我國特色林果機械化采收技術現狀

中圖分類號：S23 文獻標識碼：A 文章編號：2095-5553（2025）07-0048-07

Abstract：Inrecent years，withthesupportofaseriesofagriculturalasistancepolicies，themechanized productiontechnology ofcharacteristicforestfruitsinChinahasdevelopedrapidly.Theharvesting，asthemostlabor-intensivelinkintheproduction processofcharacteristicforestfruits，hasbecomeamajorproblemrestrictingthedevelopmentofChina’scharacteristicforest fruitsindustryduetoitslowlevelofmechanizationtechnology.Inordertocomprehensivelyunderstandthecurrent development statusandexistingproblemsofmechanizedharvesting technologyforcharacteristicforestfruitsinChina，this papersystematicallyreviewedrelevantresearch fortechnologiesandequipmentinthefieldofforestfruitsmechanized harvesting from2018to 2023，and conducted indepth analysis.Theresults show that mostof theresearch on mechanized harvesting technology forforestfruitsinChinawasstillatthetheoreticallevel，andtherewerefewequipmentusedforactual production.Moreover，mostof theexistingmechanical harvestingequipment stillrequiresmanual asistanceforoperation， withrelativelysinglefunctionsandlowautomationlevel.Onthisbasis，itisproposedthatcharacteristicforestfruitsharvesting equipmentshoulddevelo towardsautomation，intellgence，anddiversifiedfunctions，layingafoundation forfurtherpromoting the mechanized production of the characteristic forest fruits industry in China.

Keywords：characteristic forest fruits；harvesting；mechanization；multifunctionality；automation

0 引言

和規模不斷擴大，成為國家糧食安全重要組成部分，我國多省將特色林果作為農業產業結構轉型中的優勢作物。隨著我國農業機械化水平的不斷提高，特色林果近年來，桑葚、紅棗、核桃等特色林果的種植面積生產過程中機械化程度逐漸增加，全過程自動化生產方式成為特色林果生產的發展趨勢，其中機械化采收直接關系到特色林果產品的產出質量，是特色林果產業轉變發展方式、節本增效、增強國際市場競爭力的重要途徑之一[]，大力發展林果業機械化采收對促進我國特色林果產業發展具有重要意義。

林果機械化采收技術在國外已較為成熟，廣泛應用于柑橘、櫻桃、杏和紅棗等林果的采收環節。然而，這些采收設備因其較強的針對性，難以適應我國果園的地形和多樣化種植模式。相比之下，我國林果機械化采收技術起步較晚，技術層面尚有諸多不足。因此，研發適合我國林果園機械化作業的采收設備，對于推動我國特色林果產業邁向全程全面機械化生產具有重要意義。

本文基于現有的特色林果機械化采收技術，深入剖析我國林果機械化采收設備在行走、采摘和收獲等作業環節中存在的問題，并針對這些問題提出切實可行的解決方案，以滿足我國林果收獲的實際需求，為我國特色林果機械化生產技術的持續發展提供參考。

1 振動式采收

振動采收是我國果園使用最廣泛的機械化采收方式之一，其工作原理為：通過振動器直接接觸果樹，使果樹以一定的頻率和振幅振動，帶動果實產生慣性力，當慣性力大于果實的脫落阻力時，果實掉落，達到采摘果實的目的。振動采摘的工作原理決定了該方式的適用對象為果實較堅硬、對采摘質量要求不高的干果類、堅果類和部分鮮果類林果。在研發振動采收設備之前，國內外學者通過構建果樹模型并進行了深入的分析，研究了果樹在受到振動時各部分的響應情況及不同振動位置對果實的損傷情況[2]?；诓煌駝游恢玫牟墒招Ч?，將林果振動式采收機分為樹冠振動式、樹枝振搖式（枝條）和樹干振動式3種類型。

