農業機械創新體系研究進展與熱點比較

關鍵詞：農業機械；創新體系；文獻計量；知識圖譜；研究趨勢

0 引言

目前國內經濟發展正迎來多重挑戰，在不斷的突破發展中，以創新驅動為核心的內在牽引優勢正不斷顯現。隨著生產力的不斷進步，農業發展也正逐步展現出“工業化”的趨勢，其中農業機械創新是農業現代化發展的強大動力，也是向綠色、智能農業發展的核心因素。雖然我國農業機械化穩步推進，但是各產業間發展不協調，各地區內農業機械適用性低等問題依舊存在，因此在新一代的農業機械創新體系建設的關鍵時期，我國農業機械需要打造圍繞自身優勢的創新體系，實現技術和制度上的追趕與超越。

實現農業機械創新體系的健全發展，是推動農業現代化的核心支撐，是促進以創新驅動引領產業高質量發展的核心動力，而推進農業機械化和農業機械創新成為其根本任務，引起了研究人員廣泛關注與深入研討。隋映輝[1] 認為，全球的產業經濟高質量發展模式具有一定的統一性，其核心在于規避實體經濟發展的虛擬模式，堅持以先進制造業為主導的產業創新與轉型升級。孫凝暉等[2] 提出，目前國內農業機械發展缺乏自主創新能力和基礎技術研發，農業生產方式變革的發展趨勢愈來顯著。JENA P R 等[3] 認為，有必要加強政府在企業與個人之間的作用，加速發展農業機械化。MISRA N N 等[4] 總結得出，未來農業發展趨勢必將是以數字化為基礎，通過前沿技術實現的綠色型農業。

在農業機械創新效果研究中，KELLER T 等[5] 提出，農戶對機具使用率不斷提升，但機具對土壤的破壞程度也在逐步提升。HOOSE A 等[6] 認為，農業機械在創新產品推動生產力的同時，還需注意到其在可持續發展的推動能力。王麗[7] 認為，農業機械創新中對農業供給側改革的發展具備一定的促進作用。朱美榮等[8] 認為，農業機械的創新升級優化了農業機械制造行業結構的調整。LIU X 等[9] 分析表明，農業機械裝備的應用可以有效促進糧食生產能力和效率的提高，推動農業現代化進程。農業機械創新體系建設關系到發展路徑的選擇，BAK A 等[10] 分析認為，農業機械創新體系建設需要依據不同維度的指標體系來衡量創新程度。CAVALLO E 等[11] 認為，農業機械的創新需要注重農戶對創新的態度及意見。WANG J 等[12] 提出了一種基于感性工學（KE）和發明問題解決理論（TRIZ）的新型KE-TRIZ 方法，將工業設計與農業機械創新相結合。王丹等[13] 以創新生態系統作為切入點從創新的主體、種群、群落和生態系統4 個層次，進一步對農業機械創新體系進行探索。周晶等[14] 提出，農業機械裝備創新的衡量需要從硬件質量、適用性與操作便利性、作業效果等主觀方面測量，并且還需要對農戶的滿意程度進行考察以對新技術進行進一步調整，形成一套具有前中后端的農業機械創新體系。RONG K [15]從創新資源投入、創新產出、技術密度、創新效果、市場實現和創新傾向等方面入手，遴選出16 項農業機械創新體系的具體評價指標。

綜上所述，既有文獻為農業機械創新體系研究視角和整理研究思路提供了理論指導與經驗借鑒。但相比較而言，目前聚焦于現狀、動態、熱點、演進邏輯與趨勢展望等方面研究文獻鮮見，對研究成果進行文獻計量分析較少。基于此，本研究從文獻計量視角，借助相關文獻分析軟件，對中國知網（CNKI）數據庫0 及Web of Science（WOS）數據庫中2000—2023 年相關文獻進行梳理，總結農業機械創新體系相關研究進展，分析農業機械創新體系的知識圖譜，從而更加直觀、客觀地把握該領域的研究熱點與未來可能的研究方向，以期為構建農業機械創新體系相關理論提供參考。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

