農業現代化進程中農機裝備的技術支撐探析

河北省農業機械鑒定總站 賈雅麗

1 農業機械化的發展

自新中國成立以來，農業農村工作一直是歷屆黨和政府的重點中心工作，尤其是農業機械化的發展工作更是重中之重。在黨和政府以及社會各界的不懈努力下，我國農業機械化工作已經取得了巨大成果，農機總動力達到了107764.32 萬千瓦（2021 年數據），大宗糧食作物已經基本實現了全程機械化，農業全程全面機械化成為新階段的重點工作。山區丘陵農機、果園裝備、蔬菜裝備、設施裝備、新型智能裝備成為當前重點攻克的方向。

2 農業生產中裝備技術支撐應用分析

運用農機裝備的目的是降低作業成本，提高生產效率以及經濟效益，因此農業機械化的運用首先需要解決與農藝融合及提高效率兩個方面的問題，這也是農機裝備提供技術的基礎。以大宗糧食作物中玉米的全程機械化技術為例，玉米也是近些年來繼小麥、水稻實現全程機械化的主糧之一。玉米生產當中農機裝備技術主要提供機械化耕整、機械化播種、機械化植保、機械化灌溉以及機械化收獲這幾個關鍵關節的技術支撐。首先，機械化耕整是最先實現機械化的環節，目前在東北、西北等一年一熟地區（一年兩熟地區一般采用免耕播種技術）主要是首先利用液壓翻轉犁進行翻耕，隨后利用旋耕機或者動力耙、聯合整地機進行細碎化整地，耕整過后的土地松軟、細碎，符合玉米種床的技術要求，且效率高、成本低；玉米的機械化播種目前主要采用精量播種機，精量播種機可以保證單粒播種，每穴只播一粒種子，省去了日后的間苗工作，且播種機通常帶有施肥功能，大大提高了作業效率，減少作業環節；在一年兩熟地區玉米主要采用免耕播種技術，直接在麥茬地進行播種，播種機重型開溝器可以使玉米種子及肥料達到足夠的深度，保證播種符合農藝要求；植保則主要由植保無人機或者高地隙噴桿噴霧機來進行，該類植保機械霧化效果好，且防風性好，可在保證噴施均勻的同時，防止藥液漂移，保護環境；機械化灌溉目前技術較多，有淺埋滴灌技術、地表滴灌技術、噴灌技術或者直接運用淋灌機來完成，灌溉量可控且簡單易操作，相比于過去傳統的大水漫灌，新型的灌溉技術可有效節約農業用水，大幅提高灌溉效率，而且淋灌或者噴灌是模仿自然降雨的原理，不傷苗、且土壤不板結。機械化收獲是重點技術，目前的玉米收獲機主要有兩大類，一是摘穗剝皮型玉米收獲機，該類機械通過前置割臺實現玉米穗與莖稈的分離，通過收獲機的喂入輸送裝置將玉米穗輸送到剝皮機上，剝皮機通過高速旋轉的對輥實現玉米的剝皮，最后將玉米穗輸送到糧箱中，該類玉米收獲機可同時完成摘穗、剝皮、集中裝箱、玉米莖稈粉碎四個環節的工作，正常情況下一臺四行的玉米收獲機一個小時可以收獲15 畝玉米，相比于傳統人工效率大幅提升；另一種類型是籽粒直收型玉米收獲機，籽粒直收型玉米收獲機在前置割臺實現玉米穗與莖稈分離之后，由喂入輸送裝置直接輸送到脫粒滾筒部位，通過高速旋轉的脫粒滾筒實現玉米粒與玉米軸的分離清選，相比于傳統的玉米收獲機，該種收獲機可以同時完成摘穗、剝皮、脫粒、裝箱、秸稈粉碎五項環節，由于籽粒直收型玉米收獲機對于玉米的濕度有要求，因此還省去了晾曬的環節。

通過對玉米全程機械化的分析來看，其特點是符合農藝要求，且高效可靠。這也是玉米全程機械化技術快速發展的重要基礎，因此在進行新型農機裝備的推廣之前首先需要解決的是農機農藝融合問題以及如何提高生產效率兩個方面上。

3 果園生產中農機裝備的技術支撐分析

果園生產是農業經濟中重要的組成部分，也是特色農業產業的一部分。受到地形及生產模式的限制，目前我國果園生產機械化水平較低，尤其在除草、植保、灌溉、施肥、采摘以及運輸等方面亟需機械化解決方案。

