全 文 ：第 14 期
收稿日期：2012－11－02
基金项目：浙江农林大学科研发展基金项目（2009FR040）
作者简介：彭樟林（1965－），男，江西吉安人，教授，主要从事机器运行品质检测和可靠性研究，（电话）13175002282（电子信箱）pzl7451＠sohu．com。
第 52卷第 14期
2013 年 7 月
湖北农业科学
Hubei Agricultural Sciences
Vol． 52 No.14
Jul．，2013
野生山核桃（Carya cathayensis Sary．）为胡桃科
山核桃属，为中国特有的干果和木本油料树种， 是
山核桃属中经济价值最高且大量栽培的 3 个种之
一［1］，多生长在海拔 200～600 m 湿润的山林中［2］。 目
前中国山核桃种植面积约有 8．71万 hm2， 主要分布
在浙江的临安、淳安、桐庐和安徽的宁国、绩溪、歙
县等地。 其中浙江省临安市、淳安县和安徽省宁国
市的山核桃产量接近全国的 90％［3，4］，据估计，全国
山核桃产业总产值约为 30 亿元 ［5］，2011 年浙江省
山核桃总产值超过 25亿元［6］。山核桃不但具有丰富
的营养价值和保健作用 ［7］，还被应用在饲料加工和
建筑材料等领域［8］。
山核桃采摘已成为收获生产链中最费时耗力
的环节。 目前多采用人工爬树敲打果实的方式采
摘，工作环境危险，劳动强度大。 研究人员通过对山
核桃采摘特点和要求等进行深入分析， 在采摘技
术、装备等领域取得了许多成果，为降低果农劳动
强度、提高劳动效率、增加经济收入起到重要作用。
1 山核桃采摘特点分析
1．1 山核桃采摘时节性明显
山核桃每年在白露前后成熟，传统习惯是白露
当天或白露后 1～2 d采摘［9］。 过早采摘，山核桃种仁
不饱满，油脂含量低，且果柄离层还未形成，必须猛
打才能形成落果，但此举会造成叶片和短枝状裸芽
大量被击落，影响来年产量。 山核桃过迟采摘，落果
严重，易遭受鼠兽危害，影响产量。 适时采收是保证
山核桃产量、质量和减少树体损伤的重要措施。
1．2 山核桃采摘危险性高
山核桃植株高度普遍超过 8 m，有的在 16 m 以
山核桃采摘技术与装备研究现状
彭樟林 a，姚立健 b
（浙江农林大学 a.天目学院；b．工程学院，杭州 311300）
摘要：山核桃（Carya cathayensis Sary．）具有很高的营养价值和保健作用。 研究和开发山核桃采摘装备应
结合其生物特性和生长环境，满足安全性、经济性和实用性等要求。 介绍了国内外林果采摘装备的研究
现状，分析了采摘装备中各关键技术的性能特点，并对山核桃采摘新技术进行了展望。 山核桃采摘装备
的研制和推广，可有效降低果农劳动强度，提高劳动效率。
关键词：山核桃（Carya cathayensis Sary．）；采摘装备；研究现状
中图分类号：S225．93 文献标识码：A 文章编号：0439－8114（2013）14－3229-04
Research Status on Picking Technology and Equipment of Carya cathayensis
PENG Zhang－lina，YAO Li－jianb
（a．Tianmu College；b． College of Engineering， Zhejiang A ＆ F University， Hangzhou 311300， China）
Abstract： Carya cathayensis Sary． has very high nutritional value and health care function． The research and development of
the picking equipment of C. cathayensis Sary． should be combined with its biological characteristic and growth environment，
