精確農業對農機化生產的促進作用分析

田成祿

(黑龍江省農業科學院大豆研究所，哈爾濱 150086)

0 引言

在“十四五”發展新階段，我國農業產業發展呈現出高產、優產、科技、智慧、節能、環保、高效的新特征，尤其在我國持續加強農村與農業生產力建設多種惠農政策支持下，農業生產進一步向全程機械化進步。得益于“十三五”階段取得的農機化成果，我國農業生產已經實現了機械設備的全面普及，到2020年底，我國的農作物耕種收綜合機械化程度已經達到71.25%，農民對農業機械的接受與認可程度實現顯著提升，農機市場整體呈現繁榮景象。

將我國的農機化生產水平與農業發達國家進行對比，盡管機械化作業的普及率逐漸接近，但是在平均工作效率、平均適用性、平均應用質量等方面仍存在明顯差距，其中關鍵的影響因素之一就是我國很多農業生產區習慣性采用粗放型的生產模式，導致農機產品從研發到應用過程精細化程度不足，粗放播種、大藥量植保、高負荷作業等農機使用方式導致農業生產過程伴隨著資源浪費、環境污染等諸多問題。隨著精確農業理念在我國逐漸普及，精確農業成為了契合農業可持續發展的新理念，其也對農業機械化的發展起到了積極地指導作用。

1 農機化生產的特征

我國的農業生產涉及范圍很廣，既包括土壤、育種、栽培、肥料、作物收獲、糧食處理等糧食類農作物栽培相關產業，還包含畜禽飼養、果蔬、漁業、林業等產業，在現代化農業生產中，如何提高以上產業的勞動生產效率，如何節省農村勞動力并降低生產成本，成為農業發展必須思考的問題。根據2004年頒布的《中華人民共和國農業機械化促進法》給出的定義，農業機械化是利用先進適用的農業生產裝備來改善農業生產經營條件，并持續提高農業的科學技術水平、經濟收益、生態效益的過程。農業機械化已成為農業發展的必然趨勢。

農業機械化的發展促使農業機械裝備的品類持續豐富，現階段我國的農業機械裝備已經覆蓋了傳統農業生產產前、產中、產后的各個階段，圖1為典型農機裝備的種類和機型例舉，可見農業機械裝備的品類已經十分豐富。農機化生產與傳統的人工生產模式相比具有如下優勢：1)能夠有效減輕生產過程的人力負擔；2)有效提高單位面積的勞動生產效率；3)有利于先進農業品種和農藝技術的應用普及；4)有效提高農業產出與經濟效益；5)有效爭搶農時；6)節約生產資源和成本投入。

圖1 農機裝備的典型類別與機型

現階段，我國的農業生產在農機裝備應用方面還存在一定欠缺。首先，農業生產模式不合理，平均生產規模偏小，作物品種不統一，栽培方式多樣化導致農機裝備的實際使用效果不理想；其次，農業機械設備的先進性不足，農業機械產品在技術、自動化程度方面仍相對落后，農業機械的配套動力和實際作業能力仍欠缺；此外，農民對農業機械的使用能力，生產經營理念也有待提升。種種原因導致我國農機化生產整體水平仍不盡人意，仍需通過大量工作進行提升。

2 精確農業理念

精確農業(Precision Agriculture)是由美國和加拿大兩國的科研部門于20世紀80年代末提出的農業創新思想，提出后受到世界各國農業領域的認可與應用，經過長期的發展，精確農業理念已成為現代農業技術發展的重要指導理論，也對農業機械、農業裝備的發展提出了更高要求。精確農業的實現需要依靠傳統的農業生產經驗與現代化的信息技術相結合，實現現代化生產作業及時、高效、定量、定位等需求，其能夠在大田生產、果樹栽培、溫室大棚、畜禽養殖等眾多領域發揮出重要作用[1]。

近年來，農業機械化生產在提高生產效率的同時，也對農業生產過程造成了一定不利影響，生產環境逐漸惡化、生產資源大量浪費、生產投入與產出不成比例等問題制約了農業長久發展。精確農業是改善現階段生產弊端的有效手段，其能夠有效減少農業資源和化學品的投入，有效提高生產資源利用率，減少農業生產活動對生態環境和農業環境產生的負面影響。

3 精確農業的特征與技術體系

從精確農業的理念看，其實施過程離不開信息技術、農機技術及計算機技術的支撐，在大量硬件設備的支持下，農業生產的精確實施與工業生產相比仍存在很高難度，這主要是由于大部分農業生產過程存在著環境變化、地理差異、作物(畜禽等)生長狀態等方面的不可控。為促進精確農業理念的實現，各國利用精確農業的特征研究和應用了多種精確農業實施與管理方案，如：基于GPS的作物管理(GPS-Based Crop Management)、對靶農業(SSCM)、處方圖管理(Prescription Management)、空間變量作物生產(Spatial-Variable Crop Production)等。從我國學者給出的定義來看，精確農業的實現應結合計算機技術、通訊和網絡技術、遙感、地理信息系統、全球定位系統、自動控制等先進技術，完成對農業生產全部影響因素的監測與管控，優化傳統的診斷和決策過程，使農業生產實施更為科學[2]。

