精確農(nóng)業(yè)對(duì)農(nóng)機(jī)化生產(chǎn)的促進(jìn)作用分析

田成祿

(黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大豆研究所，哈爾濱 150086)

0 引言

在“十四五”發(fā)展新階段，我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)出高產(chǎn)、優(yōu)產(chǎn)、科技、智慧、節(jié)能、環(huán)保、高效的新特征，尤其在我國持續(xù)加強(qiáng)農(nóng)村與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力建設(shè)多種惠農(nóng)政策支持下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)一步向全程機(jī)械化進(jìn)步。得益于“十三五”階段取得的農(nóng)機(jī)化成果，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)備的全面普及，到2020年底，我國的農(nóng)作物耕種收綜合機(jī)械化程度已經(jīng)達(dá)到71.25%，農(nóng)民對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的接受與認(rèn)可程度實(shí)現(xiàn)顯著提升，農(nóng)機(jī)市場(chǎng)整體呈現(xiàn)繁榮景象。

將我國的農(nóng)機(jī)化生產(chǎn)水平與農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家進(jìn)行對(duì)比，盡管機(jī)械化作業(yè)的普及率逐漸接近，但是在平均工作效率、平均適用性、平均應(yīng)用質(zhì)量等方面仍存在明顯差距，其中關(guān)鍵的影響因素之一就是我國很多農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)習(xí)慣性采用粗放型的生產(chǎn)模式，導(dǎo)致農(nóng)機(jī)產(chǎn)品從研發(fā)到應(yīng)用過程精細(xì)化程度不足，粗放播種、大藥量植保、高負(fù)荷作業(yè)等農(nóng)機(jī)使用方式導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程伴隨著資源浪費(fèi)、環(huán)境污染等諸多問題。隨著精確農(nóng)業(yè)理念在我國逐漸普及，精確農(nóng)業(yè)成為了契合農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新理念，其也對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展起到了積極地指導(dǎo)作用。

1 農(nóng)機(jī)化生產(chǎn)的特征

我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)涉及范圍很廣，既包括土壤、育種、栽培、肥料、作物收獲、糧食處理等糧食類農(nóng)作物栽培相關(guān)產(chǎn)業(yè)，還包含畜禽飼養(yǎng)、果蔬、漁業(yè)、林業(yè)等產(chǎn)業(yè)，在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，如何提高以上產(chǎn)業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)效率，如何節(jié)省農(nóng)村勞動(dòng)力并降低生產(chǎn)成本，成為農(nóng)業(yè)發(fā)展必須思考的問題。根據(jù)2004年頒布的《中華人民共和國農(nóng)業(yè)機(jī)械化促進(jìn)法》給出的定義，農(nóng)業(yè)機(jī)械化是利用先進(jìn)適用的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)裝備來改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營條件，并持續(xù)提高農(nóng)業(yè)的科學(xué)技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)收益、生態(tài)效益的過程。農(nóng)業(yè)機(jī)械化已成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展促使農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的品類持續(xù)豐富，現(xiàn)階段我國的農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備已經(jīng)覆蓋了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后的各個(gè)階段，圖1為典型農(nóng)機(jī)裝備的種類和機(jī)型例舉，可見農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的品類已經(jīng)十分豐富。農(nóng)機(jī)化生產(chǎn)與傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)模式相比具有如下優(yōu)勢(shì)：1)能夠有效減輕生產(chǎn)過程的人力負(fù)擔(dān)；2)有效提高單位面積的勞動(dòng)生產(chǎn)效率；3)有利于先進(jìn)農(nóng)業(yè)品種和農(nóng)藝技術(shù)的應(yīng)用普及；4)有效提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)出與經(jīng)濟(jì)效益；5)有效爭搶農(nóng)時(shí)；6)節(jié)約生產(chǎn)資源和成本投入。

圖1 農(nóng)機(jī)裝備的典型類別與機(jī)型

現(xiàn)階段，我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在農(nóng)機(jī)裝備應(yīng)用方面還存在一定欠缺。首先，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式不合理，平均生產(chǎn)規(guī)模偏小，作物品種不統(tǒng)一，栽培方式多樣化導(dǎo)致農(nóng)機(jī)裝備的實(shí)際使用效果不理想；其次，農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的先進(jìn)性不足，農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品在技術(shù)、自動(dòng)化程度方面仍相對(duì)落后，農(nóng)業(yè)機(jī)械的配套動(dòng)力和實(shí)際作業(yè)能力仍欠缺；此外，農(nóng)民對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用能力，生產(chǎn)經(jīng)營理念也有待提升。種種原因?qū)е挛覈r(nóng)機(jī)化生產(chǎn)整體水平仍不盡人意，仍需通過大量工作進(jìn)行提升。