and it also should meet the safety， economy and practicability of requirements． The research status of forest fruit picking e-
quipment in domestic and international was introduced． Performance characteristics of picking equipment were analyzed on
each key technique． And the new picking technology for C. cathayensis Sary． was also prospected． The development and pop-
ularization of C. cathayensis Sary． picking equipment can effectively reduce the labor intensity of fruit grower and improve its
labor efficiency．
Key words： Carya cathayensis Sary．； picking equipment； research status
DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2013.14.058
湖 北 农 业 科 学 2013 年
上，树枝脆且树皮滑，加上山路陡峭，爬树挥竿打果
的原始方法采摘具有较大的危险性，尤其下雨时或
没有采摘经验者极易出现意外。 为了争取农时，果
农连续高强度工作，身体非常疲劳，一旦踩在湿滑
泥泞的山路上，或踩在脆弱的树枝上，易发生意外。
历年来， 因采摘山核桃造成人员伤亡事故屡见不
鲜，山核桃也就成了“带血”的果子，采摘安全问题
已严重影响山核桃产业发展和社会稳定。
1．3 山核桃采摘成本高
一般采摘作业所用劳动力占整个生产过程所
需劳动力的 35％～45％［10］。 而山核桃采摘主要靠人
力， 目前雇请采摘工每人每天劳务费在 300 元以
上，捡果工也在 150 元以上，一般每公顷雇工 6～10
人，用工 5～8 d。 故山核桃采摘占总劳动投入的比
重很大 ［11］。 山核桃采摘工作量大，危险性高，劳动力
紧张，致使采摘成本居高不下。
1．4 山核桃采摘难度大
山核桃植株特性和生长环境决定其采摘难度
巨大。 目前山核桃人工采摘方法严重制约了山核桃
产业的健康持续快速发展。 费喜敏等 ［11］研究表明，
山核桃增产已经不在于平时的抚育用工投入，而在
于增加采摘用工及通过技术进一步提高采摘效率
和安全性，降低采摘难度。 因此，尽快发明一种全新
的采摘方式，变革目前的上树采摘方式，降低采摘
难度成为广大农户的迫切要求，也是政府和研究人
员需要通力合作解决的重要课题。
2 山核桃采摘方式研究现状
2．1 人工采摘装备研究
人工采摘的装备主要有爬树器、安全带和蜈蚣
梯等。 2004 年浙江淳安山核桃协会研制出“山核桃
安全采摘安全带”。 该安全带利用蹦极原理，可承受
2 000 kg 的拉力，意外坠落时能使人悬挂于空中，减
少伤亡事故。 2012 年陈常威与浙江大学合作，研制
一种 TZC－05 型果实采摘装置。 这款新产品的绳索
借鉴了汽车安全带的特点，采摘时基本感觉不到操
作束缚，而一旦感应到瞬间坠落的冲击力，防坠器
会瞬间锁死安全绳，防止人员摔到地面上 ［12］。 浙江
大学还研制了一款基于 MEMS 加速度传感器检测
技术和安全气囊原理的新型高空采摘作业安全保
护装置样机［13］。
采摘梯是一种完成上树和采摘功能的工具 ［14］。
以色列研制的移动式水果采摘梯，由梯上的人用手
