山东省果蔬机械发展现状及对策

赵立虹，刘 振，王 鑫，江秋生，王东岳，薛 梅

(山东省农业机械科学研究院，山东 济南 250100)

0 引言

山东省是农机装备制造大省和应用大省，农机工业种类齐全，总量位居全国首位。近年来，山东省把全面机械化列入乡村振兴战略等重大规划，启动了现代农机化转型升级工程，农机制造水平稳步提升，农机装备总量持续增长，农机作业水平快速提高[1]。

由于果蔬作物种植各环节需求多样，机械作业环境复杂，且长期以来我国农机行业研发、生产重点都在3大主粮作物，当前农业机械化、农机装备产业存在发展不平衡、不充分的问题，山东省果蔬机械化程度仍处于起步阶段，综合水平在30%以下。劳动效率低、生产成本高，随着社会城市化的发展，劳动力向城市转移，人口老龄化越来越严重，未来将面临着“谁来种地”的问题，机械化需求强烈。本文通过分析果蔬机械存在的问题、面临的形势，探讨应对的思路和措施，对农业机械可持续发展有积极的意义。

1 果蔬机械发展现状

1.1 农机概况

近10年来，山东省农机工业的销售收入、利润等几项指标均居全国各省市同行业第1位，农机总量占到全国的1/10左右，农机装备、农业机械技术含量也不断提高。山东省小麦和玉米耕种收机械化水平分别达到99.5%和94.6%，基本实现了全程机械化[2]。目前，果蔬和经济作物机械化程度较低，发展空间也较大，按照农业部全程机械化指导意见的要求，积极推进经济作物、园艺作物和饲草作物生产机械化发展，探索全程机械化生产模式，以促进我国农业机械化发展[3]。

1.2 蔬菜机械现状

山东省自然条件优越，技术水平领先，蔬菜产业在全国占有重要地位，蔬菜、水果产量居全国首位，如图1所示。提高蔬菜机械化水平，对实现蔬菜产业现代化和可持续发展具有重要意义。由于蔬菜种类多，食用部分各不相同，其技术难题较多，农艺要求区别较大，在当前劳动力不足的情况下，劳动力成本不断提高。特别是近年来，蔬菜的生产成本在逐年增长，平均增长幅度在10%左右，增长的成本基本是人工成本，据相关调查显示，人工成本已占到蔬菜生产成本的59%左右[4]。因此，提高蔬菜机械化水平，对农业农村经济发展、农民增收、农业增效具有重要促进作用。

图1 2018年各省蔬菜水果产量Fig.1 Output of vegetables and fruits in each province in 2018

山东省蔬菜种植分为设施蔬菜和露天种植，设施农业规模较大，位居我国前列[5]。经过多年发展，从种植蔬菜发展到高档瓜果、特色花卉和中药材等种类，由最初的塑料大棚，发展为连栋日光温室、具有环境控制的现代化植物工厂，有部分中小型机械代替传统耕作，逐渐向机械化转变。

山东省潍坊市寿光的设施蔬菜、青州的设施花卉、烟台的设施樱桃，是3个基本品类的模范区域，另外在日照、临沂、淄博市临淄、青岛市平度及潍坊市昌乐等主要地区亦有大面积分布。山东寿光更是成为了我国最大的蔬菜基地，建成了集科研开发、生产、加工和销售一条龙的多功能蔬菜产业化龙头科技园，是我国最大的蔬菜集散中心和价格形成中心[6]。在供应错季蔬菜瓜果、提供劳动就业岗位和保障国家粮食安全等方面，发挥着至关重要的作用[5]。

在机械装备的推动下，设施农业不断发展，机械装备是设施园艺实现高投入、高产出、高效益的重要硬件保障[7]。经过不断发展，日光温室的墙体建造、电动卷帘和喷灌、滴灌技术、二氧化碳气体施肥技术、人工补光及臭氧消毒杀菌等一批新技术、新机具得到应用，设施机械逐年增加，装备技术进步明显。

露天蔬菜机械应用在耕整地、田间管理、水肥管理和运输等环节较好，机具保有量较多，但播种、移栽和收获等环节数量较少。

耕整地作业是蔬菜栽培的主要环节之一，机械化程度较高。随着科学技术的不断进步，北斗导航技术在农业机械中的应用越来越广，自动导航技术、激光平地技术逐步推广，机械化作业的精耕细作基本得到满足[8]。

