中國農(nóng)業(yè)機械化綠色可持續(xù)發(fā)展理論框架研究*

常江雪，白學峰，魯植雄

(1.江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術學院，南京市，210007；2.江蘇省農(nóng)業(yè)機械試驗鑒定站，南京市，210017；3.南京農(nóng)業(yè)大學工學院，南京市，210031)

0 引言

《中華人民共和國農(nóng)業(yè)機械化促進法》的實施加速了農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展，2019年全國農(nóng)作物耕種收綜合機械化水平達到70%，農(nóng)機總動力近11億kW。總體來看發(fā)展的同時，我國農(nóng)業(yè)機械化也面臨著諸多問題及瓶頸：農(nóng)村老齡化加劇、農(nóng)村人口減少、農(nóng)業(yè)從業(yè)人員減少、農(nóng)業(yè)從業(yè)人員老齡化，帶來了誰來種地的難題；傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)粗放式、大水漫灌式的發(fā)展帶來了農(nóng)業(yè)機械利用率低、農(nóng)業(yè)作業(yè)組織生產(chǎn)效率低的難題；科技創(chuàng)新基礎薄弱、企業(yè)缺乏創(chuàng)新機制帶來的農(nóng)業(yè)機械技術發(fā)展緩慢、農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品同質(zhì)化嚴重、農(nóng)業(yè)機械可靠性差、行業(yè)人才缺少的問題；重經(jīng)濟發(fā)展、輕環(huán)境保護思想下帶來的土壤污染、土壤肥力退化、水資源污染、生態(tài)破壞等不可持續(xù)發(fā)展難題；農(nóng)機文化基礎薄弱帶來的企業(yè)文化缺失、市場誠信缺失、人才吸引能力低等難題。

面對新的發(fā)展環(huán)境，還需要運用新的發(fā)展理念武裝頭腦。一些學者分析了農(nóng)業(yè)機械化與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關系[1-3]，研究了農(nóng)業(yè)機械化與農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化可持續(xù)發(fā)展作用，提出了綠色農(nóng)業(yè)機械的發(fā)展理念[4]。近些年，隨著五大發(fā)展理念的不斷深入實施，以及鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的不斷突進，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展質(zhì)量要求不斷提升，各類規(guī)劃、建議、發(fā)展綱要等都對農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化及農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展提出了智能化、信息化、環(huán)境友好的綠色發(fā)展要求[5]。對于農(nóng)業(yè)機械化來說，面對新的發(fā)展要求，有必要應該充分認識綠色發(fā)展理念，深挖綠色發(fā)展的潛力，探索綠色發(fā)展的舉措，緊握綠色發(fā)展的武器，在把握宏觀環(huán)境趨勢的基礎上，關注微觀要素，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)發(fā)展，破解發(fā)展難題。為此，特建立了農(nóng)業(yè)機械化綠色可持續(xù)發(fā)展理論框架體系。

1 中國農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展階段研究

1.1 農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展階段劃分現(xiàn)狀

有關專家研究將我國農(nóng)業(yè)機械化分成三個發(fā)展階段：農(nóng)業(yè)機械化初級階段、農(nóng)業(yè)機械化中級階段和農(nóng)業(yè)機械化高級階段[6-7]。在初級階段，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仍然以人力、畜力直接作業(yè)或帶動簡單工具作業(yè)為主；在中級階段，機械作業(yè)水平在40%～70%，基本上主要農(nóng)作物實現(xiàn)了機械作業(yè)；在高級階段，農(nóng)業(yè)機械化水平達70%以上，主要農(nóng)作物及關鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)均實現(xiàn)了機械化作業(yè)，農(nóng)業(yè)從業(yè)人員占比低于20%?，F(xiàn)階段我國仍處于中級階段，正在邁向高級階段。

1.2 現(xiàn)有農(nóng)業(yè)1.0-4.0理論框架體系概況

隨著工業(yè)4.0的推進，急需農(nóng)業(yè)4.0的配套跟進，一些學者從生產(chǎn)效率提高或經(jīng)營模式轉(zhuǎn)變的角度提出了農(nóng)業(yè)1.0-4.0理論框架體系。

李道亮提出了農(nóng)業(yè)1.0-4.0發(fā)展階段理論，指出農(nóng)業(yè)4.0是基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能和機器人技術，實現(xiàn)無人化為特征的資源軟整合智能農(nóng)業(yè)。農(nóng)業(yè)4.0能夠利用標準化體系、系統(tǒng)方法對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進行統(tǒng)籌管理，實現(xiàn)過程的可控、高效，趨于無人化作業(yè)，農(nóng)業(yè)服務者與生產(chǎn)者通過信息化手段無縫連接，交互性更強[8-9]。

