精確農業理念下農業機械工程技術發展分析

李艷玉,徐曉瑩

(榆樹市農業綜合行政執法大隊,吉林 榆樹 130400)

0 引言

隨著我國農業產業快速發展,農業生產模式變化明顯,尤其在農業機械逐漸普及激勵下,農業生產效率實現快速提升,但粗放的生產模式造成了較為嚴重的資源浪費和環境污染等問題,已逐漸成為制約我國農業生產發展的重要因素之一。為突破生產發展制約,實現農業可持續發展,精確農業理念得到廣泛推廣與普及,也對農業機械產品應用、功能特征、作業模式等產生了顯著影響,在一定程度上推動農業機械化生產模式向更為科學的方向發展。

1 精確農業理念特征

隨著人們生產生活水平的不斷提高,環境與資源問題成為了現代社會不可回避的熱點問題,一直以來,我國倡導農業可持續發展,促進了農業生產模式的轉型升級,精確農業的理念是農業發展進步的體現,其與回歸型農業、有機農業、生態農業等理念共同組成新時期農業生產發展新對策[1]。

精確農業(Precision Agriculture)是一種農業生產的發展戰略,其充分考慮現階段農業生產發展的需求、弊端及未來趨勢,結合信息和人工智能等現代化新技術,提出了基于信息采集、數據分析、生產決策、生產實施、產后分析等全體系的發展理念。實現對農產品產量、成本、資源使用、污染等多方面的持續優化。精確農業的實現模式如圖1所示,以大田生產為例,通過獲取田間區域內的作物狀態(長勢、種類、生產階段等)、環境因素(土壤結構、水分、營養,病蟲害等)、時間、空間等信息,指導農業生產開展最合理的工作方式,以更低成本、資源消耗、環境影響完成農業生產工作并實現增產豐收[2-3]。

圖1 精確農業運行模式

2 農業機械工程技術體系新變化

我國政府一直以來高度重視農業機械化產業發展和農業全程機械化模式推廣,使我國農業機械產品的種類和技術先進性實現了快速提升,基本能夠滿足現代化農業生產的需求。但農業機械的應用和傳統農業的粗放經營模式也造成了嚴重的資源浪費,給環境、水質、土壤和農作物本身造成了嚴重的危害。同時播種、施肥、植保等機械作業的粗放實施引起了水土流失、土壤板結和酸堿性失衡等弊端,可能會造成長遠的不利影響[4]。

傳統的農業生產管理方式和現階段形成的機械化生產模式逐漸不能完全適合未來農業發展需求,越來越多的農業從業者認識到,必須在精確農業理念下探索農機發展新模式。近年來,在精確農業理念的影響下,從農機產品開發、應用等方面體現出很多“新氣象”,農機特征與應用模式也體現出明顯進步:1)農機化生產的目標轉變,能夠通過減少投入、降低污染,提高產品質量、產量;2)生產方式發生變化,區別對待、按需實施得到更多農機企業、管理者、經營者的認可;3)生產結果得到改善,在實現經濟效益的同時,社會效益和環境效益實現了更好的保障[5]。

3 精確農業與農機工程的融合

3.1 農機產品的自動化升級

要實現農機精確作業,必須進一步提高現代農機產品的自動化程度,以便生產過程的精確控制。農機的自動化升級主要方向在于電氣控制技術和設備的廣泛應用,其關鍵技術集中于電控電驅動技術、電控液壓驅動技術、電控氣動驅動技術,以及中央處理器、傳感器、機載電子技術、邏輯處理程序等技術應用。實現變量控制技術在農機產品中普及,促進農業機械生產作業特征全面向無人化轉型。利用自動控制實現農機執行動作的精確實施,避免因人為駕駛、操作、使用不當導致作業質量下降或能源、資源浪費。

3.2 農機生產環境的信息化升級

信息有效獲取與應用是農機精確作業另一個基礎條件,在精確農業的引導下,很多新時期形成的農業信息技術及輔助信息處理技術適合于控制現代化農機生產作業,例如,全球定位系統、遙感技術、地理信息系統、作物生產模型、農業生物信息采集技術、產量分布圖生成系統等均是控制農機生產的有效信息化手段。農業機械通過增設相應的信息接收與處理設備,能有效控制農業機械實現按需生產,實現生產過程全面考慮環境、農作物、自然條件等多方因素,實現精確作業[6-7]。