為了遵循數據獲取的科學性及分析文獻的完整性，本研究通過CNKI 數據庫和WOS 數據庫作為文獻檢索平臺。在CNKI 數據庫中，文獻檢索主題設置：農業機械創新體系、農業機械（包括拖拉機、播種機、收獲機、施肥機等），并默認精確匹配；類別選擇：中文核心期刊、CSCD 來源期刊、SCI 來源期刊、EI 來源期刊、CSSCI 來源期刊和CSTPCD 來源期刊。以2000—2023 年為檢索時間范圍，剔除簡訊、征文介紹等無關文獻，檢索到相關文獻共3 360 篇，每篇均包含了作者、機構、關鍵詞、摘要和發表日期等信息，導出相關文獻， 并且將其格式保存為Ref works。在WOS 數據庫中，以2000—2023 年為檢索時間范圍，檢索領域為agricultural machinery， 并選取tractors、planting machinery、harvest machinery 和fertiliserapplication machinery 為主要關鍵詞，檢索到相關文獻共6 600 篇，導出相關文獻且將其格式保存為純文本格式。對上述文獻進行篩選區分，構建基礎分析數據庫。

1.2 研究方法

基于文獻計量學的方法，借助陳超美[16] 開發的可視化分析軟件Cite Space 及荷蘭萊頓大學科技研究中心開發的VOSviewer 等相關文獻分析軟件，分別以作者、發文機構、關鍵詞為文獻節點，對檢索出的國內外文獻進行分析，并繪制相關科學知識圖譜，以此分析國內外農業機械創新體系研究現狀，從而有針對性地總結國內農業機械創新體系的進展，以推動農業機械創新領域的時空變化、前沿探索與演進路徑。

2 農業機械創新研究時空分布概況

2.1 發文時間分布

為更加直觀地觀察研究進展，以WOS 數據庫和CNKI 數據庫檢索的文獻為基礎，分析文獻數量變化趨勢。如圖1 所示，國內農業機械創新體系相關研究在2014—2018 年呈顯著增加趨勢，后續逐步下降，整體波動上升，說明目前國內對農業機械領域相關研究較為豐富。

國外的發文趨勢如圖2 所示，與國內呈現不同的態勢，國外在該領域的研究呈現出上升趨勢，在2022年達到峰值，隨后有所回落。

對比分析圖1 和圖2，將國內外的農業機械創新體系分為3 個階段。①起步期，從2000 年起國內對農業機械創新的研究開始萌芽，到2010 年左右已初步積累出一部分研究成果。與此同時國外的農業機械創新體系的研究正處于萌芽階段。②平臺期，此時國內在該領域的研究逐步平緩，在2010—2016 年尤為明顯，國內的研究逐步聚焦于先進適用農業機械，農業機械的創新發展正逐步向國內自研創新發展，并將原先的研究成果有機結合，研究的深度與廣度也有了明顯提升。這一階段國外研究人員對農業機械產業園區及農業機械綠色發展進行深入研究，在2011 年后穩步提升，并在2022 年達到發文量頂峰，這一階段國外在此領域研究的熱度稍高于國內。③穩定期，在這期間國內研究過渡到低碳發展中，創新作為農業機械發展的內生動力，各學科的交叉性逐漸強烈。從國外的研究進展來看，農業機械領域研究正呈現快速向上的發展趨勢，相關研究角度也開始呈現出多元化趨勢。

2.2 發文作者分布

根據WOS 數據庫檢索結果，節點類型選擇Author，繪制國外作者合作網絡圖（圖3），對其合作網絡進行分析，得出整體呈現局部集中的特點。①國外農業機械創新體系方面的作者較多，并且存在一部分核心領軍者，其發文量超過10 篇。②具備較為緊密的合作網絡，作者之間形成良性的交流學習、合作研究關系，并圍繞著發文量較高的研究人員展開。③根據普賴斯定律計算，即m=0.749 ，其中，m 為作者發表論文篇數應達到的最少數量，nmax 為所統計期間作者發表論文最多篇數。統計結果得出該領域作者在近 10 年最高發文量是 71 篇，因此可得m≈6。發文超過6 篇者，為農業機械創新體系領域的高產作者，共計226 位，總篇數2 362 篇，占農業機械創新體系領域文獻總量的35.79%，與核心作者群體需達到50% 發文量還存在差距。

