山東是水果大省，省內(nèi)水果種類(lèi)資源豐富且優(yōu)質(zhì)，膠東蘋(píng)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(yuǎn)近聞名。
“但調(diào)查顯示，近年來(lái)山東省乃至全國(guó)的果品產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益均呈下滑趨勢(shì)。”山東省果品產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系設(shè)施機(jī)械與裝備崗位專(zhuān)家、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院副院長(zhǎng)宋月鵬說(shuō)。這涉及方方面面的原因，其中勞動(dòng)力減少與生產(chǎn)擴(kuò)張需求的矛盾，已成為限制山東省果品產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的因素。
面對(duì)未來(lái)“誰(shuí)來(lái)種果樹(shù)、誰(shuí)會(huì)種果樹(shù)”的問(wèn)題，宋月鵬將破局思路投向了“機(jī)械化”。
果園機(jī)械化
困難與機(jī)遇并存
宋月鵬說(shuō)：“2017年，我們?cè)谑?nèi)進(jìn)行調(diào)查，果園機(jī)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(shuō)，以家庭為主體的果園經(jīng)營(yíng)模式，限制了機(jī)械化發(fā)展。這類(lèi)果園，部分面臨樹(shù)齡偏高、砧木喬化、樹(shù)冠郁閉的困境，并不適合機(jī)械化作業(yè)。近年來(lái)，越來(lái)越多的龍頭企業(yè)、專(zhuān)業(yè)合作社等新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)主體對(duì)老舊果園進(jìn)行流轉(zhuǎn)。這一過(guò)程中，果樹(shù)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(tuán)隊(duì)再次調(diào)研時(shí)發(fā)現(xiàn)，全省果園機(jī)械化使用率已達(dá)到30%—35%，增長(zhǎng)近一倍。
減損就是增收
索軌聯(lián)動(dòng)替換“人扛車(chē)?yán)?rdquo;
在宋月鵬團(tuán)隊(duì)的研究中，山地丘陵機(jī)械化運(yùn)輸是他們的首要方向。丘陵地區(qū)的物資及果品運(yùn)輸方案，修路是主流，但成本普遍較高。而且，因輸運(yùn)導(dǎo)致的果體損傷屢見(jiàn)不鮮。山東省果樹(shù)研究所貯藏加工崗位專(zhuān)家辛力曾做過(guò)統(tǒng)計(jì)，水果從山上運(yùn)輸至儲(chǔ)藏庫(kù)過(guò)程中，由碰撞導(dǎo)致的果體損害率達(dá)15%—25%。若能降低運(yùn)輸損耗，就相當(dāng)于增產(chǎn)。
在機(jī)械運(yùn)輸中，軌道車(chē)因載重量大、運(yùn)輸穩(wěn)定、地形適應(yīng)性強(qiáng)，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(yùn)輸覆蓋面少等局限。宋月鵬團(tuán)隊(duì)通過(guò)實(shí)地調(diào)研，提出“縱軌橫索”“縱索橫軌”的運(yùn)輸思路，靈活選擇“索、軌、車(chē)”運(yùn)輸方式，更好滿(mǎn)足山間作業(yè)需求。經(jīng)實(shí)踐后統(tǒng)計(jì)，索軌結(jié)合的運(yùn)輸方式，可降低輸運(yùn)成本20%以上;與三輪車(chē)運(yùn)載相比，可以將果品運(yùn)損率降到5%左右。
新型裝備
開(kāi)進(jìn)丘陵果園
眼下，正值蜜桃結(jié)果的關(guān)鍵時(shí)期，需要追加肥料為桃樹(shù)膨果提供營(yíng)養(yǎng)。臨沂市蒙陰風(fēng)偉果品專(zhuān)業(yè)合作社果園里，一袋袋的肥料正通過(guò)軌道運(yùn)送至山坡;果樹(shù)之間，有開(kāi)溝機(jī)來(lái)回穿梭進(jìn)行施肥……果園一片忙碌，卻很少看到果農(nóng)的影子。