溫鐵軍提出了農(nóng)業(yè)1.0-4.0發(fā)展理論，指出農(nóng)業(yè)4.0意即社會化生態(tài)農(nóng)業(yè)，“互聯(lián)網(wǎng)+”是關鍵手段特點，具備社會化、城鄉(xiāng)互動、生態(tài)化基本特質(zhì)。農(nóng)業(yè)4.0能夠基于“互聯(lián)網(wǎng)+”平臺，借助本地化的人文歷史、旅游景觀、核心輸出等要素，構(gòu)成有機結(jié)合的社會化生態(tài)農(nóng)業(yè)體系，更大程度體現(xiàn)各階層公平參與，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的“社會化+生態(tài)化”，達到農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟回歸鄉(xiāng)土社會、環(huán)境資源友好的生態(tài)文明階段[10]。

歐洲農(nóng)業(yè)機械學會同樣提出了的農(nóng)業(yè)4.0理論，指出農(nóng)業(yè)4.0主要基于新技術的應用，包括廉價和改進的傳感器和執(zhí)行器、低成本微處理器、高帶寬蜂窩通信、基于云的ICT系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)分析，農(nóng)業(yè)4.0代表農(nóng)業(yè)經(jīng)營的內(nèi)部和外部因素的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，這意味著所有農(nóng)業(yè)要素和過程都有數(shù)字形式的信息，與供應商和最終客戶等外部合作伙伴的通信也同樣以電子方式進行，自動化實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、處理和分析。同時指出農(nóng)業(yè)4.0為下一步由無人操作和自主決策系統(tǒng)組成的農(nóng)業(yè)發(fā)展鋪平了道路，農(nóng)業(yè)5.0將以機器人技術和某種形式的人工智能為基礎。

1.3 農(nóng)業(yè)機械化1.0-4.0理論框架體系建立

總體來看，上述農(nóng)業(yè)1.0-4.0模式或發(fā)展階段的定義雖然角度與側(cè)重點不同，但是1.0-4.0的進化都體現(xiàn)了智能化先進技術的應用升級以及突出綠色環(huán)保生態(tài)保護的重要性，強調(diào)的是生產(chǎn)效率的不斷提高，人與自然的和諧共處。

在三階段理論指導下，標準化管理部門制定了主要農(nóng)作物耕種收綜合機械化水平評價方法，該理論與評價方法能夠有效的把握主要農(nóng)作物、關鍵環(huán)節(jié)的農(nóng)業(yè)機械化水平，有力的支撐了管理部門決策科學性。但是面臨新的形勢、挑戰(zhàn)、問題等內(nèi)外部條件環(huán)境，尤其是隨著農(nóng)業(yè)4.0的發(fā)展要求，急需農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展轉(zhuǎn)型升級，因此應在農(nóng)業(yè)4.0的基礎上提出農(nóng)業(yè)機械化的4.0階段理論，引導綠色可持續(xù)農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展。在上述農(nóng)業(yè)4.0理論框架的參考下，基于現(xiàn)有階段劃分理論特提出了農(nóng)業(yè)機械化1.0-4.0階段理論體系，并提出狹義各行業(yè)農(nóng)業(yè)機械化1.0-4.0階段技術特點，如表1所示。

表1 狹義各行業(yè)農(nóng)業(yè)機械化1.0-4.0階段技術特點

1.3.1 1.0初級階段

1.0階段相當于初級階段，機械化水平較低，仍然以人力畜力為主，機械化作業(yè)占比低，農(nóng)業(yè)機械種類較少，以耕種收關鍵環(huán)節(jié)為主，農(nóng)業(yè)機械技術水平低，以代替人力為主要功能，作業(yè)效率低，農(nóng)業(yè)機械制度體系相對缺乏，農(nóng)業(yè)機械的缺乏管理，農(nóng)機工業(yè)體系起步，科技創(chuàng)新能力弱，農(nóng)業(yè)機械流通渠道單一。

1.3.2 2.0中級階段

相當于基本實現(xiàn)階段，機械基本代替人力，農(nóng)業(yè)機械滿足量的需求，種類相對齊全，農(nóng)業(yè)機械質(zhì)量、技術水平提升，作業(yè)效率提高，農(nóng)業(yè)機械自動化水平較低，農(nóng)機工業(yè)體系基本建成，能滿足主要農(nóng)作物主要環(huán)節(jié)農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)，制度體系逐漸建立，科技創(chuàng)新意識基本建立，社會化服務基本萌芽。

1.3.3 3.0全面實現(xiàn)階段

全程全面高質(zhì)高量農(nóng)業(yè)機械化技術水平較高，自動化、智能化、信息化水平高，制度體系完善，農(nóng)業(yè)機械管理水平高，工業(yè)體系完善，農(nóng)業(yè)機械可靠性較高，具備國際競爭力，農(nóng)機農(nóng)藝水平高，農(nóng)業(yè)機械社會化服務水平高，農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體豐富，農(nóng)業(yè)機械管理水平高，經(jīng)濟壽命得到充分發(fā)揮，利用率高。

