果園機械化生產技術研究進展

陸華忠 ，李 君, 李 燦

（1. 廣東省農業科學院，廣東 廣州 510640；2.華南農業大學工程學院，廣東 廣州 510642）

我國水果品種繁多, 果園種植面積和水果產量常年穩居世界首位，水果已成為我國繼糧食和蔬菜之后的第三大農業種植產業，據《中國農業年鑒》統計，截至2018年，我國果園種植面積為1 187.5萬hm2，水果產量為2.57億t，穩居世界第一。我國是世界第一大水果消費國，然而水果產業的經濟效益并未增收［1］。現階段果園大部分生產環節仍以人工作業為主，效率低、強度大、耗時費力，加之勞動力日益短缺，果園面臨無人可用的生產管理困境，不能及時完成割草、施肥、采收等作業，迫切需要解決當前果園生產瓶頸問題，而果園機械化的發展，是促進我國果業發展轉型的重要舉措。近年來，隨著國際水果產業結構的優化調整和消費需求的急劇增加，世界水果產業發展迅猛，果業已逐漸成為不少國家和地區農業增效、農民增收和農村經濟發展的支柱產業之一，尤其是對促進山區經濟發展以及生態環境保持具有主要意義，這對我國果園機械化的發展提出了新的要求。

水果產業現代化的根本是要實現生產技術集成化、勞動過程機械化和生產經營信息化，其中機械化生產是最主要的生產方式和最重要的標志［2-3］。與發達國家相比，我國果園綜合機械化研究、制造和實際作業水平均相對較低，人工成本占比居高不下、資源利用率和勞動生產率低下的問題依然存在，立地條件不理想、基礎設施不充足、種植模式不配套、栽培方式不統一、生產農機具不適用等限制因素亟需改善，部分作業環節仍需大量的人力，施肥、割草、采收等環節尚未完全實現機械化作業。標準化種植模式和規范化管理技術的缺失、農機農藝匹配程度較低等問題仍需攻克，傳統果園需要逐步升級改造，標準化、規范化、規模化的果園是現代果園發展的必然趨勢，果園機械化的重要性與應用性具有廣闊的發展前景。

本文通過綜述近年來國內外果園主要生產環節中機械化技術發展現狀，重點圍繞果園土壤與植被管理、病蟲害防治、冠層花果管理、水果采收及智能信息管控技術進行闡述，并對現階段技術面臨的主要挑戰以及未來的研究方向進行展望，以期為我國果園生產機械化技術的推廣應用提供參考與借鑒。

1 土壤與植被管理技術

1.1 節水灌溉

我國南北水資源分布不均，東西部降雨差別較大，果園主要分布在我國西南丘陵山區，水資源匱乏是果園普遍存在的現象，且我國果園灌溉條件還相對落后，并無相對成熟的灌溉條件，灌溉周期長、技術落后、灌溉粗放等問題較為突出，水分無法充分有效的利用。因此，高效節水灌溉技術是我國果園灌溉發展的重點方向［4-5］。

1.1.1 灌溉方式 我國農業以傳統灌溉方式為主，用水灌溉利用系數僅為0.54，遠低于發達國家的0.7～0.8；傳統灌溉水資源浪費嚴重，灌溉效率僅為50%～60%，而噴灌和滴灌的效率則分別可達60%～70%和80%～90%［6-7］。果園常用的節水灌溉方式包括漫灌、溝灌、噴灌、微噴灌、滲灌和滴灌等，當前水資源危機愈演愈烈，各國對節水灌溉技術也越來越重視。美、英等國以精準灌溉為目標建立了節水灌溉模型，對果園果樹是否需要灌溉、何時需要、需水量進行模型預測，實現了噴灌和滴灌面積達50%以上；以色列溫室種植采用先進的微灌技術，水資源利用率高達95%。隨著高效集約農業的發展和節水灌溉技術的發展，國外已開始普及信息傳感與自動管控技術，達到定時、定量及保質有效的滿足作物的需水量，實現了高效節水灌溉［8］；國內主要是采用合理安排改進灌溉制度、優化田間覆蓋保水的方法，通過滴灌、管道輸水及地下痕量等技術，達到有效減少水分流失和提高水分利用率的目的。雖然部分果園進行了水肥一體化系統建設，節水節肥已初見成效，但由于產品性能和質量較差、自動化程度較低、作物灌溉決策管理針對性不強等一系列問題，限制了該項技術的推廣應用。

