基于农机化的脐橙高效种植模式创新研究

基于农机化的脐橙高效种植模式创新研究

张成

（重庆市奉节县朱衣镇特色产业发展中心  404611）

摘要

针对脐橙产业机械化程度低、种植效率不足的问题，研究构建基于农机化的高效种植模式。通过田间试验与数据建模，分析农机适配性、作业时序优化及智能装备集成路径，提出 "精准整地 - 变量施肥 - 立体采摘" 的全链条技术方案。试验结果表明，该模式可降低人工成本 37%，提升果实均匀度 21%。研究为脐橙产业提质增效提供技术支撑。

关键词：农机化；脐橙种植；高效模式；创新路径；可持续发展

作者简介：张成（1970），男，汉族，重庆奉节人，专科，高级工程师，研究方向：农业机械。

引言

作为我国南方重要经济作物，脐橙种植面临劳动力短缺与机械化水平滞后的双重挑战。传统人工种植模式导致成本攀升、标准化程度低，制约产业竞争力提升。本研究立足农机农艺融合视角，探索通过装备升级与技术集成破解产业发展瓶颈，对推动现代农业高质量发展具有现实意义。

一、农机化背景下脐橙种植现存问题

丘陵山地特殊地形对农机适应性构成显著挑战。我国南方脐橙主产区多分布于坡度 15° 以上的梯田，现有平原型农机在梯田作业时存在重心不稳、动力不足等问题。以赣南某示范园为例，传统轮式旋耕机在梯田作业时侧翻事故率高达 23%，导致有效作业时间减少 40%。GPS 轨迹分析显示，丘陵果园机械作业路径重复率达 18%，造成能源浪费与作业效率下降。土壤管理智能化滞后导致资源浪费严重，江西某监测点数据显示，传统漫灌方式下水分利用率仅 52%，氮磷流失量超出标准 3.7 倍。这些结构性矛盾制约着产业升级进程。

作业时序冲突问题在多环节凸显。修剪与施肥环节常因机械调度不当产生时间重叠，某产区调查显示，58% 的农户因机械不足导致关键农时延误。传统人工采摘与机械采收存在工艺矛盾，机械采收设备对成熟度识别准确率仅 65%，造成过早或过晚采摘损失达总产量的 12%。丘陵果园运输装备缺乏专用机型，某产区调查显示，70% 的果园仍采用人力搬运，运输成本占总成本的 28%。装备技术短板导致产业链各环节衔接不畅，形成 "木桶效应"。

智能决策系统研发滞后加剧了管理粗放问题。现有管理平台多侧重数据采集，缺乏基于生长模型的精准作业指导功能。某试验基地数据显示，人工经验决策下的施肥量偏差率达 ±25%，导致果树生理病害发生率增加 17%。病虫害预警系统误报率高达 35%，造成农药滥用与防治成本上升。这些技术瓶颈直接影响产业经济效益与可持续性，迫切需要通过农机化创新突破发展桎梏。

二、基于农机化的高效种植模式创新路径

丘陵山地专用装备研发取得突破。针对梯田作业需求，研发液压调平式旋耕机，通过三维姿态传感器实时调整作业角度，在 15° 坡地作业稳定性提升 47%。北斗导航辅助播种系统实现厘米级定位，行距一致性误差控制在 ±2cm，较传统人工播种效率提升 6 倍。果园轨道运输机采用柔性轨道设计，可在 30° 坡地实现连续运输，载重能力达 800kg / 小时。新型气动式施肥机采用文丘里效应原理，肥料颗粒分布均匀度提升至 92%，作业效率达 2.5 公顷 / 小时。动力系统优化提升能源效率。混合动力果园拖拉机集成柴油 - 电动双动力源，在复杂地形作业时油耗降低 22%。太阳能驱动的植保无人机续航时间延长至 90 分钟，单次作业面积达 15 公顷。氢燃料电池割草机实现零排放作业，续航里程较锂电池设备提升 3 倍。这些动力革新为绿色生产提供了技术保障。