转动行走大轮前后移动［15］。 挪威研制的组合式采种
梯，由多段铝合金制成，高度可达到 27 m，该梯组合
与分解非常方便［16］。 国内有方勤敏等［17］研究设计的
ISTZ－25 型上树采种（果）设备，可适应山核桃采摘。
该设备利用插入联结原理做成组合梯，可将梯身架
设至所需的采种位置，采用可调节的定位支撑和可
摆动小角度的梯身联接机构， 具有更强的适应性。
1989 年曹双喜等［18］发明的水果采摘梯，该梯由 3 根
立柱组成三角架，1 根立柱作为主梯，主梯两边带有
向上倾斜的豁口， 可利用带挂钩的脚蹬及折叠椅，
随意上下采摘果实。 还有一种起源于民间的蜈蚣
梯，其结构为主杆一头为尖尖的钢叉，另一头为挂
卡，钢叉插入地里，挂卡固定在树上，两边支杆交叉
平行而上。 材质有木竹和金属或其混合体。 其中邱
定武［19］研制的蜈蚣型采摘踏板，该装置专为采摘山
核桃、杨梅和板栗而设计，具有装卸方便，使用稳
固、采摘安全、敲打有力、腿脚不易疲劳等优点。
2．2 旋转敲打摘果器研究
旋转敲打摘果器包括动力源、伸缩杆、传动轴、
采摘头等，通过各种动力驱动传动轴，进而带动采
摘头运动，依靠采摘头上工作件的冲击力敲落山核
桃、银杏、香榧等坚果。 只是组成的布置形式和结构
不同而已。国内 20 世纪 70 年代就研制出手持电动
采果器，近几年许多研究人员在采摘头旋转运动方
式上取得了研究成果［20－24］。如 2009年雷泽民等［25］研
制了采摘头摆动运动方式的采摘器。 2010 年柴秀洪
等研发了 2011－36A 型山核桃采摘机， 其主要由自
动感应负载变频发电机、 可调节伸缩特种材质管、
阻尼式采打机械头及放线器组成，调节高度为 4.0～
13．5 m， 可 360°任意旋转， 且具有自动保护电路功
能。 果农不需爬树就能轻松摘果，工作效率高出人
工采打 3 倍以上。 旋转敲打采摘器结构简单，操作
便利，可减轻劳动强度，提高采摘效率和采摘安全
性。 但杆高又导致撑杆的劳动强度大，一定程度上
使次年裸芽遭到损伤或击落。
2．3 机械振动采摘机研究
机械振动采摘机的工作原理是通过机械自动
振动果树的树干使要收获的熟鲜果品抖落，类似甩
鞭时，鞭梢部分移动的速度可以超过声速，细枝犹
如鞭子，树梢上的果子便可抖落下来［26］。 20 世纪 40
年代中期美国开始研究振摇式采摘机械，用来采摘
胡桃和杏等果实，到 50 年代中期，出现了拖拉机驱
动的振摇采摘机［27］。 目前国外所采用的核桃采摘机
具主要是美国、加拿大和澳大利亚生产的振动落果
机［28］。 中国 20 世纪 70 年代也研制出与手扶拖拉
机配套的机械振动式山楂采果机。 东北林业大学研
制了由集材拖拉机驱动的摇树采种机，由于消耗功
率大，而且对树木损伤很大，在生产部门没得到推
广使用。 南京林业大学研制了由 CH25 型链锯发动
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第 14 期
机驱动的南方杉木振动采种机，由于在树上的安置
点太低，推广使用也很困难 ［29］。 陈瑞贤 ［30］研制的
TD－40 型抖动式林木采种装置，利用打击固定在树
干与树桩之间的绷索而产生的拉力摇动树干，将球
果抖落，该装置劳动强度大，效率低。 张兰等［31］研制
的便携式振动采种机，其小型柴油机输出的动力通
过传动轴传至振动头，带动振动头中的偏心轴转动
产生激振波， 振动波在树干和树枝中传递到达球
果，抖落成熟的果实。 姚文斌等 ［32］研制的便携式振
动山核桃采摘装置，其小型汽油机输出的动力通过
钢丝软轴与传动轴的下端口连接，从而带动振动机
构工作， 将初级树枝上的山核桃高效振落下来，具
有成本低、体积小、易于携带等特点。 赵伟忠等 ［33］、
陈度等［34］研制的便携式振动果实收获机，该机包括
驱动装置、传动装置和采摘钩，采用传动齿轮组合