1.1.2 灌溉管理技術 改進灌溉管理制度，確保果樹在生長關鍵期的供水需求，在果樹盛果期合理灌水，在其他時期做好蓄水保水工作，控制樹體生長。現階段水資源短缺、季節性干旱和作物養分需求脅迫的問題日益突出，國外在環境信息采集、自動灌溉控制、灌溉策略、灌溉生理響應特性等方面研究較為深入，一些新的灌溉技術如虧灌、根區交替灌溉等已逐步在果園中實現，通過智能化管控技術，實現了果園水肥一體化精準灌溉，滿足了果樹在不同生長期的灌水需求。以色列Netafim公司采用計算機智能控制模式，可根據氣候、土壤及作物等因素狀況，進行智能自動灌溉，無需人工操作；澳大利亞采用一種固定道機械作業模式，實現田間作業動力驅動輪和行走輪都在固定道上行走，增強土壤蓄水能力，有效減少了地表徑流；荷蘭利用衛星遙感和地理信息系統技術，可根據樹體大小和太陽輻射情況及時調整供水量，水分利用率提升顯著［9］。隨著現代信息傳感、通信傳輸及智能控制技術的不斷發展，精準灌溉管控技術在果園具有廣闊的應用前景。

1.2 機械化施肥

施肥是果園生產中的重要環節之一，當前我國許多地區果園施肥仍采用人工作業為主，肥量的把控和施放難以做到精準施用，合理有效的施肥技術可以最大限度地使用肥料，有效降低肥料流失、降低肥料對土壤的危害、提高肥料利用率，在農業中對于環境保護和提高果樹肥料吸收效率至關重要［10］。

1.2.1 施肥方式 現階段我國果園施肥作業方式主要有人工挖穴施肥、機械化施肥和水肥一體化施肥等。人工挖穴施肥勞動強度大、效率低,肥量的把控和施放不均，粗施和過量偏施的現象普遍存在，不僅會造成土壤微量元素的流失，還會影響果樹生長；水肥一體化施肥技術受地域影響較大，無法滿足我國丘陵山區施肥作業的需求。果園機械化施肥有開溝施肥、挖穴施肥、氣爆深松施肥和注射施肥等方式［11-14］，其中溝施是現階段果園常用的施肥方式，作業機具通常是開溝機或小型挖掘機，按作業方式的不同，用于果園施肥的開溝機械可以分為圓盤式、犁鏵式、鏈式和螺旋式等4種類型［15］。

隨著計算機技術和各類傳感技術的快速發展，精準變量施肥技術已得到廣泛關注，其在果樹施肥的應用也越來愈多。變量施肥技術是目前實現精準農業的核心內容，從變量施肥裝備到變量施肥控制系統已形成相關體系，如美國約翰迪爾公司的Green Star變量施肥機、比利時基于土壤傳感器的變量施肥機、日本實時排肥傳感的控制系統、韓國氣吸式變量施肥機等已得到較好的應用；國內起步較晚，技術相對落后，通過吸收和借鑒國外技術，中國農業大學研制的基于處方圖的變量施肥機、華南農業大學的香蕉變量施肥機、吉林大學自主研發的變量施肥系統、上海交通大學基于GPRS的變量施肥變量施肥系統等技術的應用。為保證作業效率及質量，越來越多的施肥機控制器采用了PDA或車載式計算機，利用微機處理來自圖像傳感器［19］、測距傳感器［20］、雙目攝像頭［21］、定位系統、GIS系統等傳感方法獲取作物生長、土壤營養以及機器作業狀態的信息［22］，為果園變量施肥決策提供精準的參考量。

1.3 機械化割草

果園每年一般要打3次除草劑或人工除草4次以上，費時費力，除草劑的使用還會造成環境污染和果樹藥害。雜草對果樹的危害很大，能直接或間接影響果園水果生長，科學、合理、有效的控制及清除雜草，對提升水果產量和品質、降低果園蟲害的發生具有重要作用。

