農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程中農(nóng)機(jī)裝備的技術(shù)支撐探析

河北省農(nóng)業(yè)機(jī)械鑒定總站 賈雅麗

1 農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展

自新中國(guó)成立以來(lái)，農(nóng)業(yè)農(nóng)村工作一直是歷屆黨和政府的重點(diǎn)中心工作，尤其是農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展工作更是重中之重。在黨和政府以及社會(huì)各界的不懈努力下，我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化工作已經(jīng)取得了巨大成果，農(nóng)機(jī)總動(dòng)力達(dá)到了107764.32 萬(wàn)千瓦（2021 年數(shù)據(jù)），大宗糧食作物已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了全程機(jī)械化，農(nóng)業(yè)全程全面機(jī)械化成為新階段的重點(diǎn)工作。山區(qū)丘陵農(nóng)機(jī)、果園裝備、蔬菜裝備、設(shè)施裝備、新型智能裝備成為當(dāng)前重點(diǎn)攻克的方向。

2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中裝備技術(shù)支撐應(yīng)用分析

運(yùn)用農(nóng)機(jī)裝備的目的是降低作業(yè)成本，提高生產(chǎn)效率以及經(jīng)濟(jì)效益，因此農(nóng)業(yè)機(jī)械化的運(yùn)用首先需要解決與農(nóng)藝融合及提高效率兩個(gè)方面的問(wèn)題，這也是農(nóng)機(jī)裝備提供技術(shù)的基礎(chǔ)。以大宗糧食作物中玉米的全程機(jī)械化技術(shù)為例，玉米也是近些年來(lái)繼小麥、水稻實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化的主糧之一。玉米生產(chǎn)當(dāng)中農(nóng)機(jī)裝備技術(shù)主要提供機(jī)械化耕整、機(jī)械化播種、機(jī)械化植保、機(jī)械化灌溉以及機(jī)械化收獲這幾個(gè)關(guān)鍵關(guān)節(jié)的技術(shù)支撐。首先，機(jī)械化耕整是最先實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的環(huán)節(jié)，目前在東北、西北等一年一熟地區(qū)（一年兩熟地區(qū)一般采用免耕播種技術(shù)）主要是首先利用液壓翻轉(zhuǎn)犁進(jìn)行翻耕，隨后利用旋耕機(jī)或者動(dòng)力耙、聯(lián)合整地機(jī)進(jìn)行細(xì)碎化整地，耕整過(guò)后的土地松軟、細(xì)碎，符合玉米種床的技術(shù)要求，且效率高、成本低；玉米的機(jī)械化播種目前主要采用精量播種機(jī)，精量播種機(jī)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(jī)通常帶有施肥功能，大大提高了作業(yè)效率，減少作業(yè)環(huán)節(jié)；在一年兩熟地區(qū)玉米主要采用免耕播種技術(shù)，直接在麥茬地進(jìn)行播種，播種機(jī)重型開(kāi)溝器可以使玉米種子及肥料達(dá)到足夠的深度，保證播種符合農(nóng)藝要求；植保則主要由植保無(wú)人機(jī)或者高地隙噴桿噴霧機(jī)來(lái)進(jìn)行，該類(lèi)植保機(jī)械霧化效果好，且防風(fēng)性好，可在保證噴施均勻的同時(shí)，防止藥液漂移，保護(hù)環(huán)境；機(jī)械化灌溉目前技術(shù)較多，有淺埋滴灌技術(shù)、地表滴灌技術(shù)、噴灌技術(shù)或者直接運(yùn)用淋灌機(jī)來(lái)完成，灌溉量可控且簡(jiǎn)單易操作，相比于過(guò)去傳統(tǒng)的大水漫灌，新型的灌溉技術(shù)可有效節(jié)約農(nóng)業(yè)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(jié)。機(jī)械化收獲是重點(diǎn)技術(shù)，目前的玉米收獲機(jī)主要有兩大類(lèi)，一是摘穗剝皮型玉米收獲機(jī)，該類(lèi)機(jī)械通過(guò)前置割臺(tái)實(shí)現(xiàn)玉米穗與莖稈的分離，通過(guò)收獲機(jī)的喂入輸送裝置將玉米穗輸送到剝皮機(jī)上，剝皮機(jī)通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的對(duì)輥實(shí)現(xiàn)玉米的剝皮，最后將玉米穗輸送到糧箱中，該類(lèi)玉米收獲機(jī)可同時(shí)完成摘穗、剝皮、集中裝箱、玉米莖稈粉碎四個(gè)環(huán)節(jié)的工作，正常情況下一臺(tái)四行的玉米收獲機(jī)一個(gè)小時(shí)可以收獲15 畝玉米，相比于傳統(tǒng)人工效率大幅提升；另一種類(lèi)型是籽粒直收型玉米收獲機(jī)，籽粒直收型玉米收獲機(jī)在前置割臺(tái)實(shí)現(xiàn)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(guò)高速旋轉(zhuǎn)的脫粒滾筒實(shí)現(xiàn)玉米粒與玉米軸的分離清選，相比于傳統(tǒng)的玉米收獲機(jī)，該種收獲機(jī)可以同時(shí)完成摘穗、剝皮、脫粒、裝箱、秸稈粉碎五項(xiàng)環(huán)節(jié)，由于籽粒直收型玉米收獲機(jī)對(duì)于玉米的濕度有要求，因此還省去了晾曬的環(huán)節(jié)。

