泰山职业技术学院闪耀省赛:青年教师勇夺一等奖
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山东是水果大省,省内水果种类资源丰富且优质,胶东苹果、鲁西酥梨、蒙阴蜜桃、沾化冬枣以及(yǐjí)鲁中大樱桃等特色果品(guǒpǐn)远近闻名。
“但调查显示,近年来山东省(shāndōngshěng)乃至全国的(de)果品产业经济效益均呈下滑趋势(qūshì)。”山东省果品产业技术体系设施机械与(yǔ)装备岗位(gǎngwèi)专家、山东农业大学机械与电子工程学院副院长宋月鹏说。这涉及方方面面的原因,其中劳动力减少与生产扩张需求的矛盾,已成为限制山东省果品产业进一步发展的因素。
山东省果品产业技术体系设施机械与装备岗位(gǎngwèi)专家宋月鹏。
面对未来“谁来种果树、谁会种果树”的问题,宋月鹏将(jiāng)破局思路(sīlù)投向了“机械化”。
宋月鹏说:“2017年,我们在省内进行调查,果园(guǒyuán)机械化(jīxièhuà)使用率仅为15%—20%,这(zhè)与我们果品大省地位是不匹配的(de)。”他说,以家庭为主体的果园经营(jīngyíng)模式,限制了机械化发展。这类果园,部分面临树龄偏高、砧木(zhēnmù)乔化、树冠郁闭的困境,并不适合机械化作业。近年来(jìnniánlái),越来越多的龙头企业、专业合作社等新型农业经营主体对老旧果园进行流转。这一过程中,果树老品种得到更新换代,矮砧密植(mìzhí)栽培模式得到应用。宋月鹏提到,2023年团队再次调研时发现,全省果园机械化使用率已达到30%—35%,增长近一倍。
索轨联动替换“人扛(káng)车拉”
在宋月鹏团队的研究(yánjiū)中,山地丘陵机械化运输是他们的首要方向。丘陵地区的物资及果品运输方案,修路是主流(zhǔliú),但成本普遍较高。而且,因输运(shūyùn)导致的果体损伤屡见不鲜。山东省果树研究所(yánjiūsuǒ)贮藏加工岗位(gǎngwèi)专家辛力曾做过统计,水果(shuǐguǒ)从山上运输至储藏库过程中,由碰撞导致的果体损害率达15%—25%。若能降低运输损耗,就相当于增产。
新型多维网格远程遥控输运系统示意图(shìyìtú)。
在机械运输中,轨道(guǐdào)车因载重量大、运输稳定、地形适应性强,成为(chéngwéi)丘陵果园的(de)主要选择,但(dàn)存在轨道铺设难度高,占用土地多,运输覆盖面少等局限。宋月鹏团队通过实地调研,提出(tíchū)“纵轨横索”“纵索横轨”的运输思路,灵活选择“索、轨、车”运输方式,更好满足山间作业需求。经实践后统计,索轨结合的运输方式,可降低(jiàngdī)输运成本20%以上;与三轮车运载相比,可以将果品运损率降到5%左右。
眼下,正值蜜桃结果的关键时期,需要(xūyào)追加肥料为桃树膨果提供营养。临沂市蒙阴风伟果品专业合作社果园里,一袋袋的肥料正通过轨道运送至(zhì)山坡;果树之间,有开沟机来回穿梭进行施肥……果园一片忙碌,却(què)很少看到果农(guǒnóng)的影子。
合作(hézuò)社负责人朱风伟,在2018年就与宋月鹏团队展开了合作。作为丘陵果园(guǒyuán)最早一批“吃螃蟹的人”,六七年间朱风伟早已习惯(xíguàn)了这些“铁疙瘩”带来的便利。
“果园防治病虫害是一项重要工作。但山上果园打药比平地难得多(duō),人工一天打不了几亩(jǐmǔ)。用了果园弥雾机,机器就沿着轨道移动打药。还能根据果树高度调节喷头位置,药喷得少(shǎo)了,效果没打折扣。”
弥雾机为宋月鹏团队(tuánduì)利用轨道输运系统研制(yánzhì)。此外,他们还研制出了丘陵果园防霜机、碎枝机等有代表性的现代化机械。新型装备打破(dǎpò)了地形的限制。
宋月鹏介绍:“目前碎枝机大多是固定式,难以进入果园。所以我们基于丘陵果园运输轨道(guǐdào),研制出(chū)自走式枝条粉碎(fěnsuì)机。机器可遥控移动,省去了收集残枝的环节,就地粉碎。木屑腐熟后能替代化肥(huàféi),提高土壤有机质含量。”
