农业现代化进程中农机装备的技术支撑探析

河北省农业机械鉴定总站 贾雅丽

1 农业机械化的发展

自新中国成立以来，农业农村工作一直是历届党和政府的重点中心工作，尤其是农业机械化的发展工作更是重中之重。在党和政府以及社会各界的不懈努力下，我国农业机械化工作已经取得了巨大成果，农机总动力达到了107764.32 万千瓦（2021 年数据），大宗粮食作物已经基本实现了全程机械化，农业全程全面机械化成为新阶段的重点工作。山区丘陵农机、果园装备、蔬菜装备、设施装备、新型智能装备成为当前重点攻克的方向。

2 农业生产中装备技术支撑应用分析

运用农机装备的目的是降低作业成本，提高生产效率以及经济效益，因此农业机械化的运用首先需要解决与农艺融合及提高效率两个方面的问题，这也是农机装备提供技术的基础。以大宗粮食作物中玉米的全程机械化技术为例，玉米也是近些年来继小麦、水稻实现全程机械化的主粮之一。玉米生产当中农机装备技术主要提供机械化耕整、机械化播种、机械化植保、机械化灌溉以及机械化收获这几个关键关节的技术支撑。首先，机械化耕整是最先实现机械化的环节，目前在东北、西北等一年一熟地区（一年两熟地区一般采用免耕播种技术）主要是首先利用液压翻转犁进行翻耕，随后利用旋耕机或者动力耙、联合整地机进行细碎化整地，耕整过后的土地松软、细碎，符合玉米种床的技术要求，且效率高、成本低；玉米的机械化播种目前主要采用精量播种机，精量播种机可以保证单粒播种，每穴只播一粒种子，省去了日后的间苗工作，且播种机通常带有施肥功能，大大提高了作业效率，减少作业环节；在一年两熟地区玉米主要采用免耕播种技术，直接在麦茬地进行播种，播种机重型开沟器可以使玉米种子及肥料达到足够的深度，保证播种符合农艺要求；植保则主要由植保无人机或者高地隙喷杆喷雾机来进行，该类植保机械雾化效果好，且防风性好，可在保证喷施均匀的同时，防止药液漂移，保护环境；机械化灌溉目前技术较多，有浅埋滴灌技术、地表滴灌技术、喷灌技术或者直接运用淋灌机来完成，灌溉量可控且简单易操作，相比于过去传统的大水漫灌，新型的灌溉技术可有效节约农业用水，大幅提高灌溉效率，而且淋灌或者喷灌是模仿自然降雨的原理，不伤苗、且土壤不板结。机械化收获是重点技术，目前的玉米收获机主要有两大类，一是摘穗剥皮型玉米收获机，该类机械通过前置割台实现玉米穗与茎秆的分离，通过收获机的喂入输送装置将玉米穗输送到剥皮机上，剥皮机通过高速旋转的对辊实现玉米的剥皮，最后将玉米穗输送到粮箱中，该类玉米收获机可同时完成摘穗、剥皮、集中装箱、玉米茎秆粉碎四个环节的工作，正常情况下一台四行的玉米收获机一个小时可以收获15 亩玉米，相比于传统人工效率大幅提升；另一种类型是籽粒直收型玉米收获机，籽粒直收型玉米收获机在前置割台实现玉米穗与茎秆分离之后，由喂入输送装置直接输送到脱粒滚筒部位，通过高速旋转的脱粒滚筒实现玉米粒与玉米轴的分离清选，相比于传统的玉米收获机，该种收获机可以同时完成摘穗、剥皮、脱粒、装箱、秸秆粉碎五项环节，由于籽粒直收型玉米收获机对于玉米的湿度有要求，因此还省去了晾晒的环节。

通过对玉米全程机械化的分析来看，其特点是符合农艺要求，且高效可靠。这也是玉米全程机械化技术快速发展的重要基础，因此在进行新型农机装备的推广之前首先需要解决的是农机农艺融合问题以及如何提高生产效率两个方面上。

3 果园生产中农机装备的技术支撑分析

果园生产是农业经济中重要的组成部分，也是特色农业产业的一部分。受到地形及生产模式的限制，目前我国果园生产机械化水平较低，尤其在除草、植保、灌溉、施肥、采摘以及运输等方面亟需机械化解决方案。