1.3.4 4.0高級階段

倡導綠色高效可持續(xù)，農(nóng)業(yè)機械利用率高，有效改善環(huán)境污染、生態(tài)破壞，農(nóng)業(yè)機械的信息化水平高，基于物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)高效、智能管理，大大降低人力成本，農(nóng)業(yè)機械融合于耕作系統(tǒng)。農(nóng)業(yè)機械工業(yè)體系完善，集中度高，生產(chǎn)效率高，注重科技創(chuàng)新，農(nóng)業(yè)機械化行業(yè)職業(yè)化。

1.3.5 4.0高級階段工作模式

高級階段的農(nóng)業(yè)機械化應該是綠色的農(nóng)業(yè)機械化，創(chuàng)新、協(xié)同、開發(fā)、共享理念解決的是農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展問題，綠色解決的是農(nóng)業(yè)機械化的可持續(xù)發(fā)展問題，高級階段的農(nóng)業(yè)機械化應該在全程全面高質(zhì)高量的基礎上實現(xiàn)綠色可持續(xù)的發(fā)展，因此，農(nóng)業(yè)機械化的高級階段應該是綠色可持續(xù)農(nóng)業(yè)機械化。4.0高級階段的農(nóng)業(yè)機械化工作模式如圖1所示，主要由控制中心—決策層、數(shù)據(jù)庫—數(shù)據(jù)層、執(zhí)行末端—物理層、外部約束—約束層、物聯(lián)網(wǎng)—網(wǎng)絡層、云空間—共享層組成。

圖1 4.0農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展階段工作模式

物理層就是農(nóng)業(yè)機械開展作業(yè)形成的執(zhí)行末端，各類農(nóng)業(yè)機械根據(jù)控制中心的決策以及自身智能控制算法開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)，作業(yè)過程數(shù)據(jù)實時上傳至數(shù)據(jù)庫，同時可以采集土壤、環(huán)境、作物產(chǎn)量、農(nóng)產(chǎn)品參數(shù)等信息上傳至數(shù)據(jù)庫，執(zhí)行末端與控制中心、執(zhí)行末端之間形成互聯(lián)，相當于智能化、自動化或無人化的作業(yè)執(zhí)行終端，同時與其他終端互聯(lián)，可集中統(tǒng)一控制管理。數(shù)據(jù)層，一方面采集物理層的數(shù)據(jù)，同時還需要整合約束層數(shù)據(jù)，為開控制層提供決策依據(jù)，執(zhí)行決策層為控制中心。

決策層是整個系統(tǒng)的核心，其依據(jù)數(shù)據(jù)庫信息對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或農(nóng)業(yè)機械進行決策，對執(zhí)行終端農(nóng)業(yè)機械進行調(diào)度、管理、作業(yè)、維護保養(yǎng)，實現(xiàn)終端的實施可控，提高農(nóng)業(yè)機械經(jīng)濟壽命、生產(chǎn)效率。

約束層是農(nóng)業(yè)機械化甚至是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的外部約束，包括市場、土地、政策、環(huán)境等，具體有農(nóng)產(chǎn)品市場情況、氣候環(huán)境變化情況、農(nóng)業(yè)相關政策、土地獲土壤參數(shù)等信息，是農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的條件也是約束，必須充分識別，并納入數(shù)據(jù)庫。

以物聯(lián)網(wǎng)為基礎形成的網(wǎng)絡層，涵蓋決策層、數(shù)據(jù)層、物理層、約束層等各層的要素，包括執(zhí)行終端、土地、控制中心、操控者等，實現(xiàn)各要素間的互聯(lián)互通，提高農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息化水平，改善信息傳輸交換的成本，充分挖掘信息價值。

云空間形成了農(nóng)業(yè)機械化的共享層，可以實現(xiàn)各農(nóng)場或農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體間的信息共享，節(jié)約信息存儲共享成本，同時有利于國家層面對農(nóng)業(yè)機械化的整體把握。

2 農(nóng)業(yè)機械化綠色可持續(xù)發(fā)展理論框架建立

新時代農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化發(fā)展下的農(nóng)業(yè)機械化不是簡單的農(nóng)業(yè)機械量的積累、農(nóng)業(yè)機械普及率的提高，而是綠色可持續(xù)的農(nóng)業(yè)機械化。綠色可持續(xù)農(nóng)業(yè)機械化應該是無污染、資源利用率高、機械利用率高、生產(chǎn)可持續(xù)的，應該能夠使用新時代農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化面臨的人口、資源、環(huán)境、貿(mào)易的制約，是能夠有效改善農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展現(xiàn)狀，推動新型農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的可持續(xù)發(fā)展[11-12]。下面就農(nóng)業(yè)機械化綠色可持續(xù)發(fā)展理論框架進行分析。

2.1 綠色可持續(xù)農(nóng)業(yè)機械化的定義

綠色可持續(xù)農(nóng)業(yè)機械化是指，具備綠色特質(zhì)的可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)業(yè)機械化，是基于先進的智能化、信息化、自動化的技術，以節(jié)約資源和生態(tài)環(huán)境保護為原則，以降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本、提高農(nóng)業(yè)機械利用率、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效價值為目標，服務于新時代農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)機械化。綠色農(nóng)業(yè)機械化是新時代綠色發(fā)展的本質(zhì)要求，是新型農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化發(fā)展的關鍵支撐，是農(nóng)業(yè)機械化的高級階段。