和连杆曲柄结构来带动采摘钩摆动，达到振动树枝
来采摘果实的效果，提高了果实采摘效率、增加果
实采摘的可靠性和安全性。
3 山核桃采摘装备关键技术分析
3．1 力学分析
按山核桃采摘时果柄受力方式分，采摘力可以
归纳为拧断式、拉断式、剪切式。 人手采摘为拧断和
拉断式，竹竿敲打的摆动和机械的振动、摆动或旋
转采摘为拉断和剪切式，机器人采摘末端执行机构
为类指状，也就与人手采摘类似，吸气采摘为拉断
式。 每种采摘方式各有优势。 从保护树木和裸芽对
来年产量影响的角度考虑，人手采摘和机器人采摘
最理想，但前者劳动强度大，后者成本高；从采摘安
全角度考虑，机械振动、摆动或旋转采摘最理想，较
经济和较实用，但影响产量；如果辅助升降台采取
人机互助型采摘最实用， 从长远和综合角度考虑，
无疑自主智能型机器人采摘为上乘选择。
3．2 采摘高度调节方式分析
采摘高度调节方式有采摘梯、伸缩杆、升降台、
机器人攀爬及飞机或气球或抛射等无极调节式。 用
升降台把采摘者送到树冠的任意部位进行作业，可
达到安全、实用、文明生产之要求，比人工上树采摘
提高工效 3～5倍。 20 世纪 60 年代中期，美国研究出
液压升降平台车，配合采摘工具使用，使得采摘效
率大大提高。 采摘平台的自动提升可以采用电机驱
动和液压驱动， 由于液压提升具有承载能力大、自
重轻、结构紧凑的特点，目前在农用采摘平台上应
用较多［27］。
3．3 装备行走方式分析
野生山核桃一般生长在山区坡地，地形复杂多
变，地质情况不一，采摘装备行走方式的设计既要
满足行走的需要， 又要保障作业人员工作的平稳，
故其底盘既要能够承受一定的载荷，又要具有操纵
的简单化和灵敏性。 采摘装备行走方式主要有人工
背负式、动力自走式、原地旋转式。 行走机构底盘可
以考虑设计成可调节轮距低重心履带的形式，并在
其和升降台或振动机之间装一个可作 360°旋转的
转盘，使采摘始终处在最有效的作业角度。 目前具
备类似功能的有王纲等［35］研制的电动采摘车。
3．4 采摘动力分析
采摘机动力主要有拖拉机和汽油机两种，前者
不适宜山核桃生长的山区作业，便携式机械振动采
摘器动力形式多是背负式汽油机，作业时只需手持
作业操作杆并按动启动按钮即可，其优势在于快速
收获、有效分离，既提高了采摘效率，又减轻了劳动
强度，且采用小型动力，克服了山核桃产地多在斜
坡， 平均坡度在 25°以上， 有些甚至直接长在悬崖
上，大型机械根本不方便上山的缺陷。
4 山核桃采摘新技术发展趋势
4．1 化学药剂催熟落果法
上世纪末， 澳大利亚采用喷施乙烯利的方法，
使核桃的成熟趋于一致，实现一次性采收坚果的目
的。 并且比正常的采摘期提前 5～10 d，保证坚果品
质优良［28］。 汪咸吉等［36］于 1980~1991 年期间反复进
行催落试验研究，终于筛选出最佳药液浓度、最佳
用药时间和单位面积用药量， 果实催落率达 90％。
用乙烯利催落代替竹竿或机械敲打采收山核桃，具
有方法简便、工效高、成本低、人身安全有保障，并
能减少枝芽损伤等优点［37］。 利用注射激素使山核桃
果在较短时间内自然脱落，但果农们发现，激素会
导致次年的山核桃产量降低。
4．2 矮化技术用于山核桃树栽培
山核桃树高，生长地点山高坡陡，无论是人工
采摘还是机器采摘， 都存在安全风险和收获难度。
因此有专家通过对目标树形选择、 截顶与短截、拉
枝和夏秋梢管理等方法，对新造林或幼林进行矮化
培育，以最终达到平地推广种植的目的，降低悬崖
峭壁上树采摘的风险， 从源头上杜绝事故发生，然
而从目前来看，这种针对采收安全的新技术综合收
效仍有待时间检验。
4．3 运用机器人采摘林果
首次应用机器人技术进行农业收获的是美国
学者 Schertz 和 Brown于 1968 年提出的［38］。 从 1983
年第一台番茄采摘机器人在美国诞生。 日本、以色
列和欧美等国家相继试验成功采摘苹果、 柑橘、番
彭樟林等：山核桃采摘技术与装备研究现状 3231