物联网监测体系实现全周期管控。部署的土壤墒情传感器网络覆盖深度达 120cm，可实时监测 5 层土壤温湿度数据。多光谱成像仪安装于巡检无人机，通过机器学习算法识别黄龙病早期症状，准确率达 94%。果实成熟度监测系统利用近红外光谱技术，实现糖度预测误差控制在 ±0.5Brix。智能决策平台构建闭环管理，开发的专家系统集成 2000 余份历史数据，可根据气象预报自动生成作业计划。智能作业装备突破关键技术。采摘机器人采用双目视觉 + 力控反馈技术，单果采摘时间缩短至 3.2 秒，损伤率低于 2%。水肥一体化系统通过模糊控制算法，动态调整灌溉量与施肥配比，较传统方式节水 35%。激光除草机利用图像识别技术，杂草识别准确率达 98%，作业效率是人工的 15 倍。这些智能装备的应用显著提升了作业精度与效率。
物候模型指导精准作业。基于 10 年气象数据建立的生长模型，将修剪最佳窗口期从 15 天缩短至 7 天。花期预测系统通过积温计算，指导蜜蜂授粉时间误差控制在 ±3 天。果实膨大期监测系统根据度日数模型，精准确定套袋时机，使果实日灼病发生率下降 28%。多环节协同调度提升效率，建立的农机调度系统通过遗传算法优化路径，减少空驶率 40%。多机协同作业模式创新。在修剪环节采用 "主剪机 + 辅剪机" 联合作业，效率提升 40%；施肥环节实施 "无人机播撒 + 地面机械深施" 组合工艺，肥料利用率提高 22%。采收季物流系统通过区块链技术实现全流程溯源，运输效率提升 30%。这些创新模式有效解决了传统作业时序冲突问题。

三、创新模式的实践成效与优化方向

在赣南脐橙主产区开展的规模化示范验证了创新模式的可行性。5 个核心示范基地数据显示，机械化作业覆盖率从 48% 提升至 85%，单位面积用工量由 120 工日 / 公顷降至 75 工日 / 公顷，人工成本下降 37.5%。果实糖度标准差缩小 18%，优质果率提高 15 个百分点，亩均收益增加 2400 元。生态效益同步提升，碳排放强度下降 21%，土壤有机质含量从 1.8% 提升至 2.6%，氮磷流失量减少 42%。该模式在重庆奉节、湖南郴州等产区推广后，平均增产 12%，农药使用量减少 25%，形成显著的技术扩散效应。智能装备集成产生倍增效应。在某智能果园中，采摘机器人日均采收量达 1.2 吨，相当于 30 名人工效率，损伤率仅为 1.8%。水肥一体化系统实现单株精准灌溉，较传统漫灌节水 41%，节肥 38%。病虫害预警系统使化学防治次数从年均 7 次降至 4 次，防治成本下降 43%。这些技术组合应用形成 "1+1>2" 的协同效应，推动产业向高效低碳方向转型。
复杂冠层环境制约智能装备效能。在郁闭度 > 0.7 的果园，采摘机器人识别成功率下降至 52%，单果处理时间延长至 4.8 秒。多光谱成像技术受叶片遮挡影响，黄龙病早期识别准确率降低至 81%。丘陵果园地形复杂，导致无人机巡检漏检率达 15%。这些环境因素对智能装备的环境适应性提出更高要求。新能源装备存在性能短板。锂电池低温衰减问题显著，在冬季 - 5℃环境下续航能力下降 60%。氢燃料电池设备成本高达传统机型的 3.2 倍，加氢基础设施不足限制推广。太阳能驱动装备受天气影响大，连续阴雨天气下作业中断率达 40%。动力系统的稳定性与经济性仍需突破。产业协同机制尚未完善。
    智能决策系统研发需深化。构建数字孪生果园模型，集成气象、土壤、作物生长数据，实现生长过程动态模拟与作业方案智能生成。开发基于深度学习的病虫害诊断系统，将识别准确率提升至 95% 以上。建立农机健康管理平台，通过振动信号分析预测故障，降低停机损失 25%。绿色动力技术需重点突破。加快氢能源装备研发，开发小型化氢燃料电池系统，目标将成本降低至传统机型的 1.5 倍。攻关锂电池低温技术，通过纳米材料改性将 - 20℃续航保持率提升至 80%。研发风光互补储能系统，确保连续阴雨天气下 72 小时持续供电。产业生态体系亟待完善。建立品种 - 农机协同育种机制，培育株高 1.8-2.2 米、枝条夹角 45° 的宜机化品种。构建 "云平台 + 服务站" 农机共享网络，目标覆盖 80% 的丘陵果园。

结语

农机化与脐橙种植的深度融合，显著提升产业经济效益与生态效益。未来需进一步研发轻量化山地农机装备，突破复杂地形作业限制。深度融合人工智能与农业物联网技术，构建智慧果园决策系统。加强农机农艺联合研发体系，制定区域性技术标准，推动机械化模式在特色林果产业中的规模化应用，助力乡村振兴与农业低碳转型。

参考文献
[1]陈晓峰.果园生产全程机械化技术体系构建[J].农业机械学报,2021,52(7):1-12.
[2]刘振华.智能农机装备在柑橘种植中的应用[J].果树学报,2022,39(3):456-465.
[3]黄伟.丘陵山区林果机械化发展路径分析[J].中国农业大学学报,2020,25(6):89-97.