1.1 樹冠振動式采收

樹冠振動式采收裝置通常依靠指拍桿或撥棒插入果樹冠層，使用動力裝置驅動指拍桿以一定軌跡運動，以帶動冠層枝條進行振動，從而達到落果的效果。在國外，樹冠振動采收技術發展較為成熟，不僅實現了對一般林果在田間環境下的機械化采收，對于易受損傷的葡萄等漿果脫粒作業亦具備實現可能性。Caprara[3]和Pellenc[4]等通過動力裝置驅動指拍桿擊打葡萄藤實現葡萄采收， Ioan^[5] 利用偏心圓盤搖桿機構驅動尼龍彈性桿振搖葡萄藤實現釀酒葡萄采收。在我國，樹冠振動技術的作業對象仍以對外觀破損要求較低的紅棗、核桃等林果為主。為了適應我國新疆紅棗的矮化密植種植模式，付威等[設計了一種樹冠振動式采收機——4ZZ—4自走式紅棗收獲機，梅松等[7]研究了通過拍打紅棗樹冠層枝條來實現紅棗果實脫落。此外，樹冠振動采收方式在核桃、油茶果、柑橘等果樹的采收作業中應用廣泛，王真真等8通過研究驅動撥桿轉動來拍打核桃冠層，有效地降低了采收過程中裝置對樹枝的機械損傷；吳問天[9]、伍德林[10]和杜小強[等針對油茶果樹的生長特點和果實脫落時的受力情況設計了適合油茶采收的樹冠式振動采收裝置；蒲應俊[12]根據柑橘樹冠形態和果實分布特點設計了一種上、下兩段式樹冠振動裝置，當上、下振動系統的振動頻率分別為 4.7Hz?4.1Hz 時，其采收率和樹冠損傷率分別為 82.5%.3.9% 。已有的樹冠振動式采收機具有較高的采收效率和采凈率，適合大面積種植的小型林果采收，且選擇合適的振動力度和頻率進行作業，對果樹冠層枝條的損傷較小。樹冠振動采收裝置對紅棗、枸杞等小型林果的采收效果較好[13]]

1.2 樹枝振搖式采收

樹枝振搖式采收機直接作用于直徑較大的樹枝，通過夾持裝置接觸樹枝做振動和拽搖，使樹枝產生振動，從而達到落果的目的[14]

我國樹枝振搖式采收設備經歷了從人工手持式到背負式再到自走式的發展過程。2016年，李敏通等[15]研發了一種手持振搖式桑葚采摘機，通過人工將采摘機的夾持裝置移動至待采摘的果枝位置，使用U型卡口夾持裝置夾持樹枝進行拽搖來實現桑果的機械采摘，解決了振搖率難以控制導致的果實收凈率低的問題，但該采摘機的作業需要人工輔助進行，勞動強度較大，且作業過程中須隨身攜帶電池以預防出現動力供應不足的問題。隨后李敏通等[16在此基礎上設計了一種背負式桑葚振動采收機，在一定程度上解放了操作人員的雙手，降低了勞動強度。隨著果園機械化程度的不斷提高，樹枝振搖式采收機進一步發展成自動化程度更高的自走式采摘裝置，師苑等[1研制了一種自走式桑葚采摘機，通過夾持桑樹樹枝進行振搖以達到落果目的。何苗等[18]對枸杞果實的果—蒂分離條件及枸杞枝條間的動態傳遞特性進行了研究分析，在激振頻率為 18.22Hz 、振幅為 7.87mm 和枝條通過裝置的行進速度為 20.93mm/s 的條件下，成熟果實分離率達到最高，為 95.18% 。手持式和背負式樹枝搖振采摘機具有操作簡單、使用靈活和攜帶方便等特點，自走式搖振采摘機采摘效率高，大大降低了人工參與程度，但整機體形偏大，重量較大，轉移較困難。