3.1 果园除草的装备技术支撑

目前，我国果园除草主要有两种类型，一是采用中耕、微耕的方式进行除草，该种类型的除草也是传统方式。具体为通过中耕或者微耕的方式打破地表土层，进而彻底消灭地表杂草。目前，背负式的微耕机及中耕机多操作简单灵活，但效率较低，不适合大规模果园使用；市场上也有搭配自走式动力的机具效率较高，可适用于大中型规模的果园使用。另一种除草方式是生草刈割。生草刈割起源于20 世纪的西方，即在果园行间种植专用的生草品种，一方面可以有效减少地表的水土流失，达到蓄水保墒、改善果园小气候的作用；另一方面，生草还可以以草治草，刈割的生草还可以增加果园土壤的有机质，属于新型的果园管理技术。生草刈割主要由水平高速旋转的刀片来完成，将生草拦腰割断，以保证生草的后续生长。刈割割草机主要有悬挂式、自走式以及遥控式几种。悬挂式割草机成本较低且效率高，但容易受到地形及树形的限制，适合短砧密植的且地形简单的中大型果园；自走式（坐骑式）割草机受地形限制较小，可以实现缓坡的割草作业，但成本较高，适合中大型果园使用；遥控式割草机不受树形及地形限制，新型及传统果园均可使用[1]。

3.2 果园植保的装备技术支撑

果园植保是果园管理当中最重要的一个环节之一。现代化果园中对果园的植保有以下几个要求：（1）高效。植保作业有着十分明显的时效性，因此植保作业必须在规定时间内完成，否则效果则会事倍功半；（2）有效。植保作业必须符合果园植保的农艺要求，其雾滴的均匀性及对果树喷施的均匀性均有一定要求；（3）安全。植保药剂通常有着一定的腐蚀性及毒性，这对工作人员的健康安全存在着威胁，每年因植保作业中毒的案例十分巨大；（4）绿色环保。由于药剂的腐蚀及毒性，过量的药剂对于环境是一种巨大的负担，对环境的影响也十分巨大。目前来讲，果园植保装备多为风送式喷雾机。风送式喷雾机一般分为悬挂式、牵引式和自走式几种，药液通过高压喷头向外喷洒，借助风扇带来的强劲风力，药滴单侧喷幅可达20m 幅宽，数米的高度。背负式喷雾机携药量一般为300～500L，小巧灵活，适合中小型果园使用；牵引式及自走式药箱容积一般为1000～2000L，适合大中型果园使用。对于现代化的农艺要求符合高效、有效以及安全的要求。但是对环境的友好度尚有不足，目前的植保机为了保证果树的喷施效果，往往会加大喷药量这就容易加大药液对环境的污染，不符合绿色环保的要求。而且，部分果农也对植保方法上存在误区，往往觉得药量越多效果越好，甚至故意加大药量及喷头压力，试图将病虫害冲洗下来。因此，果园植保机的未来发展方向应该是更加节省药量、效果更好、更加绿色环保的静电植保机。该种类型的喷雾机是在风送式喷雾机的基础上增加了静电发生装置，通过正负电子核的吸附效应让雾滴吸附在叶面、叶背以及树干树枝上，可有效节约35%以上的药液，即节约了植保成本，也提高了喷施效果，而且还降低了对环境的不利影响。

3.3 果园灌溉的装备技术支撑

果园传统的灌溉方式以大水漫灌居多，但大水灌溉一方面浪费水资源、劳动强度大，另一方面还容易受到地形的限制，由于果园生产往往在山地丘陵地区，这对灌溉产生了更大的困难。目前，较为先进的果园灌溉技术为水肥一体化灌溉技术，主要设备为水肥一体化设备。该设备主要由蓄水池、主机控制系统、管道组成，主机控制系统可以将水和肥料进行混合、过滤，然后加压到主管道，水肥从主管道细分到各个支管道上最后渗透进果树根部。从控制系统可以设定灌溉时间、灌溉区域等，一体主机通常可以管理100～300 亩果园。

3.4 果园施肥的装备技术支撑

除水溶肥外，施加有机肥是最关键的果园管理措施，也是保证果品品质好坏的关键。施加有机肥的措施往往是深埋，这就需要开沟、施肥、回填三项环节，十分耗工、费力。目前，市场上的开沟施肥机技术发展较为成熟，可以一次性完成开沟、施肥、回填三个环节，大大提高了工作效率。开沟施肥机的开沟器主要有圆盘刀片式、链条刀片式以及螺旋刀片式三种，圆盘刀片式是指将开沟刀片固定在圆盘上，通过圆盘高速旋转进行开沟，链条开沟器是将刀片横向固定在链条上，然后通过链条的带动进行开沟，此两种开沟器效率较高，但对土质有要求，不能有石块、砖头等杂物，否则容易造成刀片的损坏；螺旋式开沟器相较于上两种效率较低，但适合在土质复杂有石块、砖头等杂物的地块中使用。