國外農業機械創新體系領域不存在核心作者群體，但是從圖3 中可以發現越來越多的研究人員之間形成了較為緊密的聯系，同時也反映出農業機械創新體系研究引起越來越多研究人員的關注，對于農業機械創新體系領域的研究起重要的推動作用。

根據CNKI 數據庫檢索結果，并結合國內作者合作網絡圖（圖4）可知，國內作者合作網絡之間整體上呈現總體分散、局部集中的特點。①國內進行農業機械創新體系研究的人數偏少， 多數研究人員發文量4～5 篇，農業機械創新領域的研究人員較為分散，缺乏持續關注。②中國工程院院士、華南農業大學教授羅錫文團隊發表的論文單篇被引量最高，也是農業機械創新領域持續研究較為深入的研究團隊。③根據普賴斯定律計算，統計得出近 10 年最高發文量為 71 篇，因此在該時段內所發論文數量超過6 篇，即為國內農業機械創新體系領域的高產作者， 超過6 篇的有188 人，總篇數2 145 篇，占農業機械創新體系領域文獻總量的63.84%。

國內農業機械創新體系領域初步形成穩定的核心作者群體，從圖4 中可以發現目前國內研究人員之間的聯系密切，以羅錫文院士為代表的群體中已經出現了較為緊密的聯系，目前國內農業機械創新體系的研究正處于上升階段，該領域正逐漸受到國內研究人員的關注。

2.3 期刊分布

借鑒張鵬等[17] 的做法，依據期刊載文量變化情況，可將期刊劃分為中心區、相關區與邊緣區。依據布拉德福定律（Law of Bradford），中心區數量計算公式

由圖5 可知，國外期刊在核心區的期刊有12 種，所刊載的相關文獻共計1 824 篇，占比為27.83%。

由圖6 可知，國內農業機械創新體系分布在中心區的期刊有14 種，刊載農業機械創新相關文獻共計2 466 篇，占比為73.39%，從核心區期刊的領域分布來看，我國農業機械創新研究主要在農業機械化及其自動化等多學科領域。除上述核心期刊外，還有部分刊載量較低的期刊，對比研究相關期刊所刊載的文獻中農業機械創新體系研究涉及領域較為廣泛，并且學科的交叉性較高。

從核心區期刊的領域分布來看，國外農業機械創新體系的研究主要分布在農業經濟、農業工程、生物工程等學科領域，期刊最高發文量與學科的交叉性與廣泛性上優于國內，但研究的集中性與引領性稍遜于國內。

3 研究熱點與演進脈絡分析

3.1 國外情況

由圖7 可知，以quality、performance、growth 為主的關鍵詞與其他關鍵詞的相互作用程度較高，網絡密度也較為稠密。

由圖8 可知，對國外農業機械創新體系研究的關鍵詞進行聚類分析，得到聚類的 Modularity Q 值為0.748 7（gt;0.3） ； Weighted Mean Silhouette 值為0.876 9（gt;0.5），說明聚類結構顯著且合理。影響力較大的有以下5 類。

聚類#0 農業機械。農業機械創新體系構建、農業機械創新模式及農業機械制造是國外對農業機械創新體系研究關注的熱點。關鍵詞主要有智能檢測節點（intelligent detection nodes） 、深度學習（ deeplearning）、機具動態（vehicle dynamics）和智能機械（autonomous vehicle），研究方法多以現代化農業機械使用評估作為現代農業機械質量的主要評價。