通過(guò)對(duì)玉米全程機(jī)械化的分析來(lái)看，其特點(diǎn)是符合農(nóng)藝要求，且高效可靠。這也是玉米全程機(jī)械化技術(shù)快速發(fā)展的重要基礎(chǔ)，因此在進(jìn)行新型農(nóng)機(jī)裝備的推廣之前首先需要解決的是農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合問(wèn)題以及如何提高生產(chǎn)效率兩個(gè)方面上。

3 果園生產(chǎn)中農(nóng)機(jī)裝備的技術(shù)支撐分析

果園生產(chǎn)是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)中重要的組成部分，也是特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的一部分。受到地形及生產(chǎn)模式的限制，目前我國(guó)果園生產(chǎn)機(jī)械化水平較低，尤其在除草、植保、灌溉、施肥、采摘以及運(yùn)輸?shù)确矫尕叫铏C(jī)械化解決方案。

3.1 果園除草的裝備技術(shù)支撐

目前，我國(guó)果園除草主要有兩種類(lèi)型，一是采用中耕、微耕的方式進(jìn)行除草，該種類(lèi)型的除草也是傳統(tǒng)方式。具體為通過(guò)中耕或者微耕的方式打破地表土層，進(jìn)而徹底消滅地表雜草。目前，背負(fù)式的微耕機(jī)及中耕機(jī)多操作簡(jiǎn)單靈活，但效率較低，不適合大規(guī)模果園使用；市場(chǎng)上也有搭配自走式動(dòng)力的機(jī)具效率較高，可適用于大中型規(guī)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(jì)的西方，即在果園行間種植專(zhuān)用的生草品種，一方面可以有效減少地表的水土流失，達(dá)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(jī)質(zhì)，屬于新型的果園管理技術(shù)。生草刈割主要由水平高速旋轉(zhuǎn)的刀片來(lái)完成，將生草攔腰割斷，以保證生草的后續(xù)生長(zhǎng)。刈割割草機(jī)主要有懸掛式、自走式以及遙控式幾種。懸掛式割草機(jī)成本較低且效率高，但容易受到地形及樹(shù)形的限制，適合短砧密植的且地形簡(jiǎn)單的中大型果園；自走式（坐騎式）割草機(jī)受地形限制較小，可以實(shí)現(xiàn)緩坡的割草作業(yè)，但成本較高，適合中大型果園使用；遙控式割草機(jī)不受樹(shù)形及地形限制，新型及傳統(tǒng)果園均可使用[1]。

