科技创新开拓农业机械化新篇章

文/陈学庚 石河子大学

地膜植棉机械化行动、膜下滴灌精密播种、棉花生产全程机械化推进、智能化技术应用、农田残膜治理……回顾过去，我多次见证了科技创新对农业机械化发展产生的巨大作用。

农机化科技创新的新疆实践

1979年，新疆石河子垦区引进地膜覆盖技术种植棉花，但是人工作业效率低，难以大面积推广。当时，新疆的棉花面积占全国的10.9%，总产占全国的4%，平均单产低于全国平均水平的18%。

针对产业发展存在的突出问题，兵团掀起了铺膜播种机创新热潮，成立了十几个铺膜机研制小组，不到2年时间就完成了2BMS系列机具的研究，研制成了13种联合作业新机型，班次作业效率相当于300个人工，并通过了农牧渔业部组织的科研成果鉴定。

1983年至1994年期间，兵团继续加大力度改进铺膜播种新机具。根据不同区域的土壤气候条件和农艺要求，不间断地研制推广多种新机具，形成了系列新产品，完成了从成果到产品再到商品的转换全过程。这个时期，新疆地膜植棉机械化推广面积达6890万亩。兵团棉农人均管理定额由15亩提高到30亩，兵团皮棉平均亩单产也由1982年的38.6公斤提高到1994年的82公斤。地膜植棉机械化推动了新疆棉花产业的第一次提升。该项成果曾获1995年度国家科技进步一等奖。

2BMJ型铺膜铺管精量播种机

上世纪90年代后期，为实现新疆棉花产业的第二次提升，在地膜植棉技术的基础上，兵团提出了基于机采棉条件下，植棉全程水肥调控的膜下滴灌、精量播种栽培新农艺，与新农艺相配套的联合作业新机具成待攻克瓶颈。兵团又掀起了研究膜下滴灌、精密播种机具的热潮。四年奋斗，难关攻克，研制了一次作业完成八道工序的膜下滴灌精量播种机，达到了播量精确、播程一致、轴距均匀、适宜机采和高密度的农艺要求，快速实现了产业化。将棉花的单产又由1994年的82公斤提升到2014年的155.7公斤，达到了世界领先水平。整体技术水平达到国际先进，在新疆地膜植棉中大面积推广，引领了新疆地膜植棉机械化技术的发展。到2017年，兵团棉花膜下滴灌播种面积达到了602万亩，占当时棉花总面积的80%，可以说膜下滴灌、机械化采收、精量播种技术与装备创新，又助推了新疆棉花产业的二次提升。通过膜下滴灌水肥一体化管理技术，2015年兵团综合机械化水平已经达到93%。

2018年新疆棉花总产量占全国的比例超过80%，成为我国最大优质棉生产基地。棉花生产全程机械化是新疆众多科技工作者多年为之奋斗的目标。棉花生产全程机械化技术创新成果已在山东、河北等传统棉区示范推广，取得了很好的效果。在棉花机具推广的同时，也拓展了膜下滴灌精量播种技术的应用范围，成功开发出玉米、甜菜、花生及滴灌水稻等作物的滴灌精播机，目前在全国多省区大量推广。

针对棉花生产方式落后、生产效率低和比较效益下降等突出问题，兵团以机械装备创新为攻关目标，相继研发出种床精细整备、超窄行精量播种、脱叶剂高效喷洒、机械采收与储运等关键技术装备，创新建立了棉花生产全程机械化技术体系，率先在国内实现棉花生产全程机械化。以机械化采收为主线，集成高产栽培技术、田管配套技术、脱叶催熟技术、机械采收技术、采后储运技术，建立棉花生产机械化技术体系，实现规模化推广应用，棉花生产用工大幅减少，棉花生产成本大幅降低，用机械化手段实现了棉花生产的精耕细作。生产全程机械化助推了新疆棉花产业的第三次提升。

精量播种出苗情况

棉花生产全程机械化和信息化技术改变了传统的植棉模式。上世纪九十年代前，农场职工、新疆农民植棉积极性不高，收入微薄。每年5月定苗和9月采收，兵团“机关关门、学校停课、工厂停工”，还有60万内地采棉大军进疆，全民投身棉花生产。目前的状态是：全兵团各植棉团场10天完成播种，30天内完成收获、秸秆还田和耕翻作业。人均管理面积大幅提升，职工收入大大提高，实现了产业跨越式发展。