1.3.1 割草方式 目前，果園常用的除草方式主要有3種：人工除草、化學除草和機械除草。與人工除草和化學除草相比，機械化割草具有高效安全、綠色省工、環境友好等特點，是目前最為便捷、安全的除草方式［23］。除草技術的關鍵在于執行部件的工作原理，可以分為機械式除草、機械氣力式除草和機械液力式除草；機械式除草按照切割方式的不同，可分為甩刀式切割、旋耕式切割、往復式切割、旋轉式切割和滾刀式切割5種。我國果園多分布于丘陵山區，由于地形、作業要求的限制，一般采用旋轉式切割的方式，且山地果園割草任務多半以半機械化作業為主，耗時費力效率低；機械氣力式除草是通過機械式先將雜草清除，然后用高壓氣體將雜草吹出的一種技術，在果園上的應用較少。

1.3.2 割草技術 國外割草機發展起步較早，標準化種植模式的果園，割草機從傳統的大型化、單一化、機械式逐漸朝輕簡型、多功能、智能化的方向發展，果園機械化割草技術先進［24］。如日本筑水公司的割草機高度可調，斜坡適應性好，配有減震的可調節座椅、可任意調整高度和角度的轉向系統；意大利必圣士公司研制的720/730系列的微耕機，通過配套多種機具用以完成不同的功能，實現一機多用。我國多數果園立地條件差且地塊細碎，以便攜式割草機和推車式割草機應用為主，作業效率不高、勞動強度大。隨著果園機械化進程的推進，割草機器人［25］是機械化割草技術的重要發展方向，其能依靠智能系統自主完成預定區域的割草任務，工作期間無需人為干預，且具有高效、便捷、安全等特點。自動避障及路徑規劃的能力是衡量割草機器人智能化程度的重要標志，依靠接觸式或非接觸式傳感器實現障礙物信息感知，路徑規劃有隨機覆蓋法、往復形式、口字形式和螺旋形式等形式，軌跡跟蹤算法比較成熟的有曲線軌跡擬合、預瞄控制、模型預測控制和純跟蹤算法等。在動力方面，割草機也由傳統的內燃機驅動向清潔能源電力驅動方向轉變，如利用太陽能電池板和蓄電池組合作為割草機作業的動力源。當前國內太陽能割草機相關技術研究工作還處于探索性起步階段，太陽能光伏發電技術在割草機上的應用也只是局限在一些高等院校、科研單位進行。

2 病蟲害防治技術

病蟲害防治工作是果園生產管理的重要環節，平均每年噴施農藥約8～15次，其工作量約占果園管理工作總量的30%［26］。在新發展理念的要求下，我國農藥的用量正實現逐年減少，農藥利用率仍十分低效，僅有極少數的藥劑沉積在靶標上起到殺蟲作用，其余藥劑沉積在土壤或蒸發在空氣中，果園植保機械的應用能大幅度地提高施藥的工作效率并能結合高效噴霧技術提高農藥的利用率。

1.3 統計分析 應用SPSS20.0統計軟件進行統計學分析，計數資料采用率表示，計算NIPT的靈敏度，特異度，陽性預測值，陰性預測值。計數資料比較采用χ2檢驗，P<0.05。

2.1 施藥方式

果園常見的施藥方式有背負式、噴桿式、風送噴霧式及無人機施藥，其中背負式噴霧器、擔架式噴霧機最早進入國內果園應用。背負式噴藥設備主要通過人工背負進行作業，因其價格低、操作簡單、攜帶運輸方便，在我國小規模耕地、果園以及地形不佳的丘陵山區使用較為廣泛，據統計背負式噴霧器占我國植保機械保有量的98%左右。噴桿式噴霧機作業幅寬大，但大田用的桿架結構和噴頭并不能很好適應果樹植保要求。近年來預埋管道式噴霧系統發展較快，出水口位置包括樹下和冠頂兩種，塔式、環形、多風管式、多風機式風送噴霧機從原理上來看，均為利用風送氣流把農藥霧化成霧滴并沉積于葉片正反面，霧化好、射程遠、噴霧寬，在平地和緩坡地果園有廣闊的應用前景。農用航空無人機可以克服地形條件的限制，其旋翼產生的風場使得霧滴有一定的冠層穿透性，作業速度快，防治效果相比人工與機械作業提高15%～35%，適合在山地果園推廣［27］。