4 精確農業在農機化生產中的應用

4.1 在翻耕整地機械上的應用

常規的農業機械化生產對于翻耕整地作業質量要求不高，導致作業質量參差不齊，常出現重耕、漏耕、耕作深度不均勻等問題。隨著精確農業的引入，農業翻耕整地的作業過程發生了顯著變化。一方面，衛星定位技術的應用實現了對農業機械位置的實時獲取，并能夠利用定位導航實現耕整地過程的駕駛路線、駕駛速度指導，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的應用為拖拉機電液后懸掛技術的升級提供了保障，拖拉機配套耕整地機具耕作深度、耕作精細化程度實現了智能調整，作業過程的牽引力與耕作深度呈現匹配關系，耕整地質量實現明顯提升[3]。

4.2 在播種、施肥機械的應用

精量播種機是精確農業在農業機械上應用的典型機型，其改善了傳統機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。精量播種機利用氣力式排種器替代傳統的機械式排種器，通過氣體負壓獲取種子的精度很高，能夠實現一穴一種的播種精度，且漏播率顯著降低，同時利用種肥分施技術將化肥施加到播種位置附近的土壤中，實現播種施肥的同步完成，為作物早期生長發育創造良好條件。且精量播種機的行距、株距控制精確，農作物在單位面積的分布更均勻，有利于養分的均衡供給，實現作物長勢均衡。

圖2 機械化精量播種作業

4.3 在植保噴霧機械的應用

精確農業理念在植保機械作業中發揮了重要作用，一直以來機械化噴施化肥農藥成為生產過程中主要污染源之一，如何在保證植保效果的同時減少農藥使用量，成為植保機械研發的重點方向。在精確農業理念影響下，植保機械對于農藥的有效噴施與減量噴施開發了大量先進技術，包括變量噴霧、靜電噴霧、對靶噴霧、霧滴回收等，有效提高了農藥利用率，并避免了藥物漂移、沉積造成的環境污染[4]。

4.4 在收獲機械的應用

近年來，大宗糧食作物的收獲機產品在工作能力上實現了快速提升，其電子配置等方面的應用逐漸增多，在功能上，收獲機除可利用衛星定位技術規劃合理的行駛路線，實現行駛速度與收獲量功能匹配外，還利用傳感器技術及定位技術擴展了更多功能。例如，在20世紀90年代中后期，約翰迪爾、凱斯等國際一線農機企業在聯合收獲機上應用了自動測產技術，能夠利用傳感器技術快速測量谷物、馬鈴薯、棉花等多種作物的產量，并在衛星地圖上生產產量分布圖，并預測作物含水率等參數，這為農業產出后續工作提供了更充足的時間準備，有利于產后工作的順利開展。

4.5 在設施農業的應用

隨著溫室大棚等設施農業的增多，利用溫室大棚這一封閉的空間能夠建設除類似于工業生產的自動化控制環境，國際上稱之為智慧大棚。自動大棚具有高度自動化控制能力，能夠根據溫室內的光照、溫度、濕度、土壤肥力、作物長勢、病蟲害情況及時精確的實施自動化管理，相對于傳統的大田生產，智慧大棚內作物的產出量和產出品質更有保障。

4.6 在畜禽養殖設備的應用

現代畜禽養殖的環境和使用的很多設備與智慧大棚類似，通過在畜禽養殖的環境中安裝多種傳感器，能夠實時感知畜禽的生活環境狀態，實現養殖溫度、濕度的自動調節，并通過自動控制系統實現定時定量的飼喂、清洗及糞便清理，保障畜禽健康生長。甚至部分先進的養殖機構還對所養殖的畜禽進行體溫等健康狀態監測，提早發現并解決畜禽疾病或異常問題，確保產出品質及效益。

5 結語

綜上所述，精確農業與我國提倡的可持續發展理念契合度很高，將其應用于我國農機技術研發與農機化生產過程中能有效提升農業生產的質量?，F階段，精確農業在我國的科研領域已經受到了廣泛重視，相關的基礎理論與科研成果呈體系化發展，但我國實際的農業生產過程仍存在傳統模式的制約，生產過程的粗放性、農民傳統理念、生產經營成本等因素影響著精確農業及相關設備的普及，因此，在加強農機化技術研發的同時，還應加強基礎設施建設和對農民的技術培訓，優化農業生產經營理念，促進精確農業與農機化生產實現深度融合。