聚類#1 環境影響。包含農田環境、農業管理、農田土壤等關鍵詞，其中地質學及土壤學方向的相關研究較為豐富。關鍵詞主要有土壤壓實度（soilcompaction）、土層強度（soil strength）、土壤容重（soil bulk density）、外部負載（external load）和技術改造（technology adaptation）。此聚類中多以外部環境因素為研究方向，SCHJ?NNING P 等[18] 認為，土壤壓實對土壤功能和生態系統服務是一種隱蔽而又持續的損害。SHAHEB M R 等[19] 探討了農業機械的使用對環境造成的影響與未來發展所需要面對的挑戰。

聚類#2 農業機械創新路徑。包括農業機械制造模式、新型農業機械效率、農業機械生命周期評估和農業機械管理等多方面的研究。關鍵詞主要有生命周期評估（life cycle assessment） 、作物多樣化（ cropdiversification）、農業水土保持系統（agro-silviculturalsystems） 和環境評估（ environmental assessment） 。TARANCóN-ANDRéS E 等[20] 認為，農業機械在環境治理方面具有一定的作用。

聚類#3 機械對生態環境的影響。關鍵詞主要有重金屬（heavy metals） 、抗氧化機械（ antioxidantmachinery）和系統生物學（systems biology）。聚類中以農業機械對種植作物的影響為研究主要對象。

聚類#4 農業機械綠色化生產。主要以農業生產過程中的環境因素作為主要研究對象，并將重心落在可持續發展、碳減排等方面。關鍵詞主要有一氧化二氮（nitrous oxide）、溫室氣體（greenhouse gases）和外部排放（external emissions）。SILVEIRA F 等[21] 認為，農業機械所用化石燃料會增加溫室氣體的排放，農業機械制造企業需要通過綠色轉型，實現農業機械行業的可持續發展。MAZIS A 等[22] 提出，合理分配農業資源，最大限度地減少農業額外碳排放，實現生態系統的最優管理。

根據WOS 數據庫樣本，國外農業機械創新體系研究關鍵詞時區視角圖譜，如圖9 所示。關鍵詞演化共分為3 個階段。第一，萌芽階段（2000—2010 年）。在這一時期高頻的關鍵詞有土地（soil） 、模式（model）、生命周期理論（life cycle assessment）。關鍵詞類別單一，并且研究方向較為廣泛。第二，發展階段（2011—2020 年） 。所涉及的關鍵詞有預測（predication）、糧食產量（crop production）、溫室氣體排放（greenhouse gas emissions）、碳足跡（carbonfootpoint）、機械視覺（machine vision）和生態效率（ecological efficiency）等，研究方向逐漸轉向至綠色發展中，并且注重案例研究及定量分析；研究地區多集中在美國（USA）、日本（Japan）、意大利（Italy）和澳大利亞（Australia）等機械制造能力較高國家；分析手段主要有計算機視覺（computer vision）、人工神經網絡（artificial neural networks）、遺傳算法（geneticalgorithms） 、數據包絡分析（ data envelopmentanalysis）、深度學習（deep learning）和模糊推理系統（fuzzy inference system） 等。第三， 多元化階段（2021 年至今） 。所出現的關鍵詞有非生物脅迫（abiotic stress）、特征提取（feature extraction）、微生物群落（microbial community）、智慧農業（smartagriculture）、數值模擬（numerical simulation）和生態系統服務（ecosystem services），此時期的研究方向體現出高度的多元化，不同學科的交叉性不斷增強，整體的發文強度及熱點關鍵詞有所降低。

3.2 國內情況

3.2.1 關鍵詞共現

以農業機械、實驗、優化為代表的關鍵詞與其他關鍵詞的關聯性較強，如圖10 所示。可以看出，國內的關鍵詞共現網絡規模小于國外的關鍵詞共現網絡規模，并且網絡密度也遠小于國外，相關的合作聯系與國外也存在一定的差距。相較于國內，國外在農業機械創新系統上的研究更為聚焦。