2 精確農(nóng)業(yè)理念

精確農(nóng)業(yè)(Precision Agriculture)是由美國和加拿大兩國的科研部門于20世紀(jì)80年代末提出的農(nóng)業(yè)創(chuàng)新思想，提出后受到世界各國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的認(rèn)可與應(yīng)用，經(jīng)過長期的發(fā)展，精確農(nóng)業(yè)理念已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展的重要指導(dǎo)理論，也對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械、農(nóng)業(yè)裝備的發(fā)展提出了更高要求。精確農(nóng)業(yè)的實(shí)現(xiàn)需要依靠傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)與現(xiàn)代化的信息技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化生產(chǎn)作業(yè)及時(shí)、高效、定量、定位等需求，其能夠在大田生產(chǎn)、果樹栽培、溫室大棚、畜禽養(yǎng)殖等眾多領(lǐng)域發(fā)揮出重要作用[1]。

近年來，農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，也對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程造成了一定不利影響，生產(chǎn)環(huán)境逐漸惡化、生產(chǎn)資源大量浪費(fèi)、生產(chǎn)投入與產(chǎn)出不成比例等問題制約了農(nóng)業(yè)長久發(fā)展。精確農(nóng)業(yè)是改善現(xiàn)階段生產(chǎn)弊端的有效手段，其能夠有效減少農(nóng)業(yè)資源和化學(xué)品的投入，有效提高生產(chǎn)資源利用率，減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響。

3 精確農(nóng)業(yè)的特征與技術(shù)體系

從精確農(nóng)業(yè)的理念看，其實(shí)施過程離不開信息技術(shù)、農(nóng)機(jī)技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的支撐，在大量硬件設(shè)備的支持下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精確實(shí)施與工業(yè)生產(chǎn)相比仍存在很高難度，這主要是由于大部分農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程存在著環(huán)境變化、地理差異、作物(畜禽等)生長狀態(tài)等方面的不可控。為促進(jìn)精確農(nóng)業(yè)理念的實(shí)現(xiàn)，各國利用精確農(nóng)業(yè)的特征研究和應(yīng)用了多種精確農(nóng)業(yè)實(shí)施與管理方案，如：基于GPS的作物管理(GPS-Based Crop Management)、對(duì)靶農(nóng)業(yè)(SSCM)、處方圖管理(Prescription Management)、空間變量作物生產(chǎn)(Spatial-Variable Crop Production)等。從我國學(xué)者給出的定義來看，精確農(nóng)業(yè)的實(shí)現(xiàn)應(yīng)結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、自動(dòng)控制等先進(jìn)技術(shù)，完成對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全部影響因素的監(jiān)測(cè)與管控，優(yōu)化傳統(tǒng)的診斷和決策過程，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)施更為科學(xué)[2]。

4 精確農(nóng)業(yè)在農(nóng)機(jī)化生產(chǎn)中的應(yīng)用

4.1 在翻耕整地機(jī)械上的應(yīng)用

常規(guī)的農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)對(duì)于翻耕整地作業(yè)質(zhì)量要求不高，導(dǎo)致作業(yè)質(zhì)量參差不齊，常出現(xiàn)重耕、漏耕、耕作深度不均勻等問題。隨著精確農(nóng)業(yè)的引入，農(nóng)業(yè)翻耕整地的作業(yè)過程發(fā)生了顯著變化。一方面，衛(wèi)星定位技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械位置的實(shí)時(shí)獲取，并能夠利用定位導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)耕整地過程的駕駛路線、駕駛速度指導(dǎo)，有效避免重耕、漏耕等問題。另一方面，電氣控制與傳感器技術(shù)的應(yīng)用為拖拉機(jī)電液后懸掛技術(shù)的升級(jí)提供了保障，拖拉機(jī)配套耕整地機(jī)具耕作深度、耕作精細(xì)化程度實(shí)現(xiàn)了智能調(diào)整，作業(yè)過程的牽引力與耕作深度呈現(xiàn)匹配關(guān)系，耕整地質(zhì)量實(shí)現(xiàn)明顯提升[3]。

4.2 在播種、施肥機(jī)械的應(yīng)用

精量播種機(jī)是精確農(nóng)業(yè)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上應(yīng)用的典型機(jī)型，其改善了傳統(tǒng)機(jī)械播種過程存在的單穴播種量大、播種位置不精確、播種深度不均勻、施肥量不合理等問題。精量播種機(jī)利用氣力式排種器替代傳統(tǒng)的機(jī)械式排種器，通過氣體負(fù)壓獲取種子的精度很高，能夠?qū)崿F(xiàn)一穴一種的播種精度，且漏播率顯著降低，同時(shí)利用種肥分施技術(shù)將化肥施加到播種位置附近的土壤中，實(shí)現(xiàn)播種施肥的同步完成，為作物早期生長發(fā)育創(chuàng)造良好條件。且精量播種機(jī)的行距、株距控制精確，農(nóng)作物在單位面積的分布更均勻，有利于養(yǎng)分的均衡供給，實(shí)現(xiàn)作物長勢(shì)均衡。