2.2 綠色可持續(xù)農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展理論框架

在借鑒農(nóng)業(yè)4.0理論的基礎上，基于服務于農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展為根本，智能化、信息化等先進技術為支撐，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、保護生態(tài)環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展的基本理念等思想提出了農(nóng)業(yè)機械化綠色可持續(xù)發(fā)展理論框架[13]，綠色可持續(xù)農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展理論框架如圖2所示。

圖2 綠色可持續(xù)農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展理論框架

2.3 綠色可持續(xù)發(fā)展理論運行機制

框架主要由三部分組成，分別是要素層、指標層、產(chǎn)業(yè)鏈層。

要素層的核心也是框架的核心，是指在農(nóng)業(yè)機械裝備的智能化、信息化，以及農(nóng)業(yè)機械作業(yè)的全程全面高質(zhì)高量支撐下的關鍵作物主要環(huán)節(jié)的農(nóng)業(yè)機械化。在要素層，制度保障、信息技術、資源要素、基礎支撐等要素是農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的關鍵支撐要素與外部約束，其中大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、空間技術、物聯(lián)網(wǎng)、云技術、人工智能等信息技術為裝備提供技術支撐，土地、資本、信息、市場、勞動力等外部條件為作業(yè)提供外部約束及條件支撐，法律法規(guī)、制度體系為機械作業(yè)提供制度保障，科技、人才、產(chǎn)業(yè)環(huán)境、市場基礎設施等為其提供基礎支撐體系，共同助力農(nóng)業(yè)機械裝備在關鍵環(huán)節(jié)、關鍵作物的農(nóng)業(yè)機械化水平的提升。

指標層主要是體現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機械化4.0關鍵微觀評價指標，具體包括智能化作業(yè)水平、農(nóng)業(yè)機械作業(yè)率、農(nóng)業(yè)機械利用率、環(huán)境友好水平等，綜合來看，這四個指標既能體現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械化的智能化、信息化，農(nóng)業(yè)機械化作業(yè)的水平，還能夠評價農(nóng)業(yè)機械化的綠色可持續(xù)能力，能夠全面的評價綠色可持續(xù)農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展水平。

產(chǎn)業(yè)鏈層是宏觀上的農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)，主要是包括農(nóng)業(yè)機械工業(yè)、流通、監(jiān)管、服務等主要層面，結(jié)合微觀的農(nóng)業(yè)機械化作業(yè)水平形成了完整的農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展關鍵要點。

綜合來看，在要素層制度保障、信息技術、資源要素、基礎支撐等要素支撐了農(nóng)業(yè)機械的智能化、信息化以及全程全面高質(zhì)高量，進一步助力關鍵作物主要環(huán)節(jié)的農(nóng)業(yè)機械化；要素層的發(fā)展支撐了指標層智能化作業(yè)水平、農(nóng)業(yè)機械作業(yè)率、農(nóng)業(yè)機械利用率、環(huán)境友好水平等關鍵指標的提升；指標層的提升進一步推進或聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈層農(nóng)業(yè)機械工業(yè)、流通、監(jiān)管、服務等向4.0階段發(fā)展，在此，產(chǎn)業(yè)鏈層與要素層形成了反饋閉環(huán)，要素層同樣支撐產(chǎn)業(yè)鏈層的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)鏈層的推進反饋助力要素層的遞進；最終，產(chǎn)業(yè)鏈層4.0的進化最終助力農(nóng)業(yè)機械化4.0發(fā)展。

2.4 關鍵環(huán)節(jié)分析

2.4.1 信息技術

信息化技術是農(nóng)業(yè)機械化的核心技術保障，信息化技術是4.0農(nóng)業(yè)機械化的技術支撐，沒有了技術支持，農(nóng)業(yè)機械無法實現(xiàn)智能化的升級。具體包括物聯(lián)網(wǎng)、云技術、智能控制、空間技術、大數(shù)據(jù)等技術。

物聯(lián)網(wǎng)：物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)上的應用不斷深入，其是信息化農(nóng)業(yè)的核心技術，有效支撐了現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展。農(nóng)業(yè)機械是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的關鍵載體與核心要素，是信息的采集終端，也是重要的執(zhí)行終端，是智能化、信息化、精細化作業(yè)指令的執(zhí)行者，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)先進技術的載體與執(zhí)行者，因此應充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)機械在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的作業(yè)，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術與農(nóng)業(yè)機械的融合，實現(xiàn)技術與農(nóng)業(yè)機械的聯(lián)動應用，最大化的實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的無人化、智能化、高效化水平[14-15]。