3.2.2 關鍵詞聚類

根據CNKI 數據庫樣本，對國內農業機械創新體系研究的關鍵詞進行聚類分析（圖11），得出ModularityQ 值為0.748 7（ gt;0.3） ； Weighted Mean Silhouette 值為0.876 9（gt;0.5），說明聚類結構顯著且合理。農業機械創新體系的熱點主題可以歸納為5 個方面。

第一，農業機械化發展。關鍵詞主要有農業機械設計、精細農業、農業機械自動化和農業機械動力突破等。在我國加入WTO 后，國內農產品的出口方面迎來了新一輪的機遇和挑戰，農業機械未來發展方向及相關技術攻關引發了學界討論，主要集中在農業現代化、農業機械化發展、相關理論分析和農業機械設計等方面。楊敏麗等[23] 論述了現代農業的概念與內涵，并進行了詳細分析，提出促進我國農業機械化發展的政策措施。陳建能等[24] 總結了水稻插秧機的曲柄搖桿分插機構和行星輪系分插機構的研究進展，并提出進一步研究方向。

第二，現代農業機械創新。關鍵詞主要有戰略集成、精量播種、圖像處理、自動控制、技術研發和遺傳算法等。研究涉及農業機械的發展路徑探析、裝備產業研發、技術推廣、自主創新和發展對策等方面。方憲法等[25] 對農業機械自主創新進行深入探析，并在農業技術創新模式選擇與創新服務體系建設等方面提出相應的政策建議。

第三，農業機械綠色發展。關鍵詞主要有低碳農業、低碳模式、秸稈還田和殘膜回收等。將綠色發展理念融入到農業機械創新研究中，逐漸將耕地保護、農業勞動力轉移和人口老齡化等問題納入未來農業機械制造研發的著力點。趙麗娟等[26] 對政府Ramp;D 投入、環境規制和農業科技創新之間的相互作用進行研究。毛世平等[27] 提出，農業區域創新生態系統建設，利用企業和有關組織的相互合作及資源共享，達到多方共贏的局面。

第四，農業機械推廣研究。關鍵詞主要有推廣體系、信息系統、農技推廣、中介組織、農業推廣和農業機械服務等。研究內容主要是新機具和新技術的推廣及農民對其的反饋和采納程度，對農業機械的發展路徑具有一定的價值實現作用，同時兼備指導作用。張靜等[28] 提出，農業機械推廣部門通過對不同的農業機械領域相關主體合作，實現產業之間的優勢互補，以達到農業機械的長效發展和逐步滿足應用環境及發展需求的創新路徑。

第五，農業機械自主化創新應用。關鍵詞主要有自動駕駛、自主創新、路徑跟蹤、智慧農業、深度學習和多機協同等，研究涉及新時代發展背景下，農業機械不斷自主創新，提高國內市場競爭力，保障在不同區域、不同地形下農業機械的有效應用。張全超等[29] 針對北斗終端產品作業效果差異性問題進行起壟作業直線度精度的對比試驗，為鑒定大綱的修訂提供參考。吳海華等[30] 通過對國際形勢及國內農業機械堵點的分析，提出自主可控的發展目標，以及高性能智能化重大農業裝備攻關的重點領域。高瑞遙等[31] 基于農業機械電氣化與混合動力技術對混合動力農業機械的研究現狀與應用現狀進行了分析總結。

3.2.3 時空分布和演進

根據國內農業機械創新體系研究時區圖（圖12），對國內農業機械創新體系的研究演進脈絡梳理，歸納為以下3 個階段。

第一，起步期（2000—2005 年）。所產出的論文較少，涉及的關鍵詞有農業技術、農業機械化、農民增收、農業機械管理和農業機械安全等，圍繞農業機械興農概念展開研究，思考農業機械產業結構的改革，強調發展中政策的引導作用，包括農業機械現代化的構建路徑及對現有農業機械技術進行系統性的評估，探索新型農業經濟發展道路。農業機械的發展伴隨著外部競爭力的提升而提升。盧良恕等[32] 提出，要提高對農業科研機構的認識，強化對重點領域的攻關，以及關鍵性技術的研發、推廣。劉長江等[33] 認為，國內外市場一體化加快了農業產業內的競爭，奠定了農業市場化、產業化的發展方向。