2.2 施藥技術

農藥減量化、施藥精準化、作業智能化是當前國內外機械化施藥技術的發展態勢。在以減少農藥使用量為核心理念的推動下，靜電噴霧、變量噴霧、離心霧化技術在果園逐步得到應用。近年來，基于超聲波、紅外傳感、機器視覺技術的對靶噴霧施藥技術發展較為成熟，通過流量控制系統，根據反饋信息，精準判斷目標有無靶標位置和樹形情況進行施藥。在施藥過程中，防漂移、藥液回收等技術是提高藥液附著率、減少藥液流失、降低環境污染的重要舉措，國外已采用經典噴霧技術和防漂移輔助裝備進行輔助施藥。變量噴霧技術和靜電噴霧技術是作為目前低容量、低污染的噴霧技術之一，而離心霧化技術是當前世界公認的產出霧滴均勻性較好、霧滴粒譜范圍較窄、適用于可控噴霧施藥的先進技術。離心霧化器可根據轉速控制霧滴粒徑大小，以滿足不同條件需要、提高農藥霧滴在靶標作物上的附著能力及分布均勻性，已達到有效利用率與防治效果。劉德江等［28］設計了一種離心霧化裝置，通過邊緣帶齒的轉盤來產生較小的均勻分布霧滴，霧滴粒譜范圍較窄，適用于可控噴霧施藥。趙鋮等［29］設計了一種基于低容量離心霧化技術的噴霧機，試驗證明離心霧化方式可有效提高藥液的冠層穿透性2.9倍以上。隨著計算機技術的發展及不斷完善，高精度信息獲取以及定位技術的快速發展為植保智能化精準作業提供了實現可能，融合多傳感器、導航自動作業、大數據云平臺等方法，基于冠層輪廓、密度或體積實時探測進行對靶精準噴霧作業甚至無人化作業的相關施藥技術研究已有報道。

3 冠層花果管理技術

3.1 機械化修剪

果園整形修剪作業是一個季節性較強和勞動密集型的工作，果樹整形修剪每公頃所用工時約占整個生產過程所用工時的20%，通過科學合理的整形修剪, 不僅有利于高光效樹形及標準化果園的培育，還可改善果園小氣候生態環境，進而為后續的果園機械化管理創造便利條件［30］。

3.1.1 修剪方式 果樹修剪可分為人工選擇性修剪和機械化整形修剪［31］。前者是人工為主、機械為輔，通常借助電動剪、動力鋸等手持輔助修剪機具，選擇性修剪效率低、勞動強度大、對操作者的要求較高。就此，日本、意大利等國研發出針對不同樹形和環境的人工機械修剪機，以氣動源為動力，省時省力；后者主要針對矮化密植栽培的標準化果園以及一些可以中重程度修剪的果樹，適合于進行機械化整形修剪，通過在拖拉機懸掛或者專用底盤上安裝可以上下升降、左右移動的修剪刀具，以液壓或電動的方式驅動刀具進行往復切割運動，其切割裝置可根據需要調整角度，并將果樹修剪成一定的形狀，作業效率高，有利于果樹塑形及標準化果園的建立。果樹整形修剪按切割方式可以分為往復割刀式、轉刀式和圓盤鋸式；根據機架形式不同，又可分為前置式、側置式、雙側式、龍門架式等［32］。

3.1.2 修剪技術 國外對于果園修剪機械的研究較早，對于果園修剪機械的研究成果較多，先后針對不同地形的修剪需求，設計了不同類型的修剪機械。果園地域小的日韓地區研制了小型履帶式修剪機，丘陵山地居多的德國和意大利改裝了拖拉機式的修剪機，中小型農場為主的英法等國改裝大、中型圓盤鋸修剪機，標準化大型農場為主的美國研制出作業效率高的大型修剪機械和自動化程度較高的修剪機器人，大大提高了工作效率。國內修剪機械起步較晚，大多以手持修剪器械為主，修剪機較少。近年來，針對不同果樹對修剪機械的修剪需求，華中農業大學工學院［33］研制了一種雙邊齊切式柑橘修剪機，該機根據不同柑橘果園的樹寬、樹高等差異，可隨時調節修剪寬度、修剪高度和修剪形狀，然后進行整行齊切；河南科技大學［34］針對果樹仿形修剪設計需求及大多數果園的機械化管理需求,設計了一種液壓驅動前懸掛式果樹仿形修剪機，該機果樹漏剪率為10%；山東省農業機械科學研究院［35］研制了一種果園寬幅聯合仿形修剪機，可根據修剪高度、修剪形狀進行調節,實現一機多用，該機修剪漏割率為7.3%，修剪合格率為90.9%。階段我國果園正向矮化密植栽培的標準果園過渡，可以采用自走式修剪機械進行整株修剪，用于整株整形修剪，其修剪裝置可根據需要調整角度，并將果樹修剪成一定的形狀。同時，通過整株修剪后的果樹也為后續的果園機械化管理創造便利條件。