近年来，信息化技术融入农业装备发展很快，北斗卫星导航拖拉机自动驾驶系统在兵团得到了广泛应用。兵团应用卫星导航定位自动驾驶进行棉花播种，能一次完成铺膜、铺管、播种作业，1000m播行垂直误差不超过3cm，播幅连接行误差不超过3cm，有效解决了农机播种作业中出现的“播不直、接不上茬”的老大难问题。

卫星导航拖拉机自动驾驶技术，在白天、黑夜都可以全天候播种作业。播种的行无缝对接，播行笔直。为什么北斗导航、拖拉机自动驾驶在新疆地区能推广的这么快？主要原因是性价比高，老百姓使用后，可以挣到钱，效益增强，这时候进行大范围推广就成为可能。现在农机信息达到了“实时掌控”，采棉机作业信息实现“看得见”，无人机值保在试验当中可以达到“指哪打哪”的效果。

智能化技术大范围应用，实现了农机作业实时远程监控、轨迹管理、车辆档案管理、报表系统管理、车辆巡检等功能。通过监测农机作业情况，及时获得农业大数据，建立农情数据库。借助无人机精准施药提高农药资源利用率；复式作业和联合作业机械、低排放的拖拉机、保护性耕作机械、节水灌溉机械、精量播机械、低残留的植保机械成为农业机械发展的主流。智能化技术应用让棉花产业又一次提升。

地膜铺盖栽培为农民带来了巨大的经济效益，使新疆兵团棉花单产走在世界前列。但这种方式产生的残膜污染对生态环境、对农业可持续发展带来了阻碍。残膜回收是新疆农业可持续发展亟待解决的难题。适合中国国情的农田残膜回收机械研究开发，难度很大，只能走全新的创新创造之路。2017年秋季，兵团研制出三种概念样机，进行了性能试验，证明原理可行。在此基础上设计的三种新型试验样机已试制完工，2018年9-11月进行了较全面性能试验与作业考核，为2019年小批量试生产奠定基础。截至目前，兵团已研制出十多种不同类型的残膜回收新机具。农田残膜治理必将再次助推装备制造产业的发展。

我国农业机械化的发展状态

从新疆棉花全程机械化发展历程，可以看出我国农业机械化迈出了很多新步伐。目前，我国农机工业产值世界第一，农业使用量世界第一，已成为世界农机大国；自2004年11月1日我国《农业机械化促进法》实施以来，我国农机化科技创新开始提速。2017年全国农作物耕种收综合机械化水平达到67%；各类新型主体不断涌现，服务模式不断创新，农机合作社发展迅速，数量不断增加；全社会对农业机械化的认识不断提高，“农业的根本出路在于机械化”已成为全社会的共识。

移动式滴灌首部

扎实推进农机化科技创新。农业机械化是个系统工程，需要跳出农机发展农机。努力构建造用配合、机艺融合、开放发展的新格局。实现农机作业、作物品种、栽培模式相互适应、深度融合，形成全程机械化整体解决方案和技术体系。加强国外先进农机研发与制造技术的引进消化吸收，提高我国现代农业装备有效供给能力和国际竞争力。

加强我国农业装备公共检测平台建设。加强大型农机装备关键部件和整机性能检测平台建设，通过智能化、信息化的检测设备，测试关键部件和整机的装备情况，提升农机产品的整机运行可靠性，延长装备使用寿命，减少农机事故的发生；突破重型柴油机、无级变速、电控技术、液压驱动和动植物对象识别与监控系统等为代表的关键零部件效能提升和可靠性技术；推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代农业机械装备制造业结合，创制具有信息获取、智能决策和精准作业能力的新一代农机装备。

加强信息获取、智能决策和精准作业能力的建设。信息化是农业现代化的制高点，是攻关的主要目标。“十三五”时期，大力发展农业农村信息化，是加快推进农业现代化、全面建成小康社会的迫切需要。

加强农业机械化瓶颈的攻坚克难。随着时间推移，大力发展南方丘陵山区农机化及特种产品加工机械化将成为行业内外的共识，茶叶产业产值已达到万亿，但种植和加工机械化程度非常低，是攻坚克难的主要目标；随着农村土地合理流转和城镇化进程加快，为丘陵山区机械化发展提供了广阔空间，农民对农机作业的需求会越来越迫切，发展丘陵山区机械化成为现实选择。