大數(shù)據(jù)：農(nóng)業(yè)機械化4.0中的農(nóng)業(yè)機械之于農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)，一方面其本身數(shù)據(jù)信息也是大數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)之一，另一方面在于農(nóng)業(yè)機械是大數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的采集終端，通過農(nóng)業(yè)機械其可以采集農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)等，而這些數(shù)據(jù)又是農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的核心數(shù)據(jù)，因此應充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)機械在采集數(shù)據(jù)中的作業(yè)，將農(nóng)業(yè)機械融入到大數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中全方位、全面準確的數(shù)據(jù)采集。

云農(nóng)業(yè)技術：在農(nóng)業(yè)機械化4.0模式中，云技術可以為智慧農(nóng)業(yè)下農(nóng)業(yè)機械智能作業(yè)系統(tǒng)提供云計算、數(shù)據(jù)存儲以及資源的共享，一方面可以有效減少信息化基礎的重復建設，降低智能農(nóng)業(yè)機械化作業(yè)的成本，另一方面在集中建設、統(tǒng)一管理的基礎上實現(xiàn)統(tǒng)一、高效、可靠的農(nóng)業(yè)機械化作業(yè)及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[16]。

空間技術：空間技術在農(nóng)業(yè)上的應用主要在于基于定位與導航技術衍生的農(nóng)業(yè)信息采集以及農(nóng)業(yè)機械自動導航、駕駛、作業(yè)控制等，其是推進精準農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎，是大數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的關鍵維度。基于空間技術，可以實現(xiàn)對土壤、氣候環(huán)境、作物生長情況、收獲情況等實現(xiàn)精準的采集，繪制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)圖，為農(nóng)業(yè)機械的精準作業(yè)提供技術支持。農(nóng)業(yè)機械可以實現(xiàn)自動導航、駕駛，同時基于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)圖以及生產(chǎn)中者的決策實現(xiàn)精準的作業(yè)，比如說精準播種、施肥、除草等?？臻g技術在農(nóng)業(yè)及農(nóng)業(yè)機械上的應用已經(jīng)較為成熟，比如說自動導航拖拉機、精準播種機、精準施肥機、無人植保機、聯(lián)合收割機收獲信息采集系統(tǒng)、智能作業(yè)系統(tǒng)等[17]。下一步，空間技術在農(nóng)業(yè)機械化上的應用將更加深入普及，為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)業(yè)機械物聯(lián)網(wǎng)提供全面的定位支持，實現(xiàn)土地的全面精準作業(yè)管理。

智能控制技術：智能控制技術是農(nóng)業(yè)機械化4.0的核心技術支撐，也是限制我國農(nóng)業(yè)機械裝備技術升級的瓶頸[18]。智能控制技術在農(nóng)業(yè)機械化上應用主要體現(xiàn)在三個層次，一是農(nóng)業(yè)機械的系統(tǒng)內(nèi)智能控制，基于CAN總線技術實現(xiàn)各組成部分的信息采集并基于智能控制技術實現(xiàn)整機的智能高效運行，比如說拖拉機，實現(xiàn)整機信息的全面采集并基于智能算法進行信息的處理與決策，實現(xiàn)發(fā)動機、底盤、電氣系統(tǒng)、駕駛室、作業(yè)機構(gòu)間的智能化協(xié)調(diào)運行，降低能耗與提高作業(yè)效率[19]。二是農(nóng)業(yè)機械的作業(yè)智能控制，基于既有的整機運行信息以及外部作業(yè)信息，如位置、速度、田塊、農(nóng)民指令、作業(yè)機構(gòu)運行等信息，對作業(yè)機構(gòu)的作業(yè)進行智能化的精準控制。三是基于農(nóng)業(yè)機械載體的智能信息采集技術，基于圖像識別、環(huán)境傳感、流量傳感等信息識別及傳感器技術，同時再基于智能算法實現(xiàn)對作業(yè)環(huán)節(jié)、田塊等有效信息進行精準的采集，進一步豐富田塊信息數(shù)據(jù)庫。智能控制技術的重要性在于借用人工智能算法實現(xiàn)對整機、作業(yè)的精準高效控制與信息的精準采集，是從本質(zhì)上解決作業(yè)效率與質(zhì)量的問題，因此智能控制技術在農(nóng)業(yè)機械化上的應用至關重要。

2.4.2 資源要素

也就是4.0農(nóng)業(yè)機械化的微觀參與要素，也是農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的關鍵制約因素與發(fā)展資源，主要是土地、勞動力、資本、市場、信息、外部輔助工具等。主要在于提供以人員素質(zhì)提升為關鍵的農(nóng)業(yè)機械化人力資源保障以及以土地流轉(zhuǎn)為核心的土地規(guī)模適度經(jīng)營保障。

