农机农艺融合理论方法与实现途径探讨

安徽省亳州市涡阳县花沟镇农业综合服务站 望咏梅

前言

农机农艺融合是农业机械化发展的基础，近些年来，随着农业机械化的快速发展，农机农艺融合发展多次被提出。经过笔者的市场调查，影响产品推广效果的关键性因素主要有两点，一是农机农艺融合效果，也就是说作业质量。而回报率，具体是作业效率以及作业质量，传统认为的价格因素已经不占据主导因素。例如，青饲料收获机，进口青饲料收获机售价往往在200万元以上，一般需要提前半年甚至一年进行订货，而同等规格的国产青饲料收获机售价一般在70万左右，但从市场表现以及实际应用来观察。相同规格的青饲料收获机，无论是使用者还是青贮饲草的收购商更倾向于进口产品，原因很简单，单就进口产品的收获质量上来看，进口产品收获的饲草更符合收购商的标准，也就是农机农艺比国产产品更融合。还有玉米收获机，目前市场上的玉米收获机技术比较成熟，虽然售价不菲但收获效果例如损失率、苞叶剥净率、茎秆还田效果以及收获效率、适应性等方面均能达到农艺要求，因此玉米收获机的市场走向不以价格为因素，用户考虑更多的是品牌型号。总结而言，农机农艺融合是发展农业机械化的最基本、最基础的理论研究，刨除农艺，发展农业机械化只能沦为空谈。综合来考虑的话，农机农艺融合发展需要多方面共同努力，需要多个行业共同参与。

1 农艺需求分析

我国是农业大国，种植作物种类数量十分庞大，而且不同地区的种植方式不同，因此这对农机装备的研发设计提出了很高的要求。下面，首先对几种大宗作物的农艺要求进行简要分析。

1.1 小麦、玉米等大宗粮食作物的收获

小麦、玉米装备的研发我国已经十分成熟，尤其是小麦作物。目前来讲，小麦机械化收获还需解决的问题主要是小麦的含杂率、损失率以及倒伏小麦的收割。这就需要工程技术人员对拨禾轮转速、割台活动范围、滚筒转速、凹版间隙、清选筛振动、风扇风量等详细参数以及结构材料配合进行大量试验对比，以便更符合特殊情况下小麦收获标准。对于玉米收获机来讲，掉穗、漏棒、割台喂入堵塞是较为突出的问题，还有对于湿度较大，苞叶较青的玉米苞叶剥净率较低，这就需要工程技术人员对割台摘穗部件进行优化设计，板式割台则主要对板的间隙结构进行优化升级，辊式割台主要对摘穗辊转速、间隙结构、材质等方面进行参数优化。

1.2 蔬菜类农机农艺融合要点

在我国的农业生产当中，蔬菜类生产占据着重要组成部分，而且与大宗粮食作物不同的是，蔬菜种类繁多，农艺要求复杂且作业环境多样，因此蔬菜类机械化发展极为不均，而且农机农艺融合程度较低。

首先，蔬菜的耕整地环节机械化程度较高，已经基本实现了农机农艺融合。种植蔬菜耕整地农艺要求主要分为：平地、做垄、开沟三种，平地的农艺要求一般要求平整度以及土壤的细碎程度，要求没有较大的土块。起垄、开沟对于起垄的紧实度、平整度以及尺寸，垄沟的尺寸、紧实度有要求，目前的旋耕机、联合整地机、起垄机、开沟机等农机装备均可达到农艺要求。

蔬菜的播种环节的发展目前已经取得初步成果。蔬菜的种子多为小颗粒种子，尺寸较小且价格较高，因此蔬菜播种相较于小麦玉米等作物属于精细化播种。目前蔬菜种植多为穴盘育苗以及人工撒播，小颗粒种子播种机市场上也有出现，但技术成熟度尚未可知。蔬菜播种的农艺主要分为穴播、条播、撒播，多数为穴播，穴播的农艺要求主要体现在单穴的种子颗粒数量、播深以及播种均匀度，避免漏播、重播的现象。对于农机装备的设计研发来讲，气吸式播种机或者种子带播种机为主要研发方向。气吸式播种机多为高端播种机，有着播种精确的优势，属于精播播种机。欧美发达国家播种机多为气吸式播种机，种子带播种机结构则较为简单，需要前期利用棉线、种带对种子进行编织加工，优点是种距及播种数量根据农艺要求精确可调，避免造成种子浪费，种带还可提供保护避免被鸟类蚕食。