3.2 機械化疏花疏果

疏花疏果是提高果實品質、減少養分消耗和持續穩定豐產的重要措施，是果園生產管理作業較為繁重的環節，具有季節性強、勞動強度大等特點。傳統果園栽培模式無法滿足現代果園生產，規模化的現代矮密集約栽培果園管理逐漸得到發展，由于果樹長勢易受控制，易成花成果，若不進行疏花疏果，盛果期果實過多將會影響果實產量，導致果實品質下降。

3.2.1 疏花疏果方式 目前常見的疏花疏果方式包括人工疏花疏果、化學疏花疏果和機械疏花疏果。人工疏花是操作者按照經驗，通過使用簡單的工具進行均勻性保花留果，該方式對操作者的要求較高，效率低、成本高、花費時間長，用工投入和資金投入均占果園投入的20%～30%；化學疏花是在花果開花期或者是幼果期進行噴施化學藥劑，使一部分的花或幼果不能長成果實而脫落，具有較強的隨機疏除性，雖然化學疏花疏果比傳統的人工疏花疏果作業效率大幅度提高，但目前用于稀釋核果類的試劑有限，且果樹易受藥劑種類、噴施時間、配制濃度、作業現場溫度、及果樹品種等諸多因素的影響，極易導致花和幼果疏除過度或疏除不足現象，這與后期手工定果的農藝要求不一致，同時，也無法解決果品農藥殘留和環境友好性的問題；機械疏花疏果作為一種對花果管控的友好型技術，運用柔性疏刷裝置對樹冠進行擊打，通過使樹干樹冠振動的方式達到疏花疏果的目的，與以上兩種方法相比，該方法機械作業效率高，且不存在農藥殘留、污染環境、受氣候條件影響等問題，將成為今后該領域的重點發展方向。

3.2.2 疏花疏果技術 國外機械化疏花疏果技術最早出現在20世紀80年代，根據作業方式的不同，可分為樹冠或樹干振動式、高壓水噴射式、柔性繩旋轉式［36］。Romano等［37］基于振動原理設計了可通過改變頻率和振幅獲得花、芽、幼果、青果最佳值的振動測試實驗臺。Martin等［38］試驗發現單株產量、坐果率和平均單果質量與人工處理無顯著差異，且手持式疏花疏果裝置將每棵桃樹作業成本節約了近90%，比人工疏花疏果效率提高了6～15倍；Barreto等［39］使用手持式修剪和離心疏花疏果機械進行田間試驗表明，兩種方式均能提高產量和果實大小。為滿足大規模現代化果園的高效作業要求，多節臂式、門架式等新型疏花疏果機已投入研發和試驗。

機械化疏花疏果技術在國內研究起步較晚，近年來青島農業大學［40］、河北農業大學［41］、華南農業大學［42］、江蘇省農業科學院［43］等高校及科研機構進行了探索研究，如華南農業大學研制出基于超聲波探測的手持式以及懸掛式荔枝樹仿形柔性疏花疏果機，青島農業大學、江蘇省農業科學院分別研制出矮密蘋果樹主軸式、棚架Y形梨園三節臂機載式疏花疏果機等。受國內傳統果樹栽培模式以及農藝管理方法的限制，現已無法滿足現代果園生產需求，規模化的現代矮密集約栽培果園管理逐漸得到發展。