第二，高速發展期（2006—2015 年）。出現的高頻詞有智能化、故障診斷、影響因素、水稻和田間試驗等，研究呈現多元化的趨勢，對于體系建設路徑及評價手段有豐富的研究，相關研究開始著眼于綠色農業的探索，并將定性與定量分析方法相結合，逐步重視量化研究方向，以量化指標進行衡量。文雁兵[34]利用系統廣義矩估計和動態糾偏最小二乘虛擬估計分析影響我國農業科技自主創新能力的產業關聯效應和技術溢出效應。姜鑫[35] 結合誘致性理論和速水佑次郎?拉坦模型，通過糧食生產函數分析我國農業生產中的技術進步因素。

第三，深入發展時期（2016 年至今）。研究涉及智慧農業、機械控制、技術效率、路徑跟蹤和農業機械導航等。相比上一個階段，此時期的研究成果數量降低，但其研究深度加深，整體上學科的交叉性提高，研究更加關注產業園區的建設及創新驅動路徑，重視定量研究方法，農業機械逐步轉向綠色發展之路，同時國內的農業機械企業也正逐步向低碳轉型。韓智慧[36]提出，農業科技創新體系的構建可有力推動農業轉型。王璇等[37] 認為，政府的環境治理將直接影響農業綠色技術的研發與應用，需要高度關注環境規制強度。劉海英等[38] 提出，綠色技術的革新能有效促進循環農業的發展。

4 結束語

以國內外農業機械創新體系研究相關文獻為分析樣本，運用分析工具，梳理國內外農業機械創新體系研究的時空分布和演進，得出以下結論。

國內農業機械創新體系相關研究的文獻量總量逐漸增多，已經開始形成穩定的核心作者群體。目前國內作者之間的聯系密切，并且具備較為集中的核心研究陣地，聚焦方向主要在農業機械化及其自動化等多學科領域。國外農業機械創新體系研究自2000 年開始逐步興起，從歷年研究成果來看，國外農業機械創新體系研究文獻數量逐年增多，并且發文量高于國內，作者主要來自發達國家，雖然研究的集中性低于國內，但是期刊的最高發文量與學科的交叉性與廣泛性上優于國內。

研究熱點與趨勢層面上，國外研究以農業機械、生命周期理論、體系建設、深度學習和糧食安全等關鍵詞為主線，熱點內容大致分為農業機械創新、自然環境、農業產業園區和農業可持續發展。研究熱點演化進程分為萌芽階段、發展階段和多元化階段，研究主題的類別逐步豐富化、多樣化，研究中呈現以人為本和重視案例研究、定量研究的特點。

國內研究以現代化農業、科技創新、農業機械設計、自主創新和智慧農業等關鍵詞為主線，熱點主題為農業機械化發展、現代農業機械創新、農業機械綠色發展、農業機械推廣研究和農業機械自主化創新應用。研究熱點演化進程分為起步時期、快速發展時期和深入發展時期，研究方法逐步由定性向案例和定量等研究方法相結合轉移，研究內容也逐步深化和完善。

國內外研究熱點對比分析可知，在研究思路上國外研究優先考量農業機械對土壤等環境的影響，并將機具使用培訓與農業機械的耐久度作為研究的主要內容，而國內研究主要突出在農業機械的設計與試驗上，并將自動化、綠色化作為機具設計的主要方向，以國內農業勞動力逐步短缺及農業機械適用性差、效率不高等問題作為主要攻克方向。國內外研究人員都將綠色發展作為研究的核心，推動農業機械向綠色化轉型，農業機械發展也將從傳統的油機驅動過渡到混電、純電或以其他綠色清潔能源驅動的低碳排放，打造綠色農業機械。在自然環境、現實需求及政策規制的影響下，逐步構建完備的農業機械裝備創新體系。