根据种类以及收获期、规模的区分，蔬菜一般分为设施类蔬菜以及露地蔬菜，露地蔬菜实现机械化较为容易，设施蔬菜受设施的影响，实现机械化仍有一定的难度。因此，研发设施蔬菜的基础理念应以小型化、电动化为主。蔬菜的机械化采收依然是重点、难点。根据种类不同，蔬菜可分为叶菜例如白菜、甘蓝、油菜、生菜、韭菜等，根茎类蔬菜例如萝卜、莴笋、大葱、大蒜、大姜、薯类等，果实类蔬菜例如番茄、黄瓜、茄子等。目前，叶菜类收获机有甘蓝收获机以及设施内生菜、油麦、油菜收获机，甘蓝及白菜收获机虽然没有取得大面积市场推广，但技术可满足农艺要求。首先，该类收获机通过旋转的刀片切开甘蓝或者大白菜的根茎，然后通过柔性输送装置将甘蓝或者大白菜传输到机具的后半部分进行人工装袋或者集中入箱，该类装备仍需提升优化的问题主要是避免堵塞以及在传输过程中的损伤。生菜类收获机目前已有产品，且效率较高，但是该类产品会将蔬菜的根部进行切割，生菜、菠菜等蔬菜由于其形态特征根部切断后菜叶将会散开，可能会影响运输、储存及销售，对于该种机械可研发挖掘+振动分离一体的收获机进行收获，并且该种收获机的使用对于苗床的要求较高，必须平整没有较大的垄沟或者凸起。根茎类蔬菜例如薯类收获机较为成熟，薯类收获机目前多为牵引式或者悬挂式，通过掘土铲进行挖掘，将薯类以及土壤输送至振动筛将土壤与薯类进行分离，技术发展较为成熟。目前果实类蔬菜收获机仍然没有取得较大的研究成果，首先果实类收获机的研发难点有以下几个方面：（1）如何判断果实是否成熟，番茄、茄子等果实成熟时颜色会发生变化，运用颜色传感器即可判断，但是一些瓜类、青椒类蔬菜成熟时颜色可能不会发生变化，这就对机械判别造成困难；如果对尺寸进行感知但由于部分蔬菜成熟果实尺寸不一则会影响界定。（2）部分作物植株形态较为复杂，果实分布不一，且可能隐藏，这对于机械化采摘造成困难。（3）果实成熟时间不一，这对于大规模高效率的机械化采摘造成困难。目前部分研发部门的方向为采摘手，但大多还处于研发理论阶段，真正实现落地应用还有一段不短的距离，原因首先是效率问题，采摘手的设定应当是自动采摘，自动采摘必须依靠各种传感器以及大量的数据进行计算，在当前的技术范围内难以实现高效率的精准快速采摘（在工业生产上，流水线上的工业机器人机械臂是设定好的程序，以及准确无误的位置，无须进行复杂的数据匹配计算，因此效率较高），提高效率最简单的方法是增加采摘手，但增加采摘手一是增加成本，二是结构将更加复杂，不适应复杂的环境作业。因此，如何实现果实类采收农机农艺融合，提高生产效率呢？笔者认为，在可实现的范围内，要刨除纯机械采收的方案，采用种植模式改良、设施改造、机械辅助、人工采收的模式，例如番茄的种植，设施内番茄环境一般比较复杂，需要大量的牵引线，因此，可在牵引线的辅助下加高番茄植株的高度，改造设施内植株布局，加宽中间行距，引入机械化采摘平台及运输车辆，提高采收效率。