4 水果采收技術

水果采收作為果園生產中的重要環節之一，具有季節性強和作業強度大等特點，采收用工成本占生產總成本的35%～40%，我國水果采收機械化程度低，機械采收率僅為2.33%［44］。現階段主要以人工采收為主，耗時費力、效率低和人工成本高等問題突出，而機械化采收不僅能減輕果農的勞動強度、節省成本和提高作業效率，而且還能提高水果的經濟效益，符合國家大力發展農業的戰略性決策，加大研究和發展水果采收技術對果園現代化建設具有重要的現實意義。

4.1 采收方式

目前，常用的水果采收方式有3種：一是人工采收，通過人工搭載半自動化的采摘作業平臺，運用一些輔助器械進行人工采收；二是機械化采收，使用振動或撞擊等方法使果實與果樹分離；三是機器人采摘，運用智能化程度較高的采摘機械手進行采摘。

國內丘陵山地果園有別于國外大規模種植的果園，相比于糧食作物機械化收獲技術，果園采收機械的研究與應用相比較晚。早在20世紀40年代，國外開始對水果機械化采收技術進行研究，振動式［45］、梳刷式［46］、剪切式［47］和氣力式［48］等采收方式均有報道，其中振動式采收機比較常見。20世紀70年代，國內果園采收機械開始得到發展，逐漸出現了振動式采果機、手持剪切式采果機等小型采收機械；為省時省力，一些簡易的便攜式采摘器逐漸出現在果園生產應用中；為提高鮮食水果采收作業的安全性，一些輔助采收裝置得到廣泛應用，如單人升降平臺、多人作業平臺等相繼問世。水果商品化處理作為機械化采收的后續配套環節，也已不再局限于工廠化生產，而是走入果園，開始嘗試與采收作業集成的模式。

4.2 采收技術

隨著計算機技術的興起以及自動控制技術的迅速發展，特別是機器人、計算機圖像處理技術和人工智能技術的日益成熟，國外水果采摘機器人的研究和開發得到了快速發展。20世紀70年代，農業機器人開始取代傳統的采收機械進入到采摘作業模式；20世紀80年代，美國最早研發出世界上第一臺采摘機器人，隨后西方國家經過研發和不斷的試驗，先后成功研制出了葡萄、柑橘、番茄、蘋果、藍莓等采摘機器人［49-53］。20世紀90年代中期，我國開始進行農業機器人研究，主要集中在末端執行器的設計及不同條件下果實的識別及定位技術研究，雖然相較于西方國家起步較晚，但還是取得了一些顯著性成果［54-57］：如華南農業大學研制的荔枝采摘機器人，每小時能采摘20 kg的荔枝，是人工的兩倍；中國農業大學針對高架草莓設計的“采摘童1號”采摘樣機，采摘成功率達88%，單果采摘平均耗時18.54 s；國家農業智能裝備工程技術研究中心針對吊栽番茄開發設計的軌道移動平臺式采摘機器人，單果采摘作業用時24 s，采摘成功率為83.9%。目前大部分研究都處于實驗階段，普遍存在適應性差、精確性低、靈活性差、用時處理較長等缺點，投入農業生產使用還需時日。

5 信息化管控技術

隨著智能應用的發展，物聯網將把農業領域推向新高度，將物聯網技術應用到果園生產種植中，賦能水果產業“新機遇”。國內外科研人員利用物聯網、大數據、人工智能等技術，在果樹生長環境在線監測系統和數字農業云平臺等方面進行了深入研究，將信息化技術與果園生產技術進行了融合。

5.1 果園環境在線監測系統

果樹的生長受日照、土壤、濕度、溫度、病蟲害等環境因素影響，其生長狀況直接決定樹葉的光合作用、樹體的生長速度、果實的質量和產量。在大面積的果園中主要通過傳統的人工管理和監測方式判斷果樹的種植、生長、病蟲害等狀況，不僅增加了大量的勞動力成本，而且具有盲目性和隨機性，無法高效、全面的實現果園的信息化管理。近年來，隨著“互聯網+農業”發展方式深入的研究，通過在果園安裝智能氣象監測設施［58］，利用傳感器可以采集到果園的空氣溫（濕）度、光照強度、CO2溶度、土壤溫濕度EC值、土壤酸堿性等環境信息，實現果樹生長環境的在線監測，并根據環境信息預測可能給果樹帶來的危害，進而采取防護措施，是降低果園損失的重要手段［59-63］。