3.2 果園植保的裝備技術(shù)支撐

果園植保是果園管理當(dāng)中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)之一。現(xiàn)代化果園中對(duì)果園的植保有以下幾個(gè)要求：（1）高效。植保作業(yè)有著十分明顯的時(shí)效性，因此植保作業(yè)必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，否則效果則會(huì)事倍功半；（2）有效。植保作業(yè)必須符合果園植保的農(nóng)藝要求，其霧滴的均勻性及對(duì)果樹(shù)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(duì)工作人員的健康安全存在著威脅，每年因植保作業(yè)中毒的案例十分巨大；（4）綠色環(huán)保。由于藥劑的腐蝕及毒性，過(guò)量的藥劑對(duì)于環(huán)境是一種巨大的負(fù)擔(dān)，對(duì)環(huán)境的影響也十分巨大。目前來(lái)講，果園植保裝備多為風(fēng)送式噴霧機(jī)。風(fēng)送式噴霧機(jī)一般分為懸掛式、牽引式和自走式幾種，藥液通過(guò)高壓噴頭向外噴灑，借助風(fēng)扇帶來(lái)的強(qiáng)勁風(fēng)力，藥滴單側(cè)噴幅可達(dá)20m 幅寬，數(shù)米的高度。背負(fù)式噴霧機(jī)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(duì)于現(xiàn)代化的農(nóng)藝要求符合高效、有效以及安全的要求。但是對(duì)環(huán)境的友好度尚有不足，目前的植保機(jī)為了保證果樹(shù)的噴施效果，往往會(huì)加大噴藥量這就容易加大藥液對(duì)環(huán)境的污染，不符合綠色環(huán)保的要求。而且，部分果農(nóng)也對(duì)植保方法上存在誤區(qū)，往往覺(jué)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(chóng)害沖洗下來(lái)。因此，果園植保機(jī)的未來(lái)發(fā)展方向應(yīng)該是更加節(jié)省藥量、效果更好、更加綠色環(huán)保的靜電植保機(jī)。該種類(lèi)型的噴霧機(jī)是在風(fēng)送式噴霧機(jī)的基礎(chǔ)上增加了靜電發(fā)生裝置，通過(guò)正負(fù)電子核的吸附效應(yīng)讓霧滴吸附在葉面、葉背以及樹(shù)干樹(shù)枝上，可有效節(jié)約35%以上的藥液，即節(jié)約了植保成本，也提高了噴施效果，而且還降低了對(duì)環(huán)境的不利影響。

3.3 果園灌溉的裝備技術(shù)支撐

果園傳統(tǒng)的灌溉方式以大水漫灌居多，但大水灌溉一方面浪費(fèi)水資源、勞動(dòng)強(qiáng)度大，另一方面還容易受到地形的限制，由于果園生產(chǎn)往往在山地丘陵地區(qū)，這對(duì)灌溉產(chǎn)生了更大的困難。目前，較為先進(jìn)的果園灌溉技術(shù)為水肥一體化灌溉技術(shù)，主要設(shè)備為水肥一體化設(shè)備。該設(shè)備主要由蓄水池、主機(jī)控制系統(tǒng)、管道組成，主機(jī)控制系統(tǒng)可以將水和肥料進(jìn)行混合、過(guò)濾，然后加壓到主管道，水肥從主管道細(xì)分到各個(gè)支管道上最后滲透進(jìn)果樹(shù)根部。從控制系統(tǒng)可以設(shè)定灌溉時(shí)間、灌溉區(qū)域等，一體主機(jī)通?？梢怨芾?00～300 畝果園。

3.4 果園施肥的裝備技術(shù)支撐

除水溶肥外，施加有機(jī)肥是最關(guān)鍵的果園管理措施，也是保證果品品質(zhì)好壞的關(guān)鍵。施加有機(jī)肥的措施往往是深埋，這就需要開(kāi)溝、施肥、回填三項(xiàng)環(huán)節(jié)，十分耗工、費(fèi)力。目前，市場(chǎng)上的開(kāi)溝施肥機(jī)技術(shù)發(fā)展較為成熟，可以一次性完成開(kāi)溝、施肥、回填三個(gè)環(huán)節(jié)，大大提高了工作效率。開(kāi)溝施肥機(jī)的開(kāi)溝器主要有圓盤(pán)刀片式、鏈條刀片式以及螺旋刀片式三種，圓盤(pán)刀片式是指將開(kāi)溝刀片固定在圓盤(pán)上，通過(guò)圓盤(pán)高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行開(kāi)溝，鏈條開(kāi)溝器是將刀片橫向固定在鏈條上，然后通過(guò)鏈條的帶動(dòng)進(jìn)行開(kāi)溝，此兩種開(kāi)溝器效率較高，但對(duì)土質(zhì)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(kāi)溝器相較于上兩種效率較低，但適合在土質(zhì)復(fù)雜有石塊、磚頭等雜物的地塊中使用。

