農機農藝融合理論方法與實現途徑探討

安徽省亳州市渦陽縣花溝鎮農業綜合服務站 望詠梅

前言

農機農藝融合是農業機械化發展的基礎，近些年來，隨著農業機械化的快速發展，農機農藝融合發展多次被提出。經過筆者的市場調查，影響產品推廣效果的關鍵性因素主要有兩點，一是農機農藝融合效果，也就是說作業質量。而回報率，具體是作業效率以及作業質量，傳統認為的價格因素已經不占據主導因素。例如，青飼料收獲機，進口青飼料收獲機售價往往在200萬元以上，一般需要提前半年甚至一年進行訂貨，而同等規格的國產青飼料收獲機售價一般在70萬左右，但從市場表現以及實際應用來觀察。相同規格的青飼料收獲機，無論是使用者還是青貯飼草的收購商更傾向于進口產品，原因很簡單，單就進口產品的收獲質量上來看，進口產品收獲的飼草更符合收購商的標準，也就是農機農藝比國產產品更融合。還有玉米收獲機，目前市場上的玉米收獲機技術比較成熟，雖然售價不菲但收獲效果例如損失率、苞葉剝凈率、莖稈還田效果以及收獲效率、適應性等方面均能達到農藝要求，因此玉米收獲機的市場走向不以價格為因素，用戶考慮更多的是品牌型號。總結而言，農機農藝融合是發展農業機械化的最基本、最基礎的理論研究，刨除農藝，發展農業機械化只能淪為空談。綜合來考慮的話，農機農藝融合發展需要多方面共同努力，需要多個行業共同參與。

1 農藝需求分析

我國是農業大國，種植作物種類數量十分龐大，而且不同地區的種植方式不同，因此這對農機裝備的研發設計提出了很高的要求。下面，首先對幾種大宗作物的農藝要求進行簡要分析。

1.1 小麥、玉米等大宗糧食作物的收獲

小麥、玉米裝備的研發我國已經十分成熟，尤其是小麥作物。目前來講，小麥機械化收獲還需解決的問題主要是小麥的含雜率、損失率以及倒伏小麥的收割。這就需要工程技術人員對撥禾輪轉速、割臺活動范圍、滾筒轉速、凹版間隙、清選篩振動、風扇風量等詳細參數以及結構材料配合進行大量試驗對比，以便更符合特殊情況下小麥收獲標準。對于玉米收獲機來講，掉穗、漏棒、割臺喂入堵塞是較為突出的問題，還有對于濕度較大，苞葉較青的玉米苞葉剝凈率較低，這就需要工程技術人員對割臺摘穗部件進行優化設計，板式割臺則主要對板的間隙結構進行優化升級，輥式割臺主要對摘穗輥轉速、間隙結構、材質等方面進行參數優化。

1.2 蔬菜類農機農藝融合要點

在我國的農業生產當中，蔬菜類生產占據著重要組成部分，而且與大宗糧食作物不同的是，蔬菜種類繁多，農藝要求復雜且作業環境多樣，因此蔬菜類機械化發展極為不均，而且農機農藝融合程度較低。

首先，蔬菜的耕整地環節機械化程度較高，已經基本實現了農機農藝融合。種植蔬菜耕整地農藝要求主要分為：平地、做壟、開溝三種，平地的農藝要求一般要求平整度以及土壤的細碎程度，要求沒有較大的土塊。起壟、開溝對于起壟的緊實度、平整度以及尺寸，壟溝的尺寸、緊實度有要求，目前的旋耕機、聯合整地機、起壟機、開溝機等農機裝備均可達到農藝要求。

蔬菜的播種環節的發展目前已經取得初步成果。蔬菜的種子多為小顆粒種子，尺寸較小且價格較高，因此蔬菜播種相較于小麥玉米等作物屬于精細化播種。目前蔬菜種植多為穴盤育苗以及人工撒播，小顆粒種子播種機市場上也有出現，但技術成熟度尚未可知。蔬菜播種的農藝主要分為穴播、條播、撒播，多數為穴播，穴播的農藝要求主要體現在單穴的種子顆粒數量、播深以及播種均勻度，避免漏播、重播的現象。對于農機裝備的設計研發來講，氣吸式播種機或者種子帶播種機為主要研發方向。氣吸式播種機多為高端播種機，有著播種精確的優勢，屬于精播播種機。歐美發達國家播種機多為氣吸式播種機，種子帶播種機結構則較為簡單，需要前期利用棉線、種帶對種子進行編織加工，優點是種距及播種數量根據農藝要求精確可調，避免造成種子浪費，種帶還可提供保護避免被鳥類蠶食。