3.1 果園除草的裝備技術支撐

目前，我國果園除草主要有兩種類型，一是采用中耕、微耕的方式進行除草，該種類型的除草也是傳統方式。具體為通過中耕或者微耕的方式打破地表土層，進而徹底消滅地表雜草。目前，背負式的微耕機及中耕機多操作簡單靈活，但效率較低，不適合大規模果園使用；市場上也有搭配自走式動力的機具效率較高，可適用于大中型規模的果園使用。另一種除草方式是生草刈割。生草刈割起源于20 世紀的西方，即在果園行間種植專用的生草品種，一方面可以有效減少地表的水土流失，達到蓄水保墑、改善果園小氣候的作用；另一方面，生草還可以以草治草，刈割的生草還可以增加果園土壤的有機質，屬于新型的果園管理技術。生草刈割主要由水平高速旋轉的刀片來完成，將生草攔腰割斷，以保證生草的后續生長。刈割割草機主要有懸掛式、自走式以及遙控式幾種。懸掛式割草機成本較低且效率高，但容易受到地形及樹形的限制，適合短砧密植的且地形簡單的中大型果園；自走式（坐騎式）割草機受地形限制較小，可以實現緩坡的割草作業，但成本較高，適合中大型果園使用；遙控式割草機不受樹形及地形限制，新型及傳統果園均可使用[1]。

3.2 果園植保的裝備技術支撐

果園植保是果園管理當中最重要的一個環節之一?，F代化果園中對果園的植保有以下幾個要求：（1）高效。植保作業有著十分明顯的時效性，因此植保作業必須在規定時間內完成，否則效果則會事倍功半；（2）有效。植保作業必須符合果園植保的農藝要求，其霧滴的均勻性及對果樹噴施的均勻性均有一定要求；（3）安全。植保藥劑通常有著一定的腐蝕性及毒性，這對工作人員的健康安全存在著威脅，每年因植保作業中毒的案例十分巨大；（4）綠色環保。由于藥劑的腐蝕及毒性，過量的藥劑對于環境是一種巨大的負擔，對環境的影響也十分巨大。目前來講，果園植保裝備多為風送式噴霧機。風送式噴霧機一般分為懸掛式、牽引式和自走式幾種，藥液通過高壓噴頭向外噴灑，借助風扇帶來的強勁風力，藥滴單側噴幅可達20m 幅寬，數米的高度。背負式噴霧機攜藥量一般為300～500L，小巧靈活，適合中小型果園使用；牽引式及自走式藥箱容積一般為1000～2000L，適合大中型果園使用。對于現代化的農藝要求符合高效、有效以及安全的要求。但是對環境的友好度尚有不足，目前的植保機為了保證果樹的噴施效果，往往會加大噴藥量這就容易加大藥液對環境的污染，不符合綠色環保的要求。而且，部分果農也對植保方法上存在誤區，往往覺得藥量越多效果越好，甚至故意加大藥量及噴頭壓力，試圖將病蟲害沖洗下來。因此，果園植保機的未來發展方向應該是更加節省藥量、效果更好、更加綠色環保的靜電植保機。該種類型的噴霧機是在風送式噴霧機的基礎上增加了靜電發生裝置，通過正負電子核的吸附效應讓霧滴吸附在葉面、葉背以及樹干樹枝上，可有效節約35%以上的藥液，即節約了植保成本，也提高了噴施效果，而且還降低了對環境的不利影響。

3.3 果園灌溉的裝備技術支撐

果園傳統的灌溉方式以大水漫灌居多，但大水灌溉一方面浪費水資源、勞動強度大，另一方面還容易受到地形的限制，由于果園生產往往在山地丘陵地區，這對灌溉產生了更大的困難。目前，較為先進的果園灌溉技術為水肥一體化灌溉技術，主要設備為水肥一體化設備。該設備主要由蓄水池、主機控制系統、管道組成，主機控制系統可以將水和肥料進行混合、過濾，然后加壓到主管道，水肥從主管道細分到各個支管道上最后滲透進果樹根部。從控制系統可以設定灌溉時間、灌溉區域等，一體主機通?？梢怨芾?00～300 畝果園。

3.4 果園施肥的裝備技術支撐

除水溶肥外，施加有機肥是最關鍵的果園管理措施，也是保證果品品質好壞的關鍵。施加有機肥的措施往往是深埋，這就需要開溝、施肥、回填三項環節，十分耗工、費力。目前，市場上的開溝施肥機技術發展較為成熟，可以一次性完成開溝、施肥、回填三個環節，大大提高了工作效率。開溝施肥機的開溝器主要有圓盤刀片式、鏈條刀片式以及螺旋刀片式三種，圓盤刀片式是指將開溝刀片固定在圓盤上，通過圓盤高速旋轉進行開溝，鏈條開溝器是將刀片橫向固定在鏈條上，然后通過鏈條的帶動進行開溝，此兩種開溝器效率較高，但對土質有要求，不能有石塊、磚頭等雜物，否則容易造成刀片的損壞；螺旋式開溝器相較于上兩種效率較低，但適合在土質復雜有石塊、磚頭等雜物的地塊中使用。