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茄等的智能机器人，由于采摘对象的复杂性和工作
环境的非结构化，目前市场上仍没有成熟的、商品
化的采摘机器人出现［39］。 国内在机器人采摘研究方
面才刚刚起步，通过跟踪国外先进技术，在机器人
采摘领域内取得了初步的成果。 钟志伟等试制出一
台山核桃采摘机器人样机。 该样机所有动作由电路
系统进行控制，高度不过 0．4 m，采用 24 V 电压，能
够轻松地爬陡峭的楼梯，安全行走 45°坡度的陡坡，
可伸缩的长臂能摘取高空的山核桃并将之放入口
袋。 张金荣等［40］研制了一种爬树式山核桃采摘机器
人，其包括爬树机构、机械臂和末端执行装置，安装
在爬树机构上的机械臂的上端安装末端执行装置，
机器臂包括回转电机、回转电机架、托板和轴承板。
采摘机器人将在解决山核桃采摘劳动力不足、降低
工人劳动强度、保障采摘者安全、保证适时采收等
方面具有很大潜力。 但采摘机器人研制成本高，技
术还不成熟，适应性差，利用率不高，限制了采摘机
器人的推广使用。
5 总结与展望
由于山核桃的生物学特性、生长环境及生长地
理形貌， 目前其采摘已是一种高危高强度作业，而
实现机器人的智能化操作需要运用各种先进的智
能控制技术，智能采摘机器人代替人类采摘作业之
路并非一蹴而就。 由于山核桃自然生长的模式且经
营规模较小，也不适合应用大规模大型的机械化装
备。 鉴于各种因素多方面考虑，机械化采摘方式相
比机器人采摘更有现实意义，实现高效安全、经济
实用、劳动强度低、采收一体化多功能小型机械化
采摘已迫在眉睫。
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（责任编辑 潘 峰）
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拥有较高的存活率， 家族群倾向于选择隐蔽条件
好，食物资源丰富，林型比较成熟，灌木植物盖度较
小，草本植物种类较多而盖度较高，与水源距离较
近而与林缘较远的地方活动［2］。
2）随着人类活动的不断扩张，白冠长尾雉的野
生种群数量在急剧下降， 分布区面积在迅速缩减，
面临着绝迹的危险， 即使在国家级自然保护区内，
其生存状况也不容乐观。
3）因出口标本和获取戏剧头饰所引发的盗猎，
导致盗猎频繁发生，使原本数量稀少的白冠长尾雉
面临更大的灭绝风险。
4）自身生态行为上的弱点。 白冠长尾雉主要的
交配制度是一雄多雌婚配制度， 且具有集群现象，
白冠长尾雉两性异型，雌雄的体型尤其是羽色差别
很大 ，雄鸟容易被天敌发现 ，增加了被猎杀的风
险 ［15］。
4 保护建议
针对以上致危因素，提出以下保护建议。
1）从提供丰富的食物资源和良好的隐蔽条件
入手，加强现有适宜栖息地的管理，改善栖息地布
局，加强对栖息地的科学管理，并从景观尺度上开
展针叶林对其种群影响方面的研究工作，同时通过
适当的造林来扩大栖息地面积。
2）强化对现有白冠长尾雉野生种群的保护，采
取就地保护措施，加强对保护区内生态系统的恢复
和修复，适当扩大其原有生境范围，不同保护区之
间建立生物廊道，提高白冠长尾雉种群之间的遗传
基因交流频率。
3）应制定相关政策和法规，加大执法力度，严
厉打击非法猎捕、售卖野生动物等非法活动；并培
养专业技术人员，加强人工养殖技术研究，减少对
野生种群的捕捉，使种群资源的利用久盛不衰。
4）建议将白冠长尾雉提升为国家Ⅰ级重点保
护野生动物，加强对其的生物学研究，积极实施极
小种群保护工程的研究，为其物种保护提供科学依
据。
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（责任编辑 程碧军）
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