根據種類以及收獲期、規模的區分，蔬菜一般分為設施類蔬菜以及露地蔬菜，露地蔬菜實現機械化較為容易，設施蔬菜受設施的影響，實現機械化仍有一定的難度。因此，研發設施蔬菜的基礎理念應以小型化、電動化為主。蔬菜的機械化采收依然是重點、難點。根據種類不同，蔬菜可分為葉菜例如白菜、甘藍、油菜、生菜、韭菜等，根莖類蔬菜例如蘿卜、萵筍、大蔥、大蒜、大姜、薯類等，果實類蔬菜例如番茄、黃瓜、茄子等。目前，葉菜類收獲機有甘藍收獲機以及設施內生菜、油麥、油菜收獲機，甘藍及白菜收獲機雖然沒有取得大面積市場推廣，但技術可滿足農藝要求。首先，該類收獲機通過旋轉的刀片切開甘藍或者大白菜的根莖，然后通過柔性輸送裝置將甘藍或者大白菜傳輸到機具的后半部分進行人工裝袋或者集中入箱，該類裝備仍需提升優化的問題主要是避免堵塞以及在傳輸過程中的損傷。生菜類收獲機目前已有產品，且效率較高，但是該類產品會將蔬菜的根部進行切割，生菜、菠菜等蔬菜由于其形態特征根部切斷后菜葉將會散開，可能會影響運輸、儲存及銷售，對于該種機械可研發挖掘+振動分離一體的收獲機進行收獲，并且該種收獲機的使用對于苗床的要求較高，必須平整沒有較大的壟溝或者凸起。根莖類蔬菜例如薯類收獲機較為成熟，薯類收獲機目前多為牽引式或者懸掛式，通過掘土鏟進行挖掘，將薯類以及土壤輸送至振動篩將土壤與薯類進行分離，技術發展較為成熟。目前果實類蔬菜收獲機仍然沒有取得較大的研究成果，首先果實類收獲機的研發難點有以下幾個方面：（1）如何判斷果實是否成熟，番茄、茄子等果實成熟時顏色會發生變化，運用顏色傳感器即可判斷，但是一些瓜類、青椒類蔬菜成熟時顏色可能不會發生變化，這就對機械判別造成困難；如果對尺寸進行感知但由于部分蔬菜成熟果實尺寸不一則會影響界定。（2）部分作物植株形態較為復雜，果實分布不一，且可能隱藏，這對于機械化采摘造成困難。（3）果實成熟時間不一，這對于大規模高效率的機械化采摘造成困難。目前部分研發部門的方向為采摘手，但大多還處于研發理論階段，真正實現落地應用還有一段不短的距離，原因首先是效率問題，采摘手的設定應當是自動采摘，自動采摘必須依靠各種傳感器以及大量的數據進行計算，在當前的技術范圍內難以實現高效率的精準快速采摘（在工業生產上，流水線上的工業機器人機械臂是設定好的程序，以及準確無誤的位置，無須進行復雜的數據匹配計算，因此效率較高），提高效率最簡單的方法是增加采摘手，但增加采摘手一是增加成本，二是結構將更加復雜，不適應復雜的環境作業。因此，如何實現果實類采收農機農藝融合，提高生產效率呢？筆者認為，在可實現的范圍內，要刨除純機械采收的方案，采用種植模式改良、設施改造、機械輔助、人工采收的模式，例如番茄的種植，設施內番茄環境一般比較復雜，需要大量的牽引線，因此，可在牽引線的輔助下加高番茄植株的高度，改造設施內植株布局，加寬中間行距，引入機械化采摘平臺及運輸車輛，提高采收效率。

1.3 果園作物農機農藝融合理論

由于受總體地形影響，我國大部分果園生產在山地丘陵以及黃土高原地帶，而且，傳統大樹型果園較多。但隨著老齡果園的升級改造以及大量的新建果園的開發建設，適合機械化生產的矮砧密植型果園占比不斷增多。實際上，矮砧密植型果園的出現也是果園生產農機農藝融合的成果。傳統老果園由于樹冠的原因限制了果園裝備開展作業，因此，多方聯合經過大量實驗論證，矮砧密植型果園應運而生，矮砧密植型果園的理念是限制果樹的生長空間，不追求單棵果樹的產量，通過密植果樹實現水果不減產，通過運用機械化管理方法以及更科學的管理手段降低生產成本，提升果品質量，實現節本增效的效果。目前，矮砧密植型果園可以利用機械化來實現機械化除草、機械化施肥、機械化植保、水肥一體化、機械化修剪、半機械化采摘等主要環節。其中農藝要求較高的主要有除草、植保、施肥以及灌溉。首先，隨著種植生草的理念已經被廣泛接受，機械化除草也就相對容易實現機械化了。生草刈割的農藝要求主要是不破壞生草的根部，將切割的碎草進行回收或者平鋪在地面，果園專用割草機即可實現此功能，技術成熟，效率高。植保根據主要目的以及時期的不同其藥液的施加對象也有所不同。總結而言，植保施藥的農藝要求主要是霧滴均勻、覆蓋全面、葉背及葉面均需附著，再加上環保及成本控制的要求，還需要盡可能減少浪費的藥液。果園用噴霧機基本可以實現上述要求，首先果園用噴霧機一般選用大風量風扇以及隔膜泵，利用大風量將藥液噴灑到更高的樹枝樹干上，強大的風力也可使煽動樹枝樹葉，使藥液噴灑更均勻無死角，加裝有靜電發生裝置的噴霧機可使霧滴帶有電荷，利用電荷的吸附性可有效避免藥液的浪費，減少藥液的使用。果園施肥一般有化肥、有機肥和液體肥，其中有機肥占比最多，開溝施肥機即可實現有機肥的深埋施肥。先進的水肥一體化系統即可實現果園的灌溉及施加液體肥，水肥一體化系統可通過設定實現對灌溉量以及液體肥施加量進行精準控制，更加符合農藝要求，從而提升果品品質。實際上，枝條修剪也是農藝要求最多的環節之一，但矮砧密植型果園的修剪則較為簡單，主要是以修型為主，避免果園的生長對機械化造成影響。