1.3 樹干振動式采收

樹干振動式采收機的作用對象為果樹的主干部分，其適用范圍主要為主干粗、樹形大的干果類果樹，如紅棗、核桃、杏等。湯智輝等[19研制的 4YS-24 型紅棗收獲機就是典型的樹干振動式采收機。楊鈞林等[20]使用高度可調的夾持裝置將桑樹樹干固定，并進行振動，通過倒錐型收集袋收集掉落的桑葚。林愛真等[21]在設計桑甚采摘機時，通過電機驅動凸輪以帶動搖晃臂搖晃桑樹樹干，對體形大小不同的桑樹采用不同的搖晃幅度，避免搖晃對桑樹的生長造成傷害。萬娟等[22通過夾持裝置將桑葚樹干夾緊搖動，使得成熟的桑葚落入倒錐型收集傘中，位于收集傘中間的收集筒邊緣設有氣孔，能夠將塵土、枯葉等雜質吹走，提高了桑葚的采摘成品率和潔凈度。劉浩等23針對我國核桃的種植面積較小、果樹行列間距比較小和樹體低矮等特點，設計了一款夾持高度可調的樹干振動式采收一體機，以一對轉向相反的對稱半圓式偏心輪為激振機構，保證核桃樹體受到的合力僅為水平方向的力，落果收集裝置呈倒傘狀，保證核桃的順利收集。李宇航等[24設計了一種推搖式油茶采摘裝置，能夠實現單人操作完成油茶的采收。樹干振動式采收方法對于干果類林果的采收效果較好，但是該方法僅能對單一果樹進行作業，且容易對果實和果樹造成傷害[25]，對于振動力度的把控要求較高，力度過低會無法將成熟的果實完全振落，而力度過高會導致未熟的果實被振落，甚至對樹體造成不可恢復的損傷，因此該方法的研究大多局限于理論研究，在實際中應用較少。

2 氣力式采收

林果氣力式采收方式主要有氣力式采收一體和氣力式收集（撿拾）2種，其工作原理是使用氣流發生裝置產生高壓氣流（主要為負壓）作用于果樹或落地林果，以實現果實的脫落和收集。該方式具有工作原理簡單，工作效率高、損傷小等特點，適用于對采摘要求較高的沙棘、枸杞等小槳果和柑橘、紅棗等小型果的采收。

2.1氣力式采收一體機

在我國林果機械采摘機研發早期，氣吸式采收機的應用非常廣泛，其基本結構如圖1所示。

圖1氣吸式小漿果收獲機

Fig.1Air suction berries harvester1.行進單元2.排果單元3.篩選單元4.采收單元

褚樹貴等[26]研發的氣吸式桑葚采收機通過負壓采摘裝置對桑葚進行吸附并旋轉采摘，采摘后由負壓分離裝置將桑葉和桑果進行分離并回收。王琴等[27]設計了一種倒U型桑葚采摘機，采摘機兩側均安裝有噴氣孔和承接器，能夠實現桑葚的無接觸采摘。

氣力式采收方式能夠保證采摘機械與果實或樹體的無接觸作業，降低了果樹的損傷率，采凈率較高，但具有能耗高、噪聲大等缺點，因其能夠利用氣流拉扯樹枝常用作輔助果實采摘和收集。李福來28設計了一種氣吸振動式枸杞采收機，振動裝置將枸杞從枝條上振落，采摘后落入收集器內的果實通過氣吸式風送機構輸送到分離裝置進行葉果分離，從而實現對果實的收集。鄔備等29研制的一種氣吸式金橘采收機，利用風機形成負壓氣流拉扯金橘果實，剪切裝置執行剪切動作，果實脫落通過氣吸管送至收集籃里。吳長坤[30]研制的噴氣式桑葚采摘機通過風扇形成氣流拉扯桑甚，用剪鉗采摘后利用負壓清潔桑葚表面并完成輸送和收集，不破壞桑葚表面。萬芳新等[31]利用氣吸式裝置對花椒果梗部位進行牽拉，結合梳齒式采摘裝置完成剪切采收，并利用氣吸裝置將掉落的花椒吸至收集箱中。氣吸輔助式采摘裝置利用氣吸原理，能夠實現果實的快速無接觸收集、傳輸、清洗和雜質分離，對果實的損傷較小，適宜大規模推廣應用。