土地：土地是農(nóng)業(yè)機械的作業(yè)對象，也是制約農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的外部約束條件，4.0的農(nóng)業(yè)機械化框架下，土地應呈現(xiàn)如下特點：實施宜機化改造，農(nóng)田標準化，方便農(nóng)業(yè)機械的快捷作業(yè)，適用農(nóng)藝要求；土壤的改良優(yōu)化，改善土壤有機質(zhì)、酸堿度、壓實度，減少土壤板結(jié)，逐漸消除土壤污染；適度規(guī)模經(jīng)營，因地制宜的設施土地流轉(zhuǎn)，人地關系寬松或平原地區(qū)可以適當提高流轉(zhuǎn)水平，實施連片整治，統(tǒng)一經(jīng)營，人地關系緊張或山地丘陵地區(qū)在保持傳統(tǒng)種植優(yōu)勢的前提下，尋找規(guī)模經(jīng)營與小農(nóng)經(jīng)營的最大公約數(shù)，通過土地的合理流轉(zhuǎn)以及適度規(guī)模經(jīng)營，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的管理效率。

勞動力：勞動力是農(nóng)業(yè)機械化4.0模式中的核心，廣義上來說勞動力包括一線農(nóng)業(yè)機械作業(yè)者以及農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體管理者，一線農(nóng)業(yè)機械作業(yè)者應具備智能農(nóng)業(yè)機械的操作技能以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)農(nóng)藝相關知識，農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體管理者在具備操作技能、農(nóng)藝知識的基礎上還應該具備管理能力，包括農(nóng)業(yè)機械的綜合協(xié)調(diào)管控能力、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息獲取與分析能力、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策能力，能夠有效提高農(nóng)業(yè)機械管理效率、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的管理質(zhì)量、一線勞動力的管理效率。

資本：智能化、信息化的農(nóng)業(yè)機械必須加大資本的投入，比如說科研、財政補貼、金融信貸、稅費保險支持等，尤其是科研投入，需要引入資本，加強技術研發(fā)[20]。在農(nóng)業(yè)機械化4.0模式下，一產(chǎn)業(yè)和二三產(chǎn)業(yè)融合深入，在不斷互補的情況下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率不斷提升，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及農(nóng)業(yè)機械化剩余價值與二三產(chǎn)業(yè)趨于平衡，萌生了技術密集、資本密集的屬性，在市場的助推下，資本將向農(nóng)業(yè)以及農(nóng)業(yè)機行業(yè)流動，助推科技研發(fā)、人才的引進，加速信息技術的升級以及基礎設施的完善。

市場：市場化關系到生產(chǎn)效率，農(nóng)業(yè)機械化4.0模式下的市場化包括社會化服務的市場化、流通的市場化、物資的市場化。應該借用無形的市場的雙手合理有效的配置資本、人力、信息、科研、服務資源，最大化的發(fā)揮資源的效益。市場與宏觀調(diào)控不是對立的兩面，農(nóng)業(yè)以及農(nóng)業(yè)機械化均是先天的弱勢產(chǎn)業(yè)，因此在充分發(fā)揮市場作用的情況下還是要提高政府宏觀調(diào)控的能力，政府應該是能夠掌握實時的運行數(shù)據(jù)，有效解決市場化的先天資本追逐屬性帶來的惡性循環(huán)[21]。

信息：在農(nóng)業(yè)機械化4.0模式下，信息是關鍵的資源，可以說4.0模式是基于全方位信息挖掘下的智能化、信息化農(nóng)業(yè)機械化，近些年的農(nóng)業(yè)發(fā)展以及農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展與其說是技術的發(fā)展，不如說是對信息的認識、挖掘以及信息的高效實時的獲取與掌握下的信息增值帶來的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云技術、智能控制等技術均是以信息為輸入，以操作指令為輸出，所以說，信息是基礎也是關鍵。農(nóng)業(yè)機械化的信息從橫向上來看包括土地(牲畜、林木)、勞動力、環(huán)境、科技、資本等資源信息，法律法規(guī)、政策制度等制度信息，科技、人才、基礎設施、貿(mào)易等外部支撐信息，從縱向上來看，包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或農(nóng)業(yè)機械化全產(chǎn)業(yè)鏈以及全作業(yè)過程的信息，產(chǎn)業(yè)鏈上包括農(nóng)機工業(yè)、農(nóng)機流通、社會化服務、監(jiān)管等，全過程包括耕地、播種、收獲、植保、烘干、秸稈還田、農(nóng)機管理等環(huán)節(jié)的信息。在農(nóng)業(yè)貿(mào)易國家化的環(huán)境下，國外發(fā)達國家之所以能夠把握貿(mào)易逆差，關鍵還在于能夠把握信息，能夠通過全方位信息的有效挖掘分析決策實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本控制以及貿(mào)易控制，因此，在農(nóng)業(yè)機械化4.0模式下，農(nóng)戶、規(guī)模農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體、管理部門應該充分采集全方位信息、挖掘全面的信息，智能科學的分析信息，實施可靠有效的決策。

