nèi)水果種類資源豐富且優(yōu)質(zhì)，膠東蘋果、魯西酥梨、蒙陰蜜桃、沾化冬棗以及魯中大櫻桃等特色果品遠近聞名。
“但調(diào)查顯示，近年來山東省乃至全國的果品產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟效益均呈下滑趨勢。”山東省果品產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系設(shè)施機械與裝備崗位專家、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機械與電子工程學(xué)院副院長宋月鵬說。這涉及方方面面的原因，其中勞動力減少與生產(chǎn)擴張需求的矛盾，已成為限制山東省果品產(chǎn)業(yè)進一步發(fā)展的因素。
面對未來“誰來種果樹、誰會種果樹”的問題，宋月鵬將破局思路投向了“機械化”。
果園機械化
困難與機遇并存
宋月鵬說：“2017年，我們在省內(nèi)進行調(diào)查，果園機械化使用率僅為15%—20%，這與我們果品大省地位是不匹配的。”他說，以家庭為主體的果園經(jīng)營模式，限制了機械化發(fā)展。這類果園，部分面臨樹齡偏高、砧木喬化、樹冠郁閉的困境，并不適合機械化作業(yè)。近年來，越來越多的龍頭企業(yè)、專業(yè)合作社等新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體對老舊果園進行流轉(zhuǎn)。這一過程中，果樹老品種得到更新?lián)Q代，矮砧密植栽培模式得到應(yīng)用。宋月鵬提到，2023年團隊再次調(diào)研時發(fā)現(xiàn)，全省果園機械化使用率已達到30%—35%，增長近一倍。
減損就是增收
索軌聯(lián)動替換“人扛車拉”
在宋月鵬團隊的研究中，山地丘陵機械化運輸是他們的首要方向。丘陵地區(qū)的物資及果品運輸方案，修路是主流，但成本普遍較高。而且，因輸運導(dǎo)致的果體損傷屢見不鮮。山東省果樹研究所貯藏加工崗位專家辛力曾做過統(tǒng)計，水果從山上運輸至儲藏庫過程中，由碰撞導(dǎo)致的果體損害率達15%—25%。若能降低運輸損耗，就相當于增產(chǎn)。
在機械運輸中，軌道車因載重量大、運輸穩(wěn)定、地形適應(yīng)性強，成為丘陵果園的主要選擇，但存在軌道鋪設(shè)難度高，占用土地多，運輸覆蓋面少等局限。宋月鵬團隊通過實地調(diào)研，提出“縱軌橫索”“縱索橫軌”的運輸思路，靈活選擇“索、軌、車”運輸方式，更好滿足山間作業(yè)需求。經(jīng)實踐后統(tǒng)計，索軌結(jié)合的運輸方式，可降低輸運成本20%以上;與三輪車運載相比，可以將果品運損率降到5%左右。
新型裝備
開進丘陵果園
眼下，正值蜜桃結(jié)果的關(guān)鍵時期，需要追加肥料為桃樹膨果提供營養(yǎng)。臨沂市蒙陰風(fēng)偉果品專業(yè)合作社果園里，一袋袋的肥料正通過軌道運送至山坡;果樹之間，有開溝機來回穿梭進行施肥……果園一片忙碌，卻很少看到果農(nóng)的影子。
合作社負責(zé)人朱風(fēng)偉，在2018年就與宋月鵬團隊展開了合作。作為丘陵果園最早一批“吃螃蟹的人”，六七年間朱風(fēng)偉早已習(xí)慣了這些“鐵疙瘩”帶來的便利。
“果園防治病蟲害是一項重要工作。但山上果園打藥比平地難得多，人工一天打不了幾畝。用了果園彌霧機，機器就沿著軌道移動打藥。還能根據(jù)果樹高度調(diào)節(jié)噴頭位置，藥噴得少了，效果沒打折扣。”
彌霧機為宋月鵬團隊利用軌道輸運系統(tǒng)研制。此外，他們還研制出了丘陵果園防霜機、碎枝機等有代表性的現(xiàn)代化機械。新型裝備打破了地形的限制。
宋月鵬介紹：“目前碎枝機大多是固定式，難以進入果園。所以我們基于丘陵果園運輸軌道，研制出自走式枝條粉碎機。機器可遙控移動，省去了收集殘枝的環(huán)節(jié)，就地粉碎。木屑腐熟后能替代化肥，提高土壤有機質(zhì)含量。”
宋月鵬說，他的很多創(chuàng)新思路都來自種果樹的農(nóng)民。他回憶：“有一位果農(nóng)和我聊天，他說現(xiàn)在的機器太復(fù)雜了，你能不能給我們開發(fā)一個既可以除草，又能彌霧，還可以采摘的機器啊。我深受啟發(fā)，隨后就開始著手設(shè)計。”
在各方合作下，多功能動力底盤3TC-50-2型履帶拖拉機被研發(fā)出來。不同擋位，能適應(yīng)不同場景的作業(yè)要求。同時可以與碎枝機、彌霧機、割草機等模塊連接，配合升降機，還能作為果樹操作平臺使用。目前，宋月鵬團隊又開發(fā)出了自跟隨動力底盤，無需人工，動力底盤便能跟隨人員行進，大大提高了果園作業(yè)效率。
AI技術(shù)應(yīng)用于
疏花疏果環(huán)節(jié)
目前，國內(nèi)果園的殘枝處理、植保、割草等環(huán)節(jié)基本實現(xiàn)機械化操作，預(yù)計能節(jié)省一半的人工;但還有一半工作——疏花疏果、采摘等環(huán)節(jié)仍離不開人工。這不難理解，這些操作精細復(fù)雜。
宋月鵬說：“現(xiàn)在很多果園疏花的時候就拿棍子去抽樹枝上的花，花的數(shù)量質(zhì)量都會受到影響。市面上很多疏花設(shè)備，只是換成了機器去抽打，不精準、高損耗問題仍未解決。”這就需要果樹裝備從智能化向智慧化邁進。“智慧化賦予了機器判斷能力，就拿疏花來說，實施的過程中，保留哪朵花、打掉哪朵花，這些細節(jié)均由機器決定。”宋月鵬解釋道。
在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，AI技術(shù)應(yīng)用仍在起步階段。宋月鵬帶領(lǐng)團隊采集圖像數(shù)據(jù)、設(shè)計模型架構(gòu)、訓(xùn)練優(yōu)化，從零開始打造自己的農(nóng)業(yè)AI模塊。在3月櫻桃樹開花的日子，團隊成員韓翔來到果園拍攝了5000余張櫻桃花的照片，作為前期訓(xùn)練數(shù)據(jù)。他介紹：“照片并不是對著目標按下快門就行，內(nèi)容不能太相似，花的狀態(tài)、形狀都有要求。拿到照片還要調(diào)整灰度、傾斜角度，最后得到兩萬多張照片供給機器學(xué)習(xí)。”在疏花、疏果環(huán)節(jié)，宋月鵬選擇用激光灼燒方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的枝條抽打;自動采摘環(huán)節(jié)，則使用機械手完成。
在宋月鵬的想象中，未來的果園管理是精準高效的：“讓每畝地的投入與產(chǎn)出都變得可控，每一滴水、每一份營養(yǎng)都得到充分使用，水果品質(zhì)自然就會好。” |