3.5 果園采摘及運輸的裝備技術支撐

果園采摘是果園生產中最耗工的環節，目前國內外普遍采用的方法是裝備輔助+人工采摘的方式。主要運用的裝備是果園作業平臺，果園作業平臺只適用于矮砧密植型果園使用，它一般可以升高至兩米以上的高度，側邊也可以伸展方便操作工采摘果實，部分配置高的平臺還可以自主升降果箱，大大提高了采摘的效率，除此以外，平臺還可以搭配疏花器、剪枝剪才完成疏花、剪枝的工作，實現一機多用的功能。

在一些極端地形的果園，物資運輸也是較為棘手的問題，只能依靠小型、簡易的運輸裝備甚至是人力、畜力。目前，針對極端地形的運輸可以運用軌道車來進行物資運輸。軌道車由軌道、車頭、拖掛車組成，軌道以單軌居多，最大爬坡角度可達45°。在果園依據地形鋪設軌道以后既可實現運輸，期間還可以設置多個站點，方便物資的裝卸。

4 智能農機裝備的技術支撐

我國農業現代化的發展目標不僅僅是機械替人，而是實現智能化、“無人化”，無人化不是單純地指農業生產沒有人員，而是類似于高度自動化的車間工廠，人員不參與到實際的農業生產環節，只負責監控與維護，這才是真正意義上的無人農場。從目前的技術來看，無人裝備以及輔助裝備已經有所發展，例如目前較為火熱的北斗導航智能輔助駕駛系統，初級版本的系統可以實現輔助直線行走及交接行的調節，但不能實現自動拐彎調頭，也不能自主規劃路徑，屬于智能輔助駕駛系統；還有十分熱門的遙控設備，例如無人植保機、果園作業機屬于遙控裝備，部分無人機可以基于5G 基站生成作業區域實現自主作業，多數仍然主要依靠人工進行控制，實現了人機分離，但依舊不能完全實現自主操作。目前，完全自主操作的農機裝備也有所發展，其依賴于強大的5G+物聯網技術，對所在的農場生成模型，可以實現自主作業以及多種裝備的協同作業，例如國內首個主從導航收獲機系統進行的糧食收割過程自動化的擁有“主從導航收獲機系統”的谷物聯合收割機由華南農業大學和濰柴雷沃聯合研制，該裝備結合了國內農業生產的具體情況，集北斗定位、GPS 自動導航、電控液壓自動轉向、收割臺自動控制、作業機具自動升降、油門開度自動調節和緊急遙控熄火等多項自動化功能為一體，實現了收割機自動收割、拖拉機自動控制精密播種、施肥、起壟等作業，大大提高了農機作業的標準化，可以說這是我國智能“無人”農場的雛形[2]。

智能“無人”農場從雛形走向推廣仍然面臨著諸多問題。（1）實現“無人”農場的首要前提是實現規?；N植，目前我國農業經營主要依據的是家庭聯產承包責任制，以小地塊散戶為主，不能實現規?；?。實現規模化種植是提高農機裝備的生產效率、降低生產成本的基礎，因此如果實現農業現代化、智能化必須首要解決的是農業規?；a的問題，通過土地流轉、托管、合作經營等多種渠道，實現規?；洜I種植；（2）基礎設施的標準化建設。實現農業現代化必須要有良好的農業的基礎設施，包括并不局限于電力、水資源、網絡資源、道路交通、設施場所等。例如，實現農業生產就比如有電力以及水資源，實現機械化生產就必須有全套的農機裝備以及完善良好的道路交通、機庫場所等；實現智能“無人”化生產就需要網絡資源、衛星資源等，沒有完善的農業基礎設施就難以實現農業現代化。（3）低質量的農機裝備充斥市場。首先，實現高效的農業機械化生產，必須依托于高質量的農機裝備。目前國內農機市場較為混亂，農機產品質量良莠不齊，假冒偽劣產品充斥著市場。這些產品在作業過程中不僅故障率高還能作業質量不達標，如果不改變這種現狀的話就難以實現高質量的農業現代化，智能“無人”農場更不能依托在低質量的農機裝備上。（4）難以接受的高成本。從總體的表現來看，農業生產是一種經濟效益較低且風險極高的產業。目前價值較高的農機裝備的主要用途是進行農機服務來獲取報酬，在完成一定規模的作業以后才能完全發揮農機裝備的經濟效益，這往往需要農機用戶們進行跨區作業才能滿足。如果以同種規模來組建現代化智能“無人”農場這代表著極高的建設成本，對于農業生產來講是不切合實際的，這也是智能“無人”農場及智能“無人”裝備難以推廣的最重要的原因之一[3]。

5 結語

目前，我國的農機裝備發展速度較快，在標準的作業環節已經可以實現初步的機械化作業，對于我國現代化的農業發展已經提供了一定的技術支撐，但在一些薄弱環節仍需繼續努力，例如蔬菜的播種、移栽、收獲環節，設施農業中的各個環節，以及部分特色經濟作物（例如：甘蔗、麻山藥、中藥材、雜糧等）的全程機械化發展依然落后，這也需要社會各界的共同努力。