2.4.3 農(nóng)業(yè)機械化政策支持體系

政策供給包括支持政策、監(jiān)管政策以及制度體系，支持政策主要是金融信貸、稅費保險、補貼等財政支持政策，監(jiān)管政策主要是監(jiān)管體系、監(jiān)管制度等，制度體系主要包括農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的支撐管理制度，包括推廣、鑒定、監(jiān)理、維修、質(zhì)量監(jiān)管、認證等。農(nóng)業(yè)機械化4.0的政策支持體系的核心在于通過制度體系的完善為市場化發(fā)展提供運行機制保障，原則是提供寬松規(guī)范的運行環(huán)境，約束違法違規(guī)的不合理競爭，保護各方權(quán)益，充分運用信息化手段加強對質(zhì)量的監(jiān)管與制度體系的運營，確保支持政策的效率效果、監(jiān)管的有效高效、制度的合理可靠。

2.4.4 基礎支撐體系

農(nóng)業(yè)機械化的4.0并不是孤立的存在，不可能自主發(fā)展，必須要社會技術的支撐，包括基礎設施、科技、產(chǎn)業(yè)、人才、環(huán)境等，基礎設施包括新農(nóng)村、標準化農(nóng)田基礎工程、信息化物理設施等，科技包括關鍵基礎技術、信息化技術、智能控制技術等，產(chǎn)業(yè)是指二三產(chǎn)業(yè)的支撐，比如說二產(chǎn)業(yè)的工業(yè)體系能力的反哺，三產(chǎn)業(yè)對現(xiàn)代農(nóng)產(chǎn)品及農(nóng)村資源的需求支撐等，環(huán)境是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的外部物理環(huán)境，比如說大氣、土壤、水等。

2.4.5 全程全面高質(zhì)高量裝備

裝備是的農(nóng)業(yè)機械化的核心，是微觀層面的農(nóng)業(yè)機械化4.0，裝備的4.0體現(xiàn)兩個方面，一是農(nóng)業(yè)機械的全程全面，農(nóng)業(yè)機械應該覆蓋農(nóng)業(yè)機械作業(yè)的縱向各環(huán)節(jié)以及橫向的改革對象，一個是高質(zhì)高量，不僅要數(shù)量上的充足，還需要質(zhì)量上技術上的提升，主要是朝著智能化、信息化、多功能化方向發(fā)展[22]。4.0的農(nóng)業(yè)機械化技術是指能夠充分融合大數(shù)據(jù)、云空間、物聯(lián)網(wǎng)、空間、智能控制等技術實現(xiàn)對整機內(nèi)部各部件或各組成部分的精準智能控制，并能夠根據(jù)既有的人工智能算法根據(jù)人工指令實現(xiàn)對各執(zhí)行末端的精準控制，能夠融合到智能作業(yè)系統(tǒng)當中，成為決策者或者農(nóng)場主的智能作業(yè)終端與信息采集終端，能夠融合到大數(shù)據(jù)、云空間、物聯(lián)網(wǎng)能信息技術平臺當中，成為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化4.0的智能終端。

2.4.6 產(chǎn)業(yè)鏈

4.0的農(nóng)業(yè)機械化旨在打造完整高效的產(chǎn)業(yè)鏈，核心環(huán)節(jié)有工業(yè)體系、流通體系、監(jiān)管體系、社會化服務體系，四大體系形成了農(nóng)業(yè)機械化的產(chǎn)業(yè)鏈。農(nóng)業(yè)機械化工業(yè)的4.0應該呈現(xiàn)幾個特點，一是注重科研投入，加強創(chuàng)新技術的研發(fā)，以創(chuàng)新引領發(fā)展。二是加速生產(chǎn)企業(yè)的優(yōu)勝劣汰，鼓勵兼并重組，淘汰落后產(chǎn)能、集中優(yōu)勢力量生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。三是注重生產(chǎn)質(zhì)量體系建設，通過信息化技術的因素優(yōu)化生產(chǎn)流程，加強生產(chǎn)工藝的提升，強化質(zhì)量體系管理，節(jié)約生產(chǎn)消耗的同時提升產(chǎn)品的可靠性。四是注重企業(yè)文化建設，通過文化價值的提升為農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品進行增值。流通環(huán)節(jié)是連接企業(yè)與用戶的紐帶，農(nóng)業(yè)機械流通體系的4.0，一是要加強流通企業(yè)品牌建設，提升管理能力，二是要以流通為載體，加強服務能力建設，為農(nóng)戶提供機械購置服務、售后服務，為農(nóng)戶提供技術與操控培訓服務，同時關注并吸收農(nóng)戶對農(nóng)業(yè)機械的需求，反饋到農(nóng)業(yè)機企業(yè)。社會化服務是農(nóng)業(yè)機械化4.0 模式下的核心要素，社會化服務可以有協(xié)助農(nóng)業(yè)機械作業(yè)效率的提升、先進技術的推廣、規(guī)?；?jīng)營的推廣等，社會化服務4.0應該呈現(xiàn)幾個特點：一是加強社會化服務經(jīng)驗主體建設，鼓勵做大做強，提升服務主體的服務范圍、服務能力、服務效率；二是要加強服務于信息化的融合，通過信息化的技術以及對信息的全方位掌握，解決社會化服務中的農(nóng)業(yè)機械作業(yè)效率、農(nóng)業(yè)機械管理、作業(yè)服務的識別等問題。監(jiān)管體系的4.0是農(nóng)業(yè)機械化4.0的基礎支撐環(huán)節(jié)，是市場化、資本化發(fā)展的外部約束，也是發(fā)展的關鍵制度支撐，監(jiān)管體系4.0應著重建設兩個環(huán)節(jié)，一是建立統(tǒng)一的信息化平臺，包括大數(shù)據(jù)平臺、物聯(lián)網(wǎng)平臺、云空間平臺，通過政府的統(tǒng)一建設，規(guī)避重復建設，也可以實現(xiàn)信息的普惠共享，一是轉(zhuǎn)變監(jiān)管方式，探索農(nóng)機質(zhì)量事后監(jiān)管模式，最大化提供寬松的企業(yè)經(jīng)營環(huán)境。