3.3 農機設備的功能化匹配

在進行自動化及信息化技術升級的同時,農業機械的功能提升也必須與之匹配,智能化變量農作機械是農機產品研發的新趨勢,這需要農業機械的生產企業、開發人員轉變思想,在新產品研究開發過程中充分考慮精確控制的功能需求,做到與生產實際相結合的按需設計,例如,為保證農藥噴施的精確性,要求噴頭均可實現噴藥量實時可控、噴藥量與噴藥速度實施聯動匹配等功能;為避免播種過程種子浪費,應開發應用精確的播種設備,提高對種子的尺寸、外形等適應能力,提高單粒播種精度,同時對于播種機的轉速、漏播情況實現監控和智能調控;為減少灌溉水資源浪費,既要實現管道輸水的大面積覆蓋,又要實現各個區域的灌溉可控,滿足灌溉開關、灌溉量、灌溉模式可控的機械功能需求[8]。

4 農機工程精確化發展途徑

4.1 積極轉變生產理念

農機精確化發展的前提是越來越多的農機企業、生產經營者接受精確農業的發展理念,認識到精確農業的應用價值。首先要求從國家和政府的角度出發對精確農業理念普及給予支持,根據地區的實際發展情況,基于精確農業發展理念,制定出最佳的引導和扶持政策,從政策上進行扶持并加強宣傳,對農業生產中先行先試全程精確化作業模式,實施資金方面的補貼。同時,加強農業機械化生產作業質量的監督檢查,對于生產過程中造成嚴重資源浪費、環境污染、耕地破壞等農業機械給予查處,對于作業模式中危害糧食安全、環境安全給予處罰,全方位提高農業可持續發展理念的普及,從根本上轉變農業相關從業人員的理念認識[9]。

4.2 強化人才隊伍建設

培養更多的農機專業人才是促進農業機械向精確性發展的關鍵,尤其是農機方向復合型人才的培養,將成為精確農機產業發展的關鍵。在傳統農業機械專業人才培養的基礎上,加強農機智能化、信息化人才培養,重視現有專業人才和農業生產經營者的專業培訓,提高其在信息技術、決策型農業等方面的認知,加強其對精確農業理念的重視度和認同度,同時擴展其關于智慧農業、信息農業等相關專業知識,明確農業機械的發展方向和趨勢,針對農業生產中的薄弱環節,重點進行人才培養,著力解決生產模式粗放、資源浪費、環境破壞問題。同時,助力科研專項開展,對符合精確農業特征的科研項目給予專項支持,并著重建設國家級、省部級、地方專項課題,加大技術投入,確保各項技術與農業生產深度融合。

4.3 強化基礎設施建設

目前,我國很多農業生產區的基礎設施建設仍相對落后,尚不能滿足精確農業對于設施的需求。尤其隨著農業機械技術的進一步發展和精確農業理念的普及,基礎設施的建設標準和涵蓋范圍也在不斷擴展提升。1)必須進一步加強建設規劃,堅持科學布局,加強各項規劃之間的配套協調,充分考慮精確農業理念下的農機化作業特征,明確基礎設施建設的長遠性目標,做好對農機化生產持續發展進步的有效應對;2)高質量落實基礎設施建設,尤其對于節水灌溉、衛星基站、土壤監測、通訊網絡、視覺監測等農田環境調控和信息獲取的重要基礎設施,應加入建設范圍;3)做好農業機械使用、存放、保養及附屬農藥、化肥處置等場所建設和人員配套,確保生產有序實施[10]。

5 結論與展望

綜上所述,在新的生產形勢下,農業機械化必須充分融合精確農業理念,利用更少的資源、資金、設備、人力投入獲取同等甚至更高的收入,在完成農業生產任務的同時,著力改善環境,高效利用各類農業生產資源。

對于農業機械工程技術發展而言,應當在精確農業理念的指引下,更好地將傳統機械技術與數字化、電氣化、信息化相結合,在強化農機產品研究開發和品類豐富的同時,優化農業生產實施模式,在各部門、多學科的聯合支持下實現農業生產實施質量的切實提高,真正走出符合我國國情的農業機械工程技術發展道路。