5.2 數字農業云平臺

現階段，現代果園示范園區正逐步通過建立數字農業云平臺，融合農業裝備與人工智能、物聯網、大數據等信息管理技術，幫助果園實現高效管理和產銷一體化。云平臺主要通過在移動端搭建APP管理系統和在PC機上設計大數據分析系統，達到實現果樹生長環境實時在線監測、遠程控制水肥灌溉、視頻監控果園病蟲害狀況、控制蟲控設備安全噴藥、追溯水果質量管理等效果。當前，我國正在努力實施鄉村振興戰略，提升果園生產環境狀況，開展對基于數字農業云平臺的果園智能設施研究，以進一步提高果園生產的效率及保障各類水果的質量安全，為實現智慧果園建設打下堅實基礎。

6 啟示與展望

國外許多發達國家在土壤耕作、水肥管理、疏花疏果、物理割草、整形修剪、病蟲害防控和災害預防等環節已經實現了機械化，配套生產經濟效益明顯，當前正朝著自動化、智能化方向發展。我國果園生產管理環節的關鍵技術與裝備已經具備，部分地區正在推廣與應用，宜機化改造初見成效。但由于果園種植模式與機械不配套問題較為突出，規模化和規范化程度差，且各環節的單項機械化技術不能有效集成應用，導致節本增效不顯著、農機裝備技術供給與需求的矛盾依然突出，為此對我國果園機械化發展提出了新的要求。

（1）土壤與植被管理技術。隨著地理信息系統、傳感器和圖像處理技術在精準農業領域中的應用，果園機械化除草和施肥裝備研發及灌溉管控技術將向智能化、自動化發展，高效節水灌溉技術、精準變量施肥技術、自動化割草技術的開展，更多的向環保、綠色、有機方向發展，發展節能環保型果園機械除草，水、肥精準施控技術，這也是我國未來土壤與植被管理機械發展的重中之重。

（2）病蟲害防治技術。受果園作業環境的限制，大型施藥機械難以在國內果園推廣應用，一些小型或輕簡型的噴霧機仍將是主流選擇，而無人機航空施藥、無人駕駛施藥技術是未來研究方向的發展趨勢。采用先進的施藥技術，結合先進的檢測、圖像識別、自動化控制和噴霧技術，開展高效施藥裝備的研發，以提高農藥利用率和施藥質量、減少農藥的使用量為目的，促進果園健康發展。

（3）冠層花果管理技術。我國果園處在傳統果園向標準化和規模化的現代果園過渡的階段，傳統的修剪及花果管控機械大部分是通過懸掛在拖拉機上，通過人工操作完成作業，適應性較低。針對不同栽培種植模式和樹形修剪要求的果園，實現修剪機械的通用性、自適應以及集多功能（剪枝、收集與粉碎）于一體的修剪機械的研發，以及從結構和技術上對疏花疏果機械進行升級改造，通用性強的花果管控機械是未來的發展選擇。

（4）水果采收技術。果園采收是制約果園機械化發展的瓶頸問題，不同水果采收原理不同，現階段主要以人工為主，半自動化采收作業平臺及采收機械得到較大的發展及應用；計算機技術、傳感技術、控制技術及機器視覺等技術的發展，機器人采摘技術得到較大的研究進展，但大部分仍處在試驗階段，是我國果園未來發展的新方向；而開發適用我國國情的結構簡單、通用性強、操作簡單的小型采收機是當下研究重點方向。

（5）信息化管控技術。隨著智能化技術的發展及在農業中的應用，通過對果園苗情、病蟲害、草情、果實成熟度、環境等數據收集及分類處理，構建關于灌溉、病蟲害、施肥以及采收等模型，以實現對果園果樹生長環節進行分析和預測，對果園農情進行精準決策判斷，實行智能化管理操作，智慧果園的建設將會得到發展。

推進農機農藝深度融合將來依然會是果園機械化技術的重要研究方向，其核心內容是構建現代果園全程機械化生產技術模式。機械化技術發展上則是通過深入信息感知、定量決策、自主導航、智能控制、精準作業等方面研究，集成互聯網信息交換和智能作業管控技術，未來在地面管理、樹體管理、花果管理等果園生產全過程作業機械上實現高度自動化、智能化。