2.2氣力式落果撿拾機

氣力式撿拾機通過風機轉動產生足夠的風速，使吸管產生足夠負壓，以達到撿拾果實的目的，或使用風機轉動產生的氣流將落地果實吹至集果裝置中。我國從20世紀70年代開始對林果撿拾機械進行研究，尤其以紅棗撿拾機的研究最多，基于氣吸式撿拾機械對果實損傷率低的優點，徐家忠等[32研制了4ZQ—13型落地紅棗撿拾機。經過研究者們的不斷優化，林果撿拾機的功能和效用更加符合實際生產需求。張鳳奎等[33，34]設計了小體積氣吸式紅棗拾撿機，利用負壓吸送原理對落地紅棗進行撿拾和輸送，運用氣流清選法和欄柵分離紅棗和雜質。杜許懷等[35]以氣吸撿拾技術為核心設計落地紅棗撿拾機，作業時，先通過對收獲期落地紅棗進行吹聚集條，再進行撿拾，撿拾后的紅棗和雜物通過傳送過程中的氣流變化和抖動篩分離。張學軍等[36設計的氣吸式小型紅棗拾撿機，通過手持吸氣管對落地紅棗進行拾撿作業，并通過兩次篩選方法將紅棗與棗葉、枝條和碎石、土塊等雜質分離。李賽飛等[37]研制了一種自走氣吸式紅棗撿拾機，采用柔性清掃頭對紅棗進行清掃、集條，并基于負壓吸拾原理，完成撿拾作業。袁盼盼等[38研制了一種集集果、氣吸式拾撿和卸料功能于一體的氣吸式紅棗拾撿機，操作簡單，能夠由一人單獨完成。任德志等39設計的氣吸式榛子撿拾分選機，設計了3層板氣流分選裝置，分別將樹葉、石子與榛子果實分開。潘俊兵[4設計了一種氣吹式紅棗拾撿機，通過在氣流分配管的“八\"字型區域形成氣流區，將地上的紅棗吹向其后方的輸送裝置，輸送至集棗箱，完成落地紅棗撿拾工作。

氣力式落果撿拾機具有適用性強、對果實損傷小等特點，已有的氣力式裝置均配備集果器，能夠一次性完成落果的聚攏、撿拾以及雜質分離等工作，大大提高了落果撿拾效率。但氣力式撿拾機的撿拾作業仍然需要人工手持吸氣管進行，屬于半機械化裝備，在落果比較分散的區域工作強度較大。

3其他機械化采收方式

3.1 梳刷式采收

梳刷式采收機是通過一定形式的梳刷機構，利用梳刷指與果實之間的摩擦力進行拔果，將果實與枝條脫離，并利用梳刷指的周期性旋轉，實現果實連續的采收。該方法損傷小、效率低，通常與氣吸式和振動式采收方式混合使用。張文強等[41]設計了一種變間距梳刷式枸杞采收裝置，能夠高效進行枸杞的采收，降低了青果的誤采率。徐麗明等[42融合振動和梳刷原理，設計了一種梳刷振動式枸杞收獲裝置，在振動機構振動時，梳刷機構以一定的頻率與幅度往復振動，在梳刷轉速為 80r/min 、圓盤轉速為 100r/min 、振動幅度為80mm 的工況下，成熟枸杞采收率為 87.46% ，破損率為 2.82% 。陳軍等[43]設計的便攜振刷式枸杞采收機，使用直齒梳刷進行采收，當梳刷轉速為 64.52r/min 、凸輪轉速為 29.68r/min 時，熟果采收率為 89.12% ，破損率為 6.24% 。梳刷式采收方式適用于易破損的漿果和枝條柔軟、果實密集的林果類型，該方式采收效率高，對果實的損傷小，適用于矮叢果樹的果實采收。

3.2 拍打式采收

拍打式采收方式主要作用于果樹樹枝部位，通常有手持式拍打采收和自走式拍打采收兩種類型，常用于果枝較粗壯，果實外殼堅硬或不考慮損傷的林果類采摘。

手持式拍打采收裝置具有操作簡單、使用靈活和攜帶方便等特點，可適用于種植密度較大的果園采收。曹成茂等[44]設計了便攜式山核桃仿人工高空拍打采摘裝置，拍打頻率在 13.33Hz 以下，采凈率達 90.3% ，且對果樹枝芽損傷較小。宋濤45使用采收裝置罩住待采收位置的果枝，振動撥棒擊打果枝，掉落的果實通過氣吸原理被收集。朱惠斌等[14設計了一種手持式山地核桃振動采摘機，汽油機轉速為 2480r/min 、夾持位置為1038mm 、連桿長度為 55mm 時，性能最優。