宋月鹏说,他的很多(hěnduō)创新思路都来自种果树(guǒshù)的农民。他回忆:“有一位果农和我(wǒ)聊天,他说现在的机器太复杂了,你能不能给我们开发一个既(jì)可以除草,又能弥雾,还可以采摘的机器啊。我深受启发,随后就开始着手设计。”
在各方(gèfāng)合作下,多功能动力底盘3TC-50-2型履带拖拉机被研发出来。不同挡位,能适应不同场景的作业(zuòyè)要求。同时(tóngshí)可以与碎枝机、弥雾机、割草机等模块连接,配合升降机,还能作为果树操作平台使用(shǐyòng)。目前,宋月鹏团队又开发出了自跟随动力底盘,无需人工,动力底盘便能跟随人员(rényuán)行进,大大提高了果园作业效率。
目前,国内果园的残枝处理、植保(zhíbǎo)、割草等(děng)环节基本实现机械化操作,预计能节省一半的人工;但还有一半工作——疏花疏果、采摘等环节仍离不开人工。这不难理解(bùnánlǐjiě),这些操作精细复杂。
宋月鹏说:“现在很多果园疏花的时候就拿(ná)棍子(gùnzi)去抽树枝上的花,花的数量质量都会受到影响。市面上很多疏花设备,只是换成了机器(jīqì)(jīqì)去抽打,不精准、高损耗问题(wèntí)仍未解决。”这就需要果树装备从智能化向智慧化迈进。“智慧化赋予了机器判断能力,就拿疏花来说(láishuō),实施的过程中,保留哪朵花、打掉哪朵花,这些细节均由机器决定。”宋月鹏解释道。
宋月鹏(中)在调试轨道(guǐdào)机械设备。
在农业领域,AI技术应用仍(réng)在起步阶段。宋月鹏带领(dàilǐng)团队采集图像数据、设计模型架构、训练优化,从零开始打造自己(zìjǐ)的农业AI模块。在3月樱桃树开花(kāihuā)的日子,团队成员韩翔(hánxiáng)来到(láidào)果园拍摄了5000余张樱桃花的照片,作为前期训练数据。他介绍:“照片并不是对着目标按下快门就行,内容不能太相似,花的状态、形状都有要求。拿到照片还要调整灰度、倾斜角度,最后得到两万多张照片供给机器学习。”在疏花、疏果环节,宋月鹏选择用激光灼烧方式(fāngshì)代替传统的枝条抽打;自动采摘(cǎizhāi)环节,则使用机械手完成。
在宋月鹏的想象中,未来的果园管理是(shì)精准高效的:“让每(měi)亩地的投入与产出都变得可控,每一滴水、每一份营养都得到充分使用,水果品质自然(zìrán)就会好。”
宋月鹏,山东省果品产业技术体系设施机械(jīxiè)与装备(zhuāngbèi)岗位专家,山东省教学名师,山东农业大学机械与电子工程学院副院长(yuànzhǎng),山东省机械类本科专业教育(jiàoyù)教学指导委员会委员。韩国浦项工科大学(gōngkēdàxué)(POSTECH) Research Fellow;北京科技大学博士;中国科学院理化技术研究所博士后(bóshìhòu)(bóshìhòu),山东农业大学果树学博士后;中国农机学会(xuéhuì)高级会员;《Agriculture》《Materials》《农业工程学报》等(děng)期刊审稿人;主持或参与(cānyù)研究包括国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、山东省重大(zhòngdà)创新计划项目等科研项目18项;第一作者(zuòzhě)或通讯(tōngxùn)作者在《Frontiers in Plant Science》等学术期刊发表论文130余篇,其中SCI/EI检索52篇。授权专利32项,软件著作权14项,编写专著4部。获山东省科学技术进步奖4项,获山东省机械行业优秀科技工作者等荣誉称号10余项。
(大众新闻·农村大众记者 安臻(ānzhēn))







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