3 綠色可持續(xù)農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展方向與趨勢

3.1 生產(chǎn)效率的提高

生產(chǎn)效率的提高是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本訴求，表現(xiàn)在投入產(chǎn)出比的提高，具體包括農(nóng)業(yè)機械作業(yè)效率的提高、農(nóng)業(yè)機械利用率的提高、作業(yè)模式的高效。先進高效率的農(nóng)業(yè)機械得到推廣，農(nóng)機農(nóng)藝融合良好，農(nóng)業(yè)機械的作業(yè)效率得到提高；農(nóng)業(yè)機械的購買更加理性，基于適度規(guī)模經(jīng)營的農(nóng)業(yè)機械管理水平得到提升，農(nóng)業(yè)機械的經(jīng)濟壽命得到重視，綜合利用率得到改善；先進、智能的耕作技術或精準農(nóng)業(yè)技術得到普及，農(nóng)業(yè)機械的作業(yè)模式更加先進高效，最大化優(yōu)化作業(yè)模式，提高投入產(chǎn)出比。

3.2 提高產(chǎn)品國際競爭力

綠色可持續(xù)農(nóng)業(yè)機械化服務于農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，服務于綠色可持續(xù)的農(nóng)業(yè)，而可持續(xù)的農(nóng)業(yè)一方面在于綠色環(huán)保，還在于能夠解決農(nóng)業(yè)貿(mào)易逆差，因此，綠色農(nóng)業(yè)機械化的關鍵在于提高農(nóng)產(chǎn)品國際競爭力。影響農(nóng)產(chǎn)品的競爭力的因素較多，但綠色農(nóng)業(yè)機械代表了機械的高效智能，代表了農(nóng)機作業(yè)的高生產(chǎn)率，代表了農(nóng)機農(nóng)藝的有效融合，這就從根本上要求農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)成本及產(chǎn)品質(zhì)量的提高，可有效提高農(nóng)產(chǎn)品的國際競爭力。

3.3 環(huán)境污染得到消除

綠色可持續(xù)農(nóng)業(yè)機械化的核心在于綠色，這就要求農(nóng)業(yè)機械是環(huán)境友好型的，能夠有效避免環(huán)境污染型農(nóng)業(yè)機械或作業(yè)技術，因此大力發(fā)展綠色機械化能夠有效消除傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機械帶來的環(huán)境污染問題。

3.4 資源浪費得到改善

綠色可持續(xù)農(nóng)業(yè)機械化還在于低碳高效率，降低人力物力的投資更是減少能源資源的消耗，最大化的提高作業(yè)效率，改善或消除資源的浪費。

3.5 農(nóng)業(yè)機械技術水平大幅提高

綠色高效的農(nóng)業(yè)機械不是走的簡單、傳統(tǒng)、單一的機械設計原理，而是通過智能化、信息化等技術手段，利用先進的設計方法，充分滿足農(nóng)機農(nóng)藝要求，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械的高效作業(yè)，因此這是一個技術水平向上發(fā)展的驅(qū)動，體現(xiàn)的是人類智慧文明的發(fā)展。

4 結(jié)論

本文介紹了現(xiàn)有農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展階段劃分情況以及國內(nèi)外農(nóng)業(yè)1.0-4.0理論框架概況，在此基礎上提出了農(nóng)業(yè)機械化1.0-4.0理論框架體系，詳細闡述了4.0農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展階段工作模式，提出了農(nóng)業(yè)機械化綠色可發(fā)展理論，并建立了理論框架體系，最后對綠色可持續(xù)農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展方向與趨勢進行了展望。

一是提出了中國農(nóng)業(yè)機械化綠色可持續(xù)發(fā)展理論，指出綠色可持續(xù)農(nóng)業(yè)機械化是農(nóng)業(yè)機械化的高級階段，是新型農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化發(fā)展的關鍵支撐。二是建立了4.0高級階段的農(nóng)業(yè)機械化工作模式，總結(jié)概括為決策層、數(shù)據(jù)層、物理層、約束層、網(wǎng)絡層、共享層。三是建立了綠色可持續(xù)農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展理論框架，分別從要素層、指標層、產(chǎn)業(yè)鏈層進行了運行機制闡述。