3.5 果園采摘及運(yùn)輸?shù)难b備技術(shù)支撐

果園采摘是果園生產(chǎn)中最耗工的環(huán)節(jié)，目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的方法是裝備輔助+人工采摘的方式。主要運(yùn)用的裝備是果園作業(yè)平臺(tái)，果園作業(yè)平臺(tái)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(cè)邊也可以伸展方便操作工采摘果實(shí)，部分配置高的平臺(tái)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(tái)還可以搭配疏花器、剪枝剪才完成疏花、剪枝的工作，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用的功能。

在一些極端地形的果園，物資運(yùn)輸也是較為棘手的問(wèn)題，只能依靠小型、簡(jiǎn)易的運(yùn)輸裝備甚至是人力、畜力。目前，針對(duì)極端地形的運(yùn)輸可以運(yùn)用軌道車(chē)來(lái)進(jìn)行物資運(yùn)輸。軌道車(chē)由軌道、車(chē)頭、拖掛車(chē)組成，軌道以單軌居多，最大爬坡角度可達(dá)45°。在果園依據(jù)地形鋪設(shè)軌道以后既可實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸，期間還可以設(shè)置多個(gè)站點(diǎn)，方便物資的裝卸。

4 智能農(nóng)機(jī)裝備的技術(shù)支撐

我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展目標(biāo)不僅僅是機(jī)械替人，而是實(shí)現(xiàn)智能化、“無(wú)人化”，無(wú)人化不是單純地指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)沒(méi)有人員，而是類(lèi)似于高度自動(dòng)化的車(chē)間工廠，人員不參與到實(shí)際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，只負(fù)責(zé)監(jiān)控與維護(hù)，這才是真正意義上的無(wú)人農(nóng)場(chǎng)。從目前的技術(shù)來(lái)看，無(wú)人裝備以及輔助裝備已經(jīng)有所發(fā)展，例如目前較為火熱的北斗導(dǎo)航智能輔助駕駛系統(tǒng)，初級(jí)版本的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)輔助直線行走及交接行的調(diào)節(jié)，但不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)拐彎調(diào)頭，也不能自主規(guī)劃路徑，屬于智能輔助駕駛系統(tǒng)；還有十分熱門(mén)的遙控設(shè)備，例如無(wú)人植保機(jī)、果園作業(yè)機(jī)屬于遙控裝備，部分無(wú)人機(jī)可以基于5G 基站生成作業(yè)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)自主作業(yè)，多數(shù)仍然主要依靠人工進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)分離，但依舊不能完全實(shí)現(xiàn)自主操作。目前，完全自主操作的農(nóng)機(jī)裝備也有所發(fā)展，其依賴(lài)于強(qiáng)大的5G+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)所在的農(nóng)場(chǎng)生成模型，可以實(shí)現(xiàn)自主作業(yè)以及多種裝備的協(xié)同作業(yè)，例如國(guó)內(nèi)首個(gè)主從導(dǎo)航收獲機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行的糧食收割過(guò)程自動(dòng)化的擁有“主從導(dǎo)航收獲機(jī)系統(tǒng)”的谷物聯(lián)合收割機(jī)由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)和濰柴雷沃聯(lián)合研制，該裝備結(jié)合了國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的具體情況，集北斗定位、GPS 自動(dòng)導(dǎo)航、電控液壓自動(dòng)轉(zhuǎn)向、收割臺(tái)自動(dòng)控制、作業(yè)機(jī)具自動(dòng)升降、油門(mén)開(kāi)度自動(dòng)調(diào)節(jié)和緊急遙控熄火等多項(xiàng)自動(dòng)化功能為一體，實(shí)現(xiàn)了收割機(jī)自動(dòng)收割、拖拉機(jī)自動(dòng)控制精密播種、施肥、起壟等作業(yè)，大大提高了農(nóng)機(jī)作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化，可以說(shuō)這是我國(guó)智能“無(wú)人”農(nóng)場(chǎng)的雛形[2]。