播种方式主要为人工播种或半自动化播种，机械化操作水平各地差异较大，济南、东营和潍坊等地蔬菜集约化育苗的机械利用率已达40%～60%，蔬菜移栽技术方面，部分精量播种机械已替代进口，移栽机仍以半自动为主[9]。蔬菜栽植机械受品种、种植方式、株距和种植密度等因素影响，蔬菜移栽机械的大规模研究逐渐起步，多数在取苗环节仍需人工辅助，还有一定发展空间[10]。

随着经济发展和设施栽培技术的提高，水肥一体化技术由于具有节水节肥、增产增效和生态环保等综合效益显著的优势，在干旱地区和发达国家得到了广泛应用[11]。水肥一体化技术的应用，解决了传统灌溉资源浪费、地下水污染和干旱缺水问题，得到广泛推广。

蔬菜收获环节，在整个生产过程中机械化率最低。进行机械收获的主要是根茎类蔬菜，如生姜、大葱、洋葱和大蒜等，如图2所示。山东省农机装备研发创新计划的实施，为特色蔬菜的全程机械化提供了支持，研发了一系列大葱移栽机、大蒜播种机、大葱收获机、大蒜收获机等机具和设备，如图3～4所示，机具研发较成熟并具有产业化能力，有力推动了特色蔬菜的全程机械化进程。

图2 根茎类蔬菜Fig.2 Root vegetables

图3 大蒜播种机Fig.3 Garlic planter

在蔬菜大面积种植地区，每年会产生大量蔬菜废弃物，对生态环境产生严重影响，并降低农作物的产量和质量，合理地处理废弃物成为当前农村生态环境改善工作的一大目标[12]。山东省农机院研发的废弃物资源化利用装备(图5)，可利用蔬菜收获之后的蔬菜秧秆、废弃物，经过无害化处理和资源利用新技术，产出生物有机肥，实现资源的循环利用。循环农业有利于生态环境与农业资源的可持续发展，以发展生态循环农业来助推乡村振兴，因地制宜地创立富有区域特色的现代生态循环农业生产与经营体系，促进农业高效优质生产步入持续发展的良性循环轨道[13-14]。

图5 废弃物资源化利用技术装备Fig.5 Technical equipment for waste resource utilization

1.3 果园机械现状

山东是果树种植和水果产业大省，水果产量约2 700万t，居全国首位，果品出口量占全国总量的40%～45%[15]。果树种植区主要分布在胶东丘陵、鲁中山区和鲁西北黄河三角洲地区，家庭经营果园占90%。山东果树设施也有较大发展，增长速度超过其他省市，涉及的树种、品种较多，已成为全国果树设施栽培生产中心[16]。但果园机械化程度较低，果园装备种类少且质量不高，果园机械化研发与推广仍有较长的路要走[17]。地形复杂、崎岖不平成为制约农业机械化水平提高的瓶颈[18]。据山东省统计年鉴，2018年山东省农业机械总动力6 408.8万kW，林果业机械仅有8.54万kW，如图6所示。随着我国城市化进程的加快，农村劳动力大量向城镇移转，果园生产劳动力严重不足，加之缺乏有效的农机具产品，导致用工成本增加，已严重影响我国果品产业的健康发展[19]。

图6 2018年山东省农业机械动力占比Fig.6 Proportion of agricultural machinery power in Shandong Province in 2018

受到果园机械品种繁多、果园作业条件差、规模化程度低、农机与农艺融合不够等多方面因素制约，果园机械化仍处于起步的阶段，水果优势产区的综合机械化水平不到20%，果园全程机械化是实现果园高效生产的唯一途径[19]。部分地区不利于推行机械化大规模种植。传统果园仍占较大比例，少数环节可以实现半机械化作业，大部分作业环节依靠人工管理，新果林更新较慢，难以满足大中型果园机械的作业需求[20]。目前，亟需研发推广轻便小巧的果园作业机械，如微耕机、修剪机和喷灌机等小型果园机械[21]。

果园管理在整地环节，有起垄、除草、培土和开沟施肥机械，基本实现机械化作业，以中小功率拖拉机配套不同机具完成作业，如挖沟、施肥、旋耕和除草等[22]。树体管理环节如修剪、授粉、疏花疏果和套袋，使用电动、气动剪枝机或半机械化套袋机，管理环节劳动量密集，基本依靠人工作业，劳动强度大。植保环节，传统果园使用踏板式、压缩式喷雾器及背负喷雾器，需要较高人力成本，农药利用率较低，只有37%左右[23]。新果园植保使用风送式喷雾机、果园弥雾机等，环保型、农药利用率高的新型植保机械，因具有集约高效、对环境污染小等特点正渐受关注。近年来，无人机技术不断进步，高效、智能的植保无人机可完成农药喷洒、农情监测和病虫害防治等工作，可实现精准作业，节约农药，可到达人力所不能及的区域作业，提高了人工作业的安全性，工作效率高。