国外农机装备信息化技术应用

尽管我国农业机械化的发展取得了显著进步，但与发达国家相比，装备智能化水平不高，对农业高质量绿色发展支撑不足。存在的短板主要是机械装备不配套和农机农艺结合存在不足。

采棉机在棉地采棉

从上世纪70年代开始，国外先进农机装备开始向数字化、信息化、自动化和智能化方向快速发展。用信息化技术提升农业机械的设计和制造水平，包括各种智能控制技术、农业机械导航及自动作业技术，提高农业机械的作用性能和作业质量；用信息化技术提高农业机械化的管理水平，包括农机作业的远程监控与调度，提高农业机械的利用效率和效益。

美国在上世纪80年代率先提出精准农业构想，随后以3s(农业遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）和全球卫星定位系统（GPS）)信息技术为纽带，将现代生物技术、均衡施肥技术、节约灌溉技术、自动监测技术、智能机械技术应用于农业生产。

产品向控制智能化、操作自动化和驾驶舒适化发展。控制智能化、操作自动化和驾驶舒适化是发展高效节本农业的有效途径。高度自动化的作业机械不仅提高工作效率、降低作业成本、提高驾驶员的舒适性，而且可以提高农产品在国际市场上的竞争优势。例如：约翰迪尔最新的采棉机。它的创新是比较多的，比如行走系统使驾驶员能够集中精力观察田间采摘环境，不需要控制机器转向，易于操作，利于黄昏和夜间的采摘作业，减轻压力和疲劳强度。棉包重量感应系统可在收获期间提供棉包重要的实时反馈，更容易对产量监控器进行校准。采棉机上安装的传感器主要有行走速度传感器、采摘头高度传感器、风机测速传感器和一些测量棉花特性的传感器。这些采集到的信息一部分用于实现棉花流量测量，另一些则是获取必要的采棉机工作参数和运动状态，为实现产量监测和生成产量分布图提供数据。

注重资源节约和环境保护，促进农业可持续发展。联合国粮食及农业组织提出“持续满足目前和世世代代的需要，能较好保护现有资源和环境，技术上适应、经济上有活力、而且社会能够接受的农业”这一可持续农业的基本概念。

棉花机械化采收

世界各国近半个世纪，特别是最近20年来，越来越重视开发农业资源高效利用和农业可持续发展的农业装备。多类型的传感器广泛用于节能、低排放的拖拉机、保护性耕作机械、节水灌溉机械、精量播种机械、节约低残留的植保机械等，已经成为农业机械发展的主流。以播种机为例：广泛采用“机、电、液、气”新技术和传感器设备，提高播种机性能和可靠性。用液压油缸来升降和调节开沟器、划行器、折叠机架，采用液压马达驱动风机或装肥搅龙；采用信号装置、电子监视装置或监控装置来及时报警故障的发生，显示播量或自动调节排种量大小；开沟器装备一次润滑的滚动轴承，行走轮采用无内胎充气轮，快速挂接装置，宽幅播种机加装横向运输轮等。目前，西欧谷物播种机的工作幅度一般在5～6m，而美国、加拿大、俄罗斯等幅员辽阔的国家，不少机型可达10～15m。美国广泛采用单机编组作业，最大幅宽超过20m，这在传感器和智能化应用、信息化应用方面是很普遍的。例如美国约翰迪尔公司24行免耕精量播种机，这些播种机要想达到播量精确、播程一致、轴距均匀的话，信息化、智能化的融入非常重要。

信息化的工业技术广泛应用于农机装备生产。

国外农机企业特别关注产品的使用可靠性和耐用度，讲究材料选择和关键部件的热处理，从理念上关注产品质量，用制造小汽车的技术和装备去生产制造农机具。激光切割、数控下料、数控机床、自动焊接机器人、精密锻造、精密铸造等先进技术从上世纪末就开始广泛应用于农机装备制造业。

随着农业现代化进程的不断发展，农机装备也在向着高质量、多功能、低能耗和低成本等方向发展，自动化、信息化、智能化技术逐渐融入，整体化解决方案逐步被接受，创新、协调、绿色、开放、共享发展新理念是世界农机行业发展的必然趋势。