農機化生產節能減排與綠色環保模式分析

徐曉瑩,李艷玉

(榆樹市農業綜合行政執法大隊,吉林 榆樹 130400)

0 引言

現階段,我國農業生產模式正由傳統單一農機作業逐步向全程機械化轉型,農業機械逐漸成為農業生產過程中不可或缺的組成部分,應用農機產品可顯著提高工作效率和作業規范性,降低生產過程對人力資源的過度依賴,有利于形成規范且高效的生產模式。在農業機械化生產過程中,受機械性能、操作方式、作業方案等諸多因素影響,導致生產過程存在能源消耗大、環境污染嚴重等問題,在一定程度上影響了農業生產的科學化發展,通過應用節能減排技術與綠色環保作業模式,改善現有機械化生產弊端,將有利于實現農業可持續發展。

1 農業機械化生產現存問題

1.1 機械性能

農業機械性能在一定程度上會影響能源利用率,如部分農業機械動力小、作業效率低、技術落后,導致生產過程不能充分利用燃油提供高效率的優質作業,頻繁出現故障等,造成燃油消耗量增加。同時,部分農村地區存在老舊農機占比高,部分農機接近或已經達到報廢年限,但仍投入農業生產使用,致使出現油耗高、功效低的問題。此外,老舊農機可靠性明顯降低,部分機具甚至存在滴油、漏油的現象,產生能源損耗和農田污染等問題[1]。

1.2 經營模式

對于不同條件的耕地,選擇不同的農機類型也會使能源的利用率有所不同。對于經營面積小的耕地,選擇中大型農機作業會造成機具作業范圍受限,頻繁調頭、轉彎等操作浪費作業時間,加之大排量農機單位時間燃油消耗率更高,因此在小塊耕地應用會造成能源浪費;對于大面積的連片耕地,若應用落后的小型農機也會因為低效導致能源浪費[2]。

1.3 操作技能

我國農業生產過程中存在一部分駕駛員駕駛專業性不足,很多農機設備由農民自己駕駛,只經過簡單培訓或自己簡單摸索就操作使用,操作方式不熟練、不規范,導致能源利用率低。部分從事農機服務的駕駛員,盲目追求工作效率,忽視對農業機械的規范駕駛與維護保養,導致農機在高負荷及不良工況下長期工作,使機具加速老化,引起能耗顯著增加。

2 農機化生產節能減排的必要性

能源問題與碳排放問題是現代社會廣泛關注的熱點,環境污染與生態破壞逐漸成為農業機械化生產的“后遺癥”,在一定程度上制約著農業可持續發展。在國家環保政策和排放政策日益嚴格的影響下,農業機械技術也正向著更節能、更環保的方向發展,不僅要全面應對化石能源短缺導致的系列問題,還要通過優化發動機技術與農機結構,改善排放和污染等問題。因此,農機節能減排符合社會需求與環境需求,更有利于促進綠色環保農業新技術、新理念的普及,減少不當作業造成的環境與能源威脅,幫助農民提高農業生產效益,促進現代化農業的發展[3]。

3 農機化生產節能減排模式

農機化生產的節能減排是時代發展的必然需求,現階段可供應用的節能減排技術呈現多樣化發展特征,從農業生產實踐角度出發,采用下列方式組合實施。

3.1 農業機械性能升級

農業機械性能是影響能耗的關鍵因素,農業機械性能升級的方向包括:1)選用高效能發動機或配套能源利用技術。通過農業機械適配節能型柴油機,或應用尾氣增壓技術,能明顯降低能源浪費,提高農機動力性能;2)應用智能控制技術。通過應用智能控制技術,能夠更合理地控制農業機械執行相應功能,并逐漸實現精細化作業,使農業機械在不同作業模式下始終保持最佳擋位與速度的配合關系,優化在負載、牽引、播種、植保、收獲等不同工況下柴油機的運轉和功率輸出條件,避免能耗浪費;3)提升農機功能。通過優化設計和電控技術應用,提高農機的作業性能。例如,通過改良耕整地機械技術、排種器技術提高農業生產作業速度,減少低速高功耗作業時間,也能顯著降低農機燃油消耗率。

3.2 合理應用新能源技術

隨著新能源技術受到社會廣泛關注,新能源農機產品在國內外的研發率和應用率逐漸提升,盡管現階段新能源農機存在數量少、造價高、維護保養費用高等弊端,但其在節能減排方面的表現也十分突出。在農業生產領域應用的途徑包括以下3點:1)合理應用驅動模式。行進式農機的純電驅動或混合動力驅動,將傳統的發動機燃油驅動模式改為電機、傳動系統、電池組驅動和功能模式,有利于更好降低能源消耗率,并減少排放污染,在低速、低負載情況下應用電驅動,在高負載、大牽引力的工況下應用燃油發動機驅動,均能顯著提高能源利用率;2)合理應用太陽能技術。傳統農田生產,因田間供電難的問題,常利用柴油發動機驅動灌溉設備,應用太陽能水泵替代傳統模式,能夠長時間以最低成本、最低能耗為農田供應灌溉用水,顯著降低能耗;3)應用生物質能技術。農業生產環境很容易獲取秸稈、牲畜糞便等生物質原材料,通過建立中小型生物質能供電站,利用生物質發電技術轉化電能,供農業機械驅動和生產使用,優化能源利用率[4-5]。