收获、采后环节的机械设备有果园作业升降平台，配合人工进行修剪、采摘等工作，作业效率可达到人工的4～6倍，安全性、通用性和适用性较好[24]。国外果树收获采用摇振式机械收获，但这种收获方式不可避免对果实产生碰撞损伤，不易于保存，多用于水果加工，与我国水果大部分鲜食的需求有所不同。具有图像识别和分析能力的果实采摘机器人在国外处于研究阶段，成本较高，效率提升后将会有较大发展[25]。

2 存在的问题

2.1 农机农艺融合不足

农机农艺有机融合是实现机械化生产的内在要求和必然选择，影响农机化的发展速度和质量[26]。长期以来，农艺栽培与农机作业不相适应，种植间距狭窄，机械作业空间不足，不利于机械使用。蔬菜设施大棚封闭低矮的作业环境，人工操作难度大，缺乏适宜的小型机械设备。一家一户的经营模式，缺少统一的种植规范，山东省80%以上果园采用传统栽培模式，果园郁闭严重，老龄低效果园逐年增多，传统种植模式不能满足机械化作业的需求[27]。山东省东部半岛以丘陵为主，鲁中南有较多的丘陵地带，有很多山地、坡地、沟地等小块耕地，采用传统栽培模式，种植规模小，机械作业空间不足，园内郁闭现象严重，树龄老，地形复杂，不利于推行机械化大规模种植。

2.2 科技创新动力不足

长期以来的政策倾斜于3大主粮，果蔬机械装备技术基础薄弱，科技含量、智能化水平低。科技创新人才缺乏，协作创新、投入保障、成果评价和知识产权等机制尚不完善，企业和科研人员研发动力不足，技术研发系统性和持续性不够。整机和零部件的协同创新与国际相比差距较大，尽管在机械加工与制造上的能力有了显著提高，但国内机械设计，特别是创新设计水平依然较低，使得当前国内农业机械化技术水平相对落后[28]。

2.3 标准化体系不完善

果蔬机械包含种类繁多，涉及的学科多、门类广，尚未建立完整的标准化体系，缺乏统一规范的适用性评价方法及相关标准。行业标准比较缺乏，标准修订未能满足实际生产需求，标准发展滞后于产品的发展。标准化程度低，科研成果的推广、应用、总结不足，虽然果蔬机械取得一定进展，但相关行业标准没有获得普遍应用，阻碍了机械化的发展。

2.4 缺乏经济型轻简机械

果蔬机械整体水平不高，耕整地、植保环节较好，其他播种、移栽及收获环节不能满足效率和质量需求，缺乏低成本、灵活度高的小型机械。操作简便、小型的机械更容易适应分散的经营方式和小地块作业需求。果园机械同质化竞争严重，产品创新少，耐用性、可靠性差。果园机械生产企业研发力量薄弱，自主创新能力不足，技术不成熟，缺乏经济型、高质量的关键零部件。

2.5 农机社会化服务程度不高

山东省果蔬种植大多是家庭式一家一户种植，基础装备落后，使用半手动、小功率机械作业，多数生产环节靠人工作业。劳动力年龄普遍偏高，从业人员老龄化，仅苹果种植来看，60岁以上果农占从业人员总量的23.3%，50～60岁的从业人员占42.8%；40～50岁的从业人员占24.6%；40岁以下的从业人员仅占9.3%，如图7所示。机械的使用、保养意识淡薄，影响了果园机械推广，缺乏经济实用型作业平台、弥雾机和翻耕机等生产装备，部分果农仍以手工为主。农机社会化服务体系不完善，在机械的技术宣传、机械配件更换、机械维修和监测等多个方面不能满足农业生产的需求，阻碍了果蔬机械的健康发展。

图7 果园劳动力各年龄段占比Fig.7 Proportion of orchard labor force in different age groups

3 对策和建议

3.1 重视农机农艺融合，多学科联合攻关

农机农艺融合是实现机械化的前提，坚持农机农艺融合，建立农机农艺同步机制，实现高产与高效协同发展，提前规划好新品种、新模式定位，鲜食或加工用果蔬品种，充分考虑机械化要求，选育适合机械作业品种，使新品种、新模式易于进行机械化作业。在研发新型农机具时，也要充分考虑果蔬生产的农艺要求，如针对块根、茄果类和叶菜类蔬菜的不同特点进行研究，针对不同地区的情况研发适用农机，使农机符合农艺要求。设施园艺果蔬机械涉及门类广，实际生产中技术难题较多，需要多学科、多部门联合起来，共同攻关。

