我国油茶果机械化采摘设备研究现状及思考
基金项目:国家自然科学基金项目(51305180);江西省科技计划项目(20141BBF60057)
2009 年 11 月初，由国务院批准颁布、国家发改委、财政部、国家林业局联合出台了《全国油茶产业发展规划(2009—2020 年)》，预计到 2020 年我国油茶产量将达到250 多万 t。油茶是我国南方特有的植物，油茶产业的发展进步与脱贫攻坚、乡村振兴紧密相关。目前，在油茶产业的发展中遇到了多种问题，如油茶种植方面优良品种的选育问题;油茶产业经营的规模化、专业化问题;油茶果果树栽培方式暂没有做到农机农艺的结合，油茶果的机械化采收未能解决等。其中，油茶果收获困难一直是油茶规模化发展的瓶颈。
油茶果的采摘收获一般在每年10 月中旬左右，且收获期较短。成熟后的油茶果要及时采收，否则油茶果将会脱离果柄掉落在地面，如遇降水等气候问题，未能及时捡拾将大幅降低油茶果的产量。油茶果花果同期的生长特性是影响油茶果机械化采摘的另一关键问题，主要表现在油茶果成熟后，花苞和果实同时存在且花苞易损伤和掉落，机械装置的碰撞和采摘很容易造成油茶果花苞损伤，花苞一旦损伤将会大幅降低下一年的油茶果产量。针对上述采摘难题，我国部分科研院所研制出了相关采摘样机。本文主要介绍我国目前油茶果采摘半机械化、机械化的发展现状，分析我国未来油茶果采摘机械化的发展趋势。
1 油茶果采摘机械化设备发展现状
1. 1 便携式采摘设备
为实现油茶果半机械化采摘，罗时挺等 设计了一种齿梳拨刀式油茶果采摘装置。如图 1 所示，该机构通过拉动拨刀对齿梳中的油茶果造成冲击，当冲击力大于油茶果临界脱落力时，油茶果脱落，完成采摘。通过试验发现该采摘设备操作较为方便简单，但该设备整体质量过大，手持操作较为困难，其采摘效率也较低。
图 1 齿梳拨刀式油茶果采摘装置
1. 2 振动式采摘设备
程学良等 基于 ProE 设计了一种振动式油茶果采摘机，对油茶果振动采摘系统运动特性进行了研究，主要分析了隔振装置参数对采摘系统的影响与在不同夹持高度下采摘系统的运动特性，但未进行试验验证，其方案可行性有待进一步研究。
李赞松 设计了一种振动式油茶果采摘试验台，试验台如图 2 所示。通过柴油机带动曲柄滑块机构进而带动激振机构进行运动，通过激振机构对油茶果树枝进行拍打，完成油茶果的采摘。该采摘机忽略了拍打过程中对油茶花苞造成的损伤，因此即便具有较好的油茶果采摘率，但会严重降低下一年油茶果的产量。
图 2 振动式油茶果采摘试验台
1. 3 齿梳式油茶果采摘机
中南林业科技大学李立君教授团队对于油茶果的机械化采摘研究较早，取得了一些成果。其中最为典型的就是齿梳式油茶果采摘机 ，齿梳式油茶果采摘机如图 3 所示。采摘机主要由采摘机构、吸料系统等组成，可以完成采摘和收集两项工作。该采摘机相对于半机械化采摘设备大幅提升了采摘效率，但花苞损伤问题依旧存在且很难对生长在树枝里层的油茶果进行采摘，而且针对目前我国油茶树的种植密度来看，该采摘机整体尺寸较大，其在林间作业难度较大。
图 3 齿梳式油茶果采摘机
1. 4 旋转式油茶果采摘执行器
饶洪辉等设计了一种电动胶辊旋转式油茶果采摘执行器，通过试验研究得出该采摘机构在合适的试验参数下，油茶果采摘效果较好且花苞损伤较小。该采摘机采用电机驱动，节能环保，但油茶果采摘机需要在户外长时间工作，且油茶果收获期较短，因此该机构的实用性有待进一步验证。
2 油茶果机械化采摘设备发展的思考
2. 1 机械化采摘存在的问题
(1)国外大型采收设备虽然智能化程度较高，但不适合我国丘陵山区地带。
(2)目前我国国内推广的林果采收设备数量较少，主要以辅助作业平台为主，劳动强度依然较大。
(3)由于我国一直实行家庭联产承包责任制，导致林果的规模化种植面积较少。各果树种植户之间分散经营，栽培方式没有达到园艺化要求。林业机械科技工作者研制的部分采收设备虽然采摘效率较高，但是面对较为多样的栽培方式，采摘设备也难以使用。
2. 2 油茶果机械化采摘需具备的条件
(1)我国目前的油茶种植面积较广，种植密度大。因此，要实现油茶果机械化采收，首先就要实现园艺化栽培，其次油茶的种植要达到到规模化，建立相应的油茶产业专业合作社，统一栽培，统一管理。
(2)提出合理的果园栽培方式，农具与农艺相适应具有重要意义。我国油茶园艺化理想的栽培油茶株行距约为 4 m ×4 m，合适的株距是保证机械化采摘设备顺利工作的前提。
(3)基于笔者所在团队近几年对油茶果采摘设备的研究发现，理想的油茶树树枝应成层状分布，这样能够使采摘设备在提高采摘率的同时，有效地减少油茶果花蕾的损伤。
2. 3 油茶果机械化采摘发展趋势
2. 3. 1 采收一体化
从我国目前一些科研机构研制的油茶果采摘机来看，大部分都只针对采摘这一环节，忽略了油茶果的收集环节或者没能达到采收一体化。采摘后的油茶果如果不能靠机械化设备及时采收，就需要人工拾捡，这样即使提高了油茶果采摘效率，也为后续油茶果的收集造成困难。因此，今后的油茶果采摘机应该不仅能够完成油茶果的采摘，还应具备相应的收集能力。
2. 3. 2 智能化
由于油茶果花果同期的特性，传统的机械设备很难避免损伤油茶果花蕾。因此，今后的油茶果采摘设备可运用机器视觉等技术精确识别油茶果和油茶花蕾，做到精准采摘，从而有效避免损伤花苞。
2. 3. 3 便携化
我国部分丘陵山区地带种植的油茶经营分散，很难进行规模化发展，因此今后的机械化采摘设备也需包括低成本的轻巧便携设备，满足个体农户的采摘需求。
3 结论
近年来，在我国农业科技工作者的共同努力下研制出了一系列油茶果采摘设备，弥补了我国林果采收设备中油茶果采摘设备的空白，但我国油茶果机械化采摘难题还未能真正解决，油茶果机械化采摘有待进一步研究。
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