3.3 規范使用與維護農機

規范駕駛農機對節能減排意義重大,通過定期組織農機培訓、靈活開展網絡培訓等方式,提高農民駕駛農業機械的能力;通過養成規范駕駛的習慣,減少生產過程因超速、超載、擋位匹配不合理等因素造成的能耗增加,使農業生產達到更好的作業效果;通過定期做好農業機械的維護保養工作,使農機處于最佳工況,是節能減排的一項關鍵工作,例如,定期做好噴油泵調試,在滿足機械動力的同時保證燃料得到更充分的燃燒,提高燃油的利用率;通過良好的潤滑保養技術,減低農機運轉阻力,使大型農機節能減排效果更好。此外,對于一些使用時間較長的農機,保養過程還能有效檢測供油系統密封件老化,及時解決燃油滴漏等問題。

3.4 農機布局與優化配備

從農機結構與布局優化的角度進行產品改良,也能有效降低農機能耗。1)優化農業機械結構設計。從改進農機產品設計角度出發,可通過空氣動力學設計、零件輕量化設計等途徑降低農機產品的重量,如利用ANSYS軟件進行仿真分析,通過明確各個零部件的受力和強度關系后,再進行零件外形簡化、局部鏤空等設計,降低農機材料使用量;2)應用新型材料。通過采用高強度鋼、鋁合金等輕質高強度材料,能夠顯著降低農機重量,改善農機性能;3)應用電驅動、液壓驅動技術。利用電驅動、液壓驅動替代傳統的復雜機械傳動結構,能實現農機結構的有效簡化,并提高機具的可靠性,降低農機驅動力損耗,減少對發動機的性能依賴,提高能源利用效率。

4 農機綠色環保作業模式設計

4.1 農機種類優選

農業機械的性能特征直接關系到生產過程的環保性能,因此,應重點關注農業機械的優選。為達到綠色環保的作業要求,農業機械的選擇首先要保證功能匹配,盡量保證農業機械具有一機多能的特點,實現過程工序的簡化和生產過程用機數量的縮減,達到作業功能和高效率要求;其次,要盡量選擇環保節油的機型種類,分辨柴油機的性能特征,保證柴油機具有先進的節能技術和高效特征,以及合理的尾氣處理能力;最后,選擇具有環保特征的農業機械類型,例如,免耕播種機、殘膜回收機、秸稈回收機械等[6]。

4.2 管理方式改進

加強對生產過程的監督管理,重視農業機械的定期保養和故障維護,保障農業機械在良好的工況下工作,避免出現過度磨損、燃油泄漏、農藥化肥泄漏等問題,提高農機化生產的規范性。同時加強對灌溉、施肥、植保的時機把控,提高作業精準性,避免出現因農藥化肥過量使用、大水漫灌等浪費資源,造成污染及水土流失等問題。此外,應重視管理效率的提升,通過信息化手段,實現對農業機械化生產的遠程監控和管理,將農業機械的作業狀態與信息化平臺相關聯,以此指導生產過程的改進[7]。

4.3 農藝技術應用

農藝技術的選用與農機技術的適配是現代化農業生產質量的關鍵因素之一。為實現綠色農業發展目標,應從以下3方面改進農藝技術思路:1)品種選擇上,應優先選擇抗病、抗蟲、抗逆性強的作物品種,提高作物適應能力,減少農藥、化肥等污染物的使用量;2)選擇綠色植保與施肥農藝技術,將傳統的化肥用量進一步縮減,利用農家肥、秸稈肥等替代化肥,采用綜合防治病蟲害的方式,減少化學藥劑的噴施量;3)采用新型栽培技術,如水肥一體化、節水灌溉等,提高農作物產量的同時,還能減少對環境的影響。

4.4 環保政策支持

要促進農業綠色環保作業模式的推廣應用,農業管理部門應當結合綠色農業發展特征,加強對綠色農業生產模式、環保農機設備的支持力度,加大相關政策的傾斜力度,大力推廣生物質能源利用、加強節水灌溉等基礎設施建設,利用政策導向引導農業良性發展。同時,加強對農業周邊環境的監督管理,建立農業生態環境監測體系,及時發現生產過程產生的嚴重污染,并能夠第一時間進行處理。

4.5 農民理念提升

農業培訓部門應當加強對農民綠色環保生產理念的宣傳引導,指導農民規范使用農機、合理應用生產技術,增強環保意識,提高農民責任感,積極推廣綠色生產技術,推薦優質農機及生物防治、廢棄物資源化利用等技術,使農民積極參與到綠色生產實踐中,建立綠色生產獎勵機制,帶動更多農民參與綠色生產[8-9]。

5 結語

通過分析農機化生產過程節能減排與綠色環保生產新模式,分析農業生產現階段面臨的機遇與挑戰,指明了綠色農業與節能減排的重要性,為農業機械產業進一步優化生產模式提出相關建議。未來,在綠色農業相關政策不斷完善和改進下,從資源、技術、工藝、設備和農民理念出發,加強實踐配合,促進農業生產在綠色環保方面實現長期高質量的可持續發展。