3.2 对薄弱环节、关键技术提供政策保障和支持

根据果蔬机械装备总体状况和实际生产需要，在技术装备薄弱环节，推进政策倾斜，充分发挥购置补贴、创新示范项目资金等政策优势，缩短新产品进入农机补贴的中间环节。实现关键技术的政策支持，突破高端产品及关键核心零部件技术与制造瓶颈，加大技术投入，提升制造能力和水平，是农机工业一项长期任务[29]。

提高对关键技术装备、短板领域研发的支持力度，针对市场对轻简化装备、经济型机械装备、收获作业装备和智能化生产装备需求等领域，加强技术研发，提高机械集成化、标准化和轻简化水平，促进果蔬机械的技术升级。

3.3 完善标准化体系，提高标准化水平

推动行业标准制定，由于现代农机生产技术是在不断更新与发展，生产手段与用户需求也在不断变化，涉及的关键技术也在不断丰富。积极应对现有的行业标准不能满足生产需求的问题，加快更新完善标准体系，加大标准制定力度，通过融合农机农艺，制定具有普适性的基本种植模式和农艺技术规范，形成完善的标准体系[30]。积极鼓励国家标准、行业标准、团体标准、联盟标准和企业标准协调发展。

3.4 发展规模经营，完善农机社会化服务

适度规模经营有利于资源整合，提高抗风险能力，有利于机械化的推广。适度规模经营是发展现代农业的必由之路[31]。专业化的社会服务组织、农业推广服务是应对劳动力短缺、提高生产效率的有效措施，通过农机装备统一使用、统一管理和统一维护，开展高效化、标准化的农业机械化作业服务，能够提高生产效率，促进生产规模化，在提高农民收入上发挥重要作用[32-33]。

完善农机服务合作组织建设，提高机械使用效率，建立农业机械专业服务组织，满足生产经营需要。以有偿服务的形式，为种植户提供耕整地、播种、移栽、田间管理和收获等服务，提高农业机械的利用率和作业效率。同时加强职业技能培训，提高机械使用水平和从业人员素质，促进新机械的研发生产。

3.5 提高农机智能化、信息化水平，发展可持续循环农业、智慧农业

融合了智能化、信息化技术的农机装备，能够大大提高生产效率，节约生产成本，减少农药、化肥对环境造成的污染，进行质量监测控制，为农业决策提供信息支持，提升农产品质量，同时改善生态环境，提高农民经济收入[34-35]。信息技术是提高我国农业机械化水平的重要途径，智能化是农业生产的必然发展趋势[36]。

生态循环农业能够解决生产结构单一、抗御自然灾害能力差、生态系统功效低等弊端，全面提升现代化农业建设水平，是实现“绿水青山就是金山银山”的农业可持续发展的必由之路[37]。智慧农业是农业发展的新阶段，以信息化技术为核心，将互联网、大数据和人工智能等技术，深入应用到农业生产的各环节，实现农业生产从粗放型到集约型转变，走优质高效、产品安全、资源节约和环境友好的现代农业发展道路[38]。

3.6 加强学科建设，健全多层次人才培养体系

加强农业学科建设，支持高校与企业合作，培养热爱农业、肯钻研、懂技术的复合型人才，注重高端人才培养与国际人才引进。目前，农业装备学科在原始创新、学科高端人才及人才培养等方面与发达国家相比仍有较大差距，根据《制造业人才发展规划指南》发布的制造业重点领域人才需求预测，到2020年我国农机装备人才缺口16.9万人，到2025年缺口高达44万。人才是推动发展的第一资源，要加强农机科研技术人才培养，建设农机科研、服务队伍，开展农机技术推广、农机管理、技术人员技术培训和继续教育，培养复合型的农业人才，促进农机事业良性发展。

4 结束语

山东是农机制造和使用大省，在实现粮食作物机械化以后，不断拓展农业机械化发展的范围，提高果蔬机械化程度是产业提质增效、转型升级的迫切任务。在实现农业机械化的进程中，要结合本地实际，在农机农艺融合的基础上，研发经济型、实用型果蔬机械，依靠科技创新，提高智能化、信息化水平，重视技术人才的培养，鼓励推广适用国产装备研发，把中国人的饭碗牢牢端在自己手中。