手持式拍打采收方式需要人工手持進行作業，且其整體機型較小，電池供電能力不足，需要攜帶多塊電池進行替換，增加了勞動量。小型自走式拍振采收裝置在一定程度上克服了上述問題。劉英等[46采用機械驅動的可擺動梳刷對果樹枝條進行拍打，使得果實掉落，作業效率較高。韓鑫濤等[47研制了一種雙面擊打式油茶采摘機，分別設計2個擊爪從不同方向做往復開合運動拍打油茶果，迫使油茶果產生相對運動從而掉落，擊爪上的變截面梳刷指直接作用于油茶果，提高了油茶果采摘的工作效率。張英祥48設計了一種自走式桑葚采摘設備，通過電機驅動棒桿做圓周運動拍打桑葚樹枝，進行桑葚采摘。拍打式樹枝采收方式具有作業方便、采凈率高、成本低等特點，宜與傘狀收集機構或其他種類的收集機構配合使用，實現采收聯合作業。

3.3 剪切式采收

剪切式采收的適用對象大部分是對外部品質要求較高的小果型漿果或鮮果，通過人為控制機械臂或采摘刀片完成果實的采摘。盧正峰[49]設計了一種剪切式桑葚采摘裝置，通過人工將剪切裝置移動至待采摘桑葚位置，按壓控制手柄，實現采摘剪的剪切工作，剪落的桑葚落進采摘剪下端的漏斗中進行收集。許波等[50設計了一種多自由度桑葉采摘裝置，通過偏心機構驅動切割裝置的上刀組和下刀組做往復式剪切運動，從而完成桑葉的機械化采摘。李濤等[51]利用偏心輪的圓周運動帶動切割刀片的直線往返運動，實現了桑甚的循環快速剪切作業。陳聯新等[52]設計的電動桑葚采摘機通過伺服電機帶動切割刀進行旋轉，使得桑葚被完整脫落。

剪切式采摘方式操作簡單，對果樹和采摘的果實基本無損傷，但該方法仍然需要人工輔助進行作業，勞動量較大。感應式采摘技術有效解決了這個問題，該方法通常將機械采摘與機器視覺技術結合使用，先通過機器視覺技術進行果實的識別與定位，而后指示機械臂完成采摘動作。王攀等[53]提出在采摘前先利用圖像處理技術對果園中的桑葚成熟度進行檢測，再根據成熟度對采摘裝置進行分類和任務規劃，提高了桑葚采摘的質量。張衛衛等54設計了一種多功能電動采摘裝置，通過光電感應裝置檢測果枝是否進入待切割裝置，操作簡單，能夠實現單人作業。

感應式采摘裝置的采收效率高、接果準確，但利用機器視覺技術進行果實的識別與定位需要大量的數據進行訓練，耗時較長，且識別模型的選擇對定位準確率的影響較大，目前該類型的采摘方式距離實際應用還需要進一步研究。

4特色林果機械化采收技術存在的問題及未來發展方向

國外針對林果機械化采收技術的研究較早，在氣力式采收、振動采收等方面的技術研究已經相當成熟，正在向更加自動化、智能化、高效節能的采摘機器人方向發展，能夠實現精準定位、高效采摘，大大提高采收效率和質量。相比之下，我國在特色林果機械化采收技術方面的研究起步較晚。目前，我國在機械化采收方面的研究性成果較多，但實際應用于生產的技術性設備卻相對較少。這導致我國特色林果的機械化生產水平普遍偏低，采收效率不高，果實品質參差不齊。

4.1 存在問題

1）機器的泛用性較差。由于我國地域遼闊，地貌地形復雜多樣，不同地區的特色林果種植模式存在較大差異。因此，大多數研究僅針對特定地形環境、種植方式和林果種類來設計采收設備，導致設備無法廣泛應用于不同種植地形和果樹種類。為解決這一技術難點，可以搭建履帶動力平臺，以適應不同地形作業環境。同時，針對不同品種果樹設計專用采摘裝置，并通過模塊化裝配，提升機器對果樹種類的兼容性。