智能“無(wú)人”農(nóng)場(chǎng)從雛形走向推廣仍然面臨著諸多問(wèn)題。（1）實(shí)現(xiàn)“無(wú)人”農(nóng)場(chǎng)的首要前提是實(shí)現(xiàn)規(guī)?；N植，目前我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)主要依據(jù)的是家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制，以小地塊散戶(hù)為主，不能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?shí)現(xiàn)規(guī)?；N植是提高農(nóng)機(jī)裝備的生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)，因此如果實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、智能化必須首要解決的是農(nóng)業(yè)規(guī)?；a(chǎn)的問(wèn)題，通過(guò)土地流轉(zhuǎn)、托管、合作經(jīng)營(yíng)等多種渠道，實(shí)現(xiàn)規(guī)模化經(jīng)營(yíng)種植；（2）基礎(chǔ)設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化必須要有良好的農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施，包括并不局限于電力、水資源、網(wǎng)絡(luò)資源、道路交通、設(shè)施場(chǎng)所等。例如，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)就比如有電力以及水資源，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)就必須有全套的農(nóng)機(jī)裝備以及完善良好的道路交通、機(jī)庫(kù)場(chǎng)所等；實(shí)現(xiàn)智能“無(wú)人”化生產(chǎn)就需要網(wǎng)絡(luò)資源、衛(wèi)星資源等，沒(méi)有完善的農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施就難以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。（3）低質(zhì)量的農(nóng)機(jī)裝備充斥市場(chǎng)。首先，實(shí)現(xiàn)高效的農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)，必須依托于高質(zhì)量的農(nóng)機(jī)裝備。目前國(guó)內(nèi)農(nóng)機(jī)市場(chǎng)較為混亂，農(nóng)機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，假冒偽劣產(chǎn)品充斥著市場(chǎng)。這些產(chǎn)品在作業(yè)過(guò)程中不僅故障率高還能作業(yè)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，如果不改變這種現(xiàn)狀的話就難以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，智能“無(wú)人”農(nóng)場(chǎng)更不能依托在低質(zhì)量的農(nóng)機(jī)裝備上。（4）難以接受的高成本。從總體的表現(xiàn)來(lái)看，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是一種經(jīng)濟(jì)效益較低且風(fēng)險(xiǎn)極高的產(chǎn)業(yè)。目前價(jià)值較高的農(nóng)機(jī)裝備的主要用途是進(jìn)行農(nóng)機(jī)服務(wù)來(lái)獲取報(bào)酬，在完成一定規(guī)模的作業(yè)以后才能完全發(fā)揮農(nóng)機(jī)裝備的經(jīng)濟(jì)效益，這往往需要農(nóng)機(jī)用戶(hù)們進(jìn)行跨區(qū)作業(yè)才能滿(mǎn)足。如果以同種規(guī)模來(lái)組建現(xiàn)代化智能“無(wú)人”農(nóng)場(chǎng)這代表著極高的建設(shè)成本，對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來(lái)講是不切合實(shí)際的，這也是智能“無(wú)人”農(nóng)場(chǎng)及智能“無(wú)人”裝備難以推廣的最重要的原因之一[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，我國(guó)的農(nóng)機(jī)裝備發(fā)展速度較快，在標(biāo)準(zhǔn)的作業(yè)環(huán)節(jié)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)初步的機(jī)械化作業(yè)，對(duì)于我國(guó)現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)發(fā)展已經(jīng)提供了一定的技術(shù)支撐，但在一些薄弱環(huán)節(jié)仍需繼續(xù)努力，例如蔬菜的播種、移栽、收獲環(huán)節(jié)，設(shè)施農(nóng)業(yè)中的各個(gè)環(huán)節(jié)，以及部分特色經(jīng)濟(jì)作物（例如：甘蔗、麻山藥、中藥材、雜糧等）的全程機(jī)械化發(fā)展依然落后，這也需要社會(huì)各界的共同努力。