合作社負(fù)責(zé)人朱風(fēng)偉，在2018年就與宋月鵬團(tuán)隊(duì)展開(kāi)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(lái)的便利。
“果園防治病蟲(chóng)害是一項(xiàng)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(jī)，機(jī)器就沿著軌道移動(dòng)打藥。還能根據(jù)果樹(shù)高度調(diào)節(jié)噴頭位置，藥噴得少了，效果沒(méi)打折扣。”
彌霧機(jī)為宋月鵬團(tuán)隊(duì)利用軌道輸運(yùn)系統(tǒng)研制。此外，他們還研制出了丘陵果園防霜機(jī)、碎枝機(jī)等有代表性的現(xiàn)代化機(jī)械。新型裝備打破了地形的限制。
宋月鵬介紹：“目前碎枝機(jī)大多是固定式，難以進(jìn)入果園。所以我們基于丘陵果園運(yùn)輸軌道，研制出自走式枝條粉碎機(jī)。機(jī)器可遙控移動(dòng)，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(jī)質(zhì)含量。”
宋月鵬說(shuō)，他的很多創(chuàng)新思路都來(lái)自種果樹(shù)的農(nóng)民。他回憶：“有一位果農(nóng)和我聊天，他說(shuō)現(xiàn)在的機(jī)器太復(fù)雜了，你能不能給我們開(kāi)發(fā)一個(gè)既可以除草，又能彌霧，還可以采摘的機(jī)器啊。我深受啟發(fā)，隨后就開(kāi)始著手設(shè)計(jì)。”
在各方合作下，多功能動(dòng)力底盤(pán)3TC-50-2型履帶拖拉機(jī)被研發(fā)出來(lái)。不同擋位，能適應(yīng)不同場(chǎng)景的作業(yè)要求。同時(shí)可以與碎枝機(jī)、彌霧機(jī)、割草機(jī)等模塊連接，配合升降機(jī)，還能作為果樹(shù)操作平臺(tái)使用。目前，宋月鵬團(tuán)隊(duì)又開(kāi)發(fā)出了自跟隨動(dòng)力底盤(pán)，無(wú)需人工，動(dòng)力底盤(pán)便能跟隨人員行進(jìn)，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(guó)內(nèi)果園的殘枝處理、植保、割草等環(huán)節(jié)基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化操作，預(yù)計(jì)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(kāi)人工。這不難理解，這些操作精細(xì)復(fù)雜。
宋月鵬說(shuō)：“現(xiàn)在很多果園疏花的時(shí)候就拿棍子去抽樹(shù)枝上的花，花的數(shù)量質(zhì)量都會(huì)受到影響。市面上很多疏花設(shè)備，只是換成了機(jī)器去抽打，不精準(zhǔn)、高損耗問(wèn)題仍未解決。”這就需要果樹(shù)裝備從智能化向智慧化邁進(jìn)。“智慧化賦予了機(jī)器判斷能力，就拿疏花來(lái)說(shuō)，實(shí)施的過(guò)程中，保留哪朵花、打掉哪朵花，這些細(xì)節(jié)均由機(jī)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(tuán)隊(duì)采集圖像數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)模型架構(gòu)、訓(xùn)練優(yōu)化，從零開(kāi)始打造自己的農(nóng)業(yè)AI模塊。在3月櫻桃樹(shù)開(kāi)花的日子，團(tuán)隊(duì)成員韓翔來(lái)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(duì)著目標(biāo)按下快門(mén)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(wàn)多張照片供給機(jī)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(dòng)采摘環(huán)節(jié)，則使用機(jī)械手完成。
在宋月鵬的想象中，未來(lái)的果園管理是精準(zhǔn)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(yíng)養(yǎng)都得到充分使用，水果品質(zhì)自然就會(huì)好。” |