2）機器采收功能有待完善。目前，我國機械化一次性聯合收獲技術主要集中在采摘功能的研究和優化上，而對集果裝置的研究相對較少?，F有的采收一體化裝置通常使用氣吸式集果裝置或倒傘型集果裝置進行落果收集，但采摘裝置和集果裝置未能實現聯合作業。大部分機械化采收裝備甚至沒有裝配集果裝置，僅在作業果樹周圍鋪設棉布，以便落果后再進行收集。

3）機器自動化程度較低?，F有的特色林果機械化采收設備仍需人工輔助進行作業。例如，桑葚的機械化采收裝置需要操作員手動將采摘裝置移動至待采摘桑葚位置，或手動控制采摘結構以完成采摘動作；振動采收機需要人為進行激振力、頻率和振幅等參數調控，行走、轉向等操作也需人工進行，尚未達到生產全過程自動化的要求。

4）果園宜機化標準程度低。果園的機械化生產并非單純依賴農機優化與改進所能達成，需要農機與農藝的雙向配合，共同推進果園作業的機械化進程。我國果園多因地制宜，種植方式缺乏統一規劃，規模小、密度大，這些因素均不利于農機的有效作業，進而影響了果園的管理效率及產量與品質的提升。大力推動果園宜機化建設，如優化果園道路布局、完善排水系統、調整種植模式等，以實現“機藝融合”，為農機作業提供便利的條件。

4.2 未來發展方向

1）研發適應性更強的多功能采收設備。機械化采收設備應該向多功能、適應性強等方向發展，開發適用于地形復雜、種植模式多元、種植種類多樣的林果機械化采收裝備，形成集采收、運輸、清洗、收集于一體的多功能采收設備，以適應不同地形、不同種植模式和不同果樹的采收需求。

2）研發機械化、自動化程度更高的采收設備。特色林果的機械化采收設備應不斷向自動化發展，如增加遠程調控功能，工作人員可通過遠程控制軟件操控設備的行走和采收動作。為適應不同地形的行走需求，可以設計自動調平機構，還可以結合視覺技術，增加路徑規劃、障礙識別和自動轉向等功能，實現全自動無人駕駛，加快我國特色林果機械化采收設備向自動化、智能化方向發展。

3）研發更為清潔、無損的采收設備。為了降低采收設備對作物的損傷，可以進一步開發采收機器人，利用機器視覺技術的識別、定位優勢，指示機械臂精準收獲，實現高效、低損耗的機械化采收。這不僅能提高采收效率，還能有效降低對果品的損傷。

此外，加快林果機械化采摘技術的發展，還需要加大在機械化采收技術方面的研發力度。政府和企業應加大對相關技術研發的投人，鼓勵科研機構與企業合作，加速技術成果的轉化；積極引進國外先進的采收技術，結合我國實際情況進行本土化改造，提高我國特色林果的采收效率和質量。同時，加強對林果種植戶的培訓，通過舉辦培訓班、現場演示等形式，讓種植戶了解機械化采收技術的優勢和應用方法，提高種植戶對機械化采收技術的認識和接受程度。

5結語

長期以來，我國特色林果生產一直依賴傳統生產作業方式，生產規模小，規模化、機械化生產水平整體偏低。我國在特色林果機械化采收方面取得一些研究進展，但目前僅在部分大型農產品生產公司和合作社形成機械化采收裝備體系，果園的機械化程度仍然很低，大多數果園的采收作業仍需人工完成?，F有的特色林果采收機械類型較多，但絕大多數技術局限在理論試驗階段，尚未落地使用；此外，設備的作業方式對作物種植模式要求較高，且設備價格昂貴，小規模種植農戶難以承擔。為推進我國特色林果機械化采收裝備的發展，未來特色作物機械化采收裝備的研發可以以輕量型機械為主，重點關注機械制造成本、作業成本、作業效率、機器適用性等，推進我國特色林果機械化采收裝備向自動化、智能化發展。

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