圖2 機(jī)械化精量播種作業(yè)

4.3 在植保噴霧機(jī)械的應(yīng)用

精確農(nóng)業(yè)理念在植保機(jī)械作業(yè)中發(fā)揮了重要作用，一直以來機(jī)械化噴施化肥農(nóng)藥成為生產(chǎn)過程中主要污染源之一，如何在保證植保效果的同時(shí)減少農(nóng)藥使用量，成為植保機(jī)械研發(fā)的重點(diǎn)方向。在精確農(nóng)業(yè)理念影響下，植保機(jī)械對(duì)于農(nóng)藥的有效噴施與減量噴施開發(fā)了大量先進(jìn)技術(shù)，包括變量噴霧、靜電噴霧、對(duì)靶噴霧、霧滴回收等，有效提高了農(nóng)藥利用率，并避免了藥物漂移、沉積造成的環(huán)境污染[4]。

4.4 在收獲機(jī)械的應(yīng)用

近年來，大宗糧食作物的收獲機(jī)產(chǎn)品在工作能力上實(shí)現(xiàn)了快速提升，其電子配置等方面的應(yīng)用逐漸增多，在功能上，收獲機(jī)除可利用衛(wèi)星定位技術(shù)規(guī)劃合理的行駛路線，實(shí)現(xiàn)行駛速度與收獲量功能匹配外，還利用傳感器技術(shù)及定位技術(shù)擴(kuò)展了更多功能。例如，在20世紀(jì)90年代中后期，約翰迪爾、凱斯等國際一線農(nóng)機(jī)企業(yè)在聯(lián)合收獲機(jī)上應(yīng)用了自動(dòng)測(cè)產(chǎn)技術(shù)，能夠利用傳感器技術(shù)快速測(cè)量谷物、馬鈴薯、棉花等多種作物的產(chǎn)量，并在衛(wèi)星地圖上生產(chǎn)產(chǎn)量分布圖，并預(yù)測(cè)作物含水率等參數(shù)，這為農(nóng)業(yè)產(chǎn)出后續(xù)工作提供了更充足的時(shí)間準(zhǔn)備，有利于產(chǎn)后工作的順利開展。

4.5 在設(shè)施農(nóng)業(yè)的應(yīng)用

隨著溫室大棚等設(shè)施農(nóng)業(yè)的增多，利用溫室大棚這一封閉的空間能夠建設(shè)除類似于工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制環(huán)境，國際上稱之為智慧大棚。自動(dòng)大棚具有高度自動(dòng)化控制能力，能夠根據(jù)溫室內(nèi)的光照、溫度、濕度、土壤肥力、作物長勢(shì)、病蟲害情況及時(shí)精確的實(shí)施自動(dòng)化管理，相對(duì)于傳統(tǒng)的大田生產(chǎn)，智慧大棚內(nèi)作物的產(chǎn)出量和產(chǎn)出品質(zhì)更有保障。

4.6 在畜禽養(yǎng)殖設(shè)備的應(yīng)用

現(xiàn)代畜禽養(yǎng)殖的環(huán)境和使用的很多設(shè)備與智慧大棚類似，通過在畜禽養(yǎng)殖的環(huán)境中安裝多種傳感器，能夠?qū)崟r(shí)感知畜禽的生活環(huán)境狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖溫度、濕度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，并通過自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定時(shí)定量的飼喂、清洗及糞便清理，保障畜禽健康生長。甚至部分先進(jìn)的養(yǎng)殖機(jī)構(gòu)還對(duì)所養(yǎng)殖的畜禽進(jìn)行體溫等健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)，提早發(fā)現(xiàn)并解決畜禽疾病或異常問題，確保產(chǎn)出品質(zhì)及效益。

5 結(jié)語

綜上所述，精確農(nóng)業(yè)與我國提倡的可持續(xù)發(fā)展理念契合度很高，將其應(yīng)用于我國農(nóng)機(jī)技術(shù)研發(fā)與農(nóng)機(jī)化生產(chǎn)過程中能有效提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量?，F(xiàn)階段，精確農(nóng)業(yè)在我國的科研領(lǐng)域已經(jīng)受到了廣泛重視，相關(guān)的基礎(chǔ)理論與科研成果呈體系化發(fā)展，但我國實(shí)際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程仍存在傳統(tǒng)模式的制約，生產(chǎn)過程的粗放性、農(nóng)民傳統(tǒng)理念、生產(chǎn)經(jīng)營成本等因素影響著精確農(nóng)業(yè)及相關(guān)設(shè)備的普及，因此，在加強(qiáng)農(nóng)機(jī)化技術(shù)研發(fā)的同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和對(duì)農(nóng)民的技術(shù)培訓(xùn)，優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營理念，促進(jìn)精確農(nóng)業(yè)與農(nóng)機(jī)化生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)深度融合。