1.4 通用型農機裝備的農機農藝融合

首先，拖拉機是應用最多的農機裝備，也是最基礎的農機裝備。拖拉機一般是在后置懸掛或者牽引作業裝置，對作物的影響主要是土壤的壓實以及禾苗的碾壓，因此，為更符合農藝要求，拖拉機的設計研發可以以輪胎的接地面積以及輪距的調整為抓手，增大接觸面積既可以提供更大的牽引力也可以減少土壤的壓實，實現輪距的調整可以避免造成壓苗的現象。同時，大規模的農場也可以根據農機裝備作業幅寬在田間設置機耕路，更加方便機械化作業。

無人植保機近些年來炙手可熱，無人植保機用來施藥有著效率高、安全性好、不對作物碾壓影響的優點，而且由于無人植保機風扇帶來的大風量，藥液噴灑會更加均勻全面，但是受攜藥量的限制，無人植保機噴灑的藥量多為高濃度藥液。

2 如何更高實現農機農藝融合

實際上，出現農機農藝不融合的現象主要有兩個方面的原因：（1）消息閉塞，農機裝備的生產研發部門并不了解農藝的實際要求，只是“想當然”的研發設計。（2）農藝要求太過復雜，目前技術手段無法有效滿足，因此，可以針對以上兩個方面進行努力。

2.1 打破信息壁壘，聯合帶動農機農藝融合

一般情況下，農業類的學校、研究機構、政府單位中的種植業和機械化管理進行分開設置，因此，加快農機農藝融合首先就要打破這種局面。例如，在農業類學校的課程設置上，農業機械類專業可以引入適當的農藝課程；農藝專業可以引入適當的農業機械課程，使農業機械類人才在從事農機裝備的設計研發時意識到必須依照相關農藝要求；農藝類相關人才在進行相關工作時也必須考慮機械化的應用基礎。農藝有著明顯的區域性，因此同樣的作物不同地區的種植模式可能存在較大區別，例如傳統糧食作物的玉米在不同地區的種植模式存在極大不同，在黃淮海地區玉米種植模式為550mm~600mm行距多為平地或者小壟種植，在新疆內蒙地區則為小行距種植，東北地區則為大行距大壟種植，區域性十分明顯。因此農機推廣部門在進行農機產品推廣時可與農藝部門聯合，從而遴選更適合、更符合農藝標準的產品。面對復雜的農藝要求，農機產品的設計研發或者升級可以充分借鑒“農民發明家”，一些農民老手在充分了解農藝要求的基礎下，奇思妙想，不受條條框框的束縛，往往能夠取得意想不到的效果。

2.2 多方面配合，共同推動農機農藝融合

農機農藝融合不單指農機配合農藝，而是農機農藝相互配合，新型果園的大面積推廣即是較為成功的典型。在新品種的研發方面，工程技術人員應當盡可能地簡化農藝要求，同時在設施配套、規劃方面，積極考慮機械化的應用基礎。例如，棉花機械化采收面臨的問題之一就是棉桃成熟時間不一，因此，為降低機械化采收成本，提高生產效率，可以積極培育棉桃成熟時間統一的棉花，方便機械化統一采收。

3 結語

農機農藝融合是一條艱難且漫長的道路，需要聯動各個行業共同參與，融合發展。農機農藝融合的實現途徑是首先要建立起一套完整且成熟的涉及農業機械制造、品種的研發設計、農藝的試驗研究、各種農資的設計研發、基礎設施的設計規劃的設計研發模式，統籌謀劃，在產品的推廣工作上，也應當與農藝進行結合，遴選更加適合當地農藝的產品，形成系統的融合模式，進而事半功倍。