3.5 果园采摘及运输的装备技术支撑

果园采摘是果园生产中最耗工的环节，目前国内外普遍采用的方法是装备辅助+人工采摘的方式。主要运用的装备是果园作业平台，果园作业平台只适用于矮砧密植型果园使用，它一般可以升高至两米以上的高度，侧边也可以伸展方便操作工采摘果实，部分配置高的平台还可以自主升降果箱，大大提高了采摘的效率，除此以外，平台还可以搭配疏花器、剪枝剪才完成疏花、剪枝的工作，实现一机多用的功能。

在一些极端地形的果园，物资运输也是较为棘手的问题，只能依靠小型、简易的运输装备甚至是人力、畜力。目前，针对极端地形的运输可以运用轨道车来进行物资运输。轨道车由轨道、车头、拖挂车组成，轨道以单轨居多，最大爬坡角度可达45°。在果园依据地形铺设轨道以后既可实现运输，期间还可以设置多个站点，方便物资的装卸。

4 智能农机装备的技术支撑

我国农业现代化的发展目标不仅仅是机械替人，而是实现智能化、“无人化”，无人化不是单纯地指农业生产没有人员，而是类似于高度自动化的车间工厂，人员不参与到实际的农业生产环节，只负责监控与维护，这才是真正意义上的无人农场。从目前的技术来看，无人装备以及辅助装备已经有所发展，例如目前较为火热的北斗导航智能辅助驾驶系统，初级版本的系统可以实现辅助直线行走及交接行的调节，但不能实现自动拐弯调头，也不能自主规划路径，属于智能辅助驾驶系统；还有十分热门的遥控设备，例如无人植保机、果园作业机属于遥控装备，部分无人机可以基于5G 基站生成作业区域实现自主作业，多数仍然主要依靠人工进行控制，实现了人机分离，但依旧不能完全实现自主操作。目前，完全自主操作的农机装备也有所发展，其依赖于强大的5G+物联网技术，对所在的农场生成模型，可以实现自主作业以及多种装备的协同作业，例如国内首个主从导航收获机系统进行的粮食收割过程自动化的拥有“主从导航收获机系统”的谷物联合收割机由华南农业大学和潍柴雷沃联合研制，该装备结合了国内农业生产的具体情况，集北斗定位、GPS 自动导航、电控液压自动转向、收割台自动控制、作业机具自动升降、油门开度自动调节和紧急遥控熄火等多项自动化功能为一体，实现了收割机自动收割、拖拉机自动控制精密播种、施肥、起垄等作业，大大提高了农机作业的标准化，可以说这是我国智能“无人”农场的雏形[2]。

智能“无人”农场从雏形走向推广仍然面临着诸多问题。（1）实现“无人”农场的首要前提是实现规模化种植，目前我国农业经营主要依据的是家庭联产承包责任制，以小地块散户为主，不能实现规模化。实现规模化种植是提高农机装备的生产效率、降低生产成本的基础，因此如果实现农业现代化、智能化必须首要解决的是农业规模化生产的问题，通过土地流转、托管、合作经营等多种渠道，实现规模化经营种植；（2）基础设施的标准化建设。实现农业现代化必须要有良好的农业的基础设施，包括并不局限于电力、水资源、网络资源、道路交通、设施场所等。例如，实现农业生产就比如有电力以及水资源，实现机械化生产就必须有全套的农机装备以及完善良好的道路交通、机库场所等；实现智能“无人”化生产就需要网络资源、卫星资源等，没有完善的农业基础设施就难以实现农业现代化。（3）低质量的农机装备充斥市场。首先，实现高效的农业机械化生产，必须依托于高质量的农机装备。目前国内农机市场较为混乱，农机产品质量良莠不齐，假冒伪劣产品充斥着市场。这些产品在作业过程中不仅故障率高还能作业质量不达标，如果不改变这种现状的话就难以实现高质量的农业现代化，智能“无人”农场更不能依托在低质量的农机装备上。（4）难以接受的高成本。从总体的表现来看，农业生产是一种经济效益较低且风险极高的产业。目前价值较高的农机装备的主要用途是进行农机服务来获取报酬，在完成一定规模的作业以后才能完全发挥农机装备的经济效益，这往往需要农机用户们进行跨区作业才能满足。如果以同种规模来组建现代化智能“无人”农场这代表着极高的建设成本，对于农业生产来讲是不切合实际的，这也是智能“无人”农场及智能“无人”装备难以推广的最重要的原因之一[3]。

5 结语

目前，我国的农机装备发展速度较快，在标准的作业环节已经可以实现初步的机械化作业，对于我国现代化的农业发展已经提供了一定的技术支撑，但在一些薄弱环节仍需继续努力，例如蔬菜的播种、移栽、收获环节，设施农业中的各个环节，以及部分特色经济作物（例如：甘蔗、麻山药、中药材、杂粮等）的全程机械化发展依然落后，这也需要社会各界的共同努力。