1.3 果园作物农机农艺融合理论

由于受总体地形影响，我国大部分果园生产在山地丘陵以及黄土高原地带，而且，传统大树型果园较多。但随着老龄果园的升级改造以及大量的新建果园的开发建设，适合机械化生产的矮砧密植型果园占比不断增多。实际上，矮砧密植型果园的出现也是果园生产农机农艺融合的成果。传统老果园由于树冠的原因限制了果园装备开展作业，因此，多方联合经过大量实验论证，矮砧密植型果园应运而生，矮砧密植型果园的理念是限制果树的生长空间，不追求单棵果树的产量，通过密植果树实现水果不减产，通过运用机械化管理方法以及更科学的管理手段降低生产成本，提升果品质量，实现节本增效的效果。目前，矮砧密植型果园可以利用机械化来实现机械化除草、机械化施肥、机械化植保、水肥一体化、机械化修剪、半机械化采摘等主要环节。其中农艺要求较高的主要有除草、植保、施肥以及灌溉。首先，随着种植生草的理念已经被广泛接受，机械化除草也就相对容易实现机械化了。生草刈割的农艺要求主要是不破坏生草的根部，将切割的碎草进行回收或者平铺在地面，果园专用割草机即可实现此功能，技术成熟，效率高。植保根据主要目的以及时期的不同其药液的施加对象也有所不同。总结而言，植保施药的农艺要求主要是雾滴均匀、覆盖全面、叶背及叶面均需附着，再加上环保及成本控制的要求，还需要尽可能减少浪费的药液。果园用喷雾机基本可以实现上述要求，首先果园用喷雾机一般选用大风量风扇以及隔膜泵，利用大风量将药液喷洒到更高的树枝树干上，强大的风力也可使煽动树枝树叶，使药液喷洒更均匀无死角，加装有静电发生装置的喷雾机可使雾滴带有电荷，利用电荷的吸附性可有效避免药液的浪费，减少药液的使用。果园施肥一般有化肥、有机肥和液体肥，其中有机肥占比最多，开沟施肥机即可实现有机肥的深埋施肥。先进的水肥一体化系统即可实现果园的灌溉及施加液体肥，水肥一体化系统可通过设定实现对灌溉量以及液体肥施加量进行精准控制，更加符合农艺要求，从而提升果品品质。实际上，枝条修剪也是农艺要求最多的环节之一，但矮砧密植型果园的修剪则较为简单，主要是以修型为主，避免果园的生长对机械化造成影响。

1.4 通用型农机装备的农机农艺融合

首先，拖拉机是应用最多的农机装备，也是最基础的农机装备。拖拉机一般是在后置悬挂或者牵引作业装置，对作物的影响主要是土壤的压实以及禾苗的碾压，因此，为更符合农艺要求，拖拉机的设计研发可以以轮胎的接地面积以及轮距的调整为抓手，增大接触面积既可以提供更大的牵引力也可以减少土壤的压实，实现轮距的调整可以避免造成压苗的现象。同时，大规模的农场也可以根据农机装备作业幅宽在田间设置机耕路，更加方便机械化作业。

无人植保机近些年来炙手可热，无人植保机用来施药有着效率高、安全性好、不对作物碾压影响的优点，而且由于无人植保机风扇带来的大风量，药液喷洒会更加均匀全面，但是受携药量的限制，无人植保机喷洒的药量多为高浓度药液。

2 如何更高实现农机农艺融合

实际上，出现农机农艺不融合的现象主要有两个方面的原因：（1）消息闭塞，农机装备的生产研发部门并不了解农艺的实际要求，只是“想当然”的研发设计。（2）农艺要求太过复杂，目前技术手段无法有效满足，因此，可以针对以上两个方面进行努力。

2.1 打破信息壁垒，联合带动农机农艺融合

一般情况下，农业类的学校、研究机构、政府单位中的种植业和机械化管理进行分开设置，因此，加快农机农艺融合首先就要打破这种局面。例如，在农业类学校的课程设置上，农业机械类专业可以引入适当的农艺课程；农艺专业可以引入适当的农业机械课程，使农业机械类人才在从事农机装备的设计研发时意识到必须依照相关农艺要求；农艺类相关人才在进行相关工作时也必须考虑机械化的应用基础。农艺有着明显的区域性，因此同样的作物不同地区的种植模式可能存在较大区别，例如传统粮食作物的玉米在不同地区的种植模式存在极大不同，在黄淮海地区玉米种植模式为550mm~600mm行距多为平地或者小垄种植，在新疆内蒙地区则为小行距种植，东北地区则为大行距大垄种植，区域性十分明显。因此农机推广部门在进行农机产品推广时可与农艺部门联合，从而遴选更适合、更符合农艺标准的产品。面对复杂的农艺要求，农机产品的设计研发或者升级可以充分借鉴“农民发明家”，一些农民老手在充分了解农艺要求的基础下，奇思妙想，不受条条框框的束缚，往往能够取得意想不到的效果。

2.2 多方面配合，共同推动农机农艺融合

农机农艺融合不单指农机配合农艺，而是农机农艺相互配合，新型果园的大面积推广即是较为成功的典型。在新品种的研发方面，工程技术人员应当尽可能地简化农艺要求，同时在设施配套、规划方面，积极考虑机械化的应用基础。例如，棉花机械化采收面临的问题之一就是棉桃成熟时间不一，因此，为降低机械化采收成本，提高生产效率，可以积极培育棉桃成熟时间统一的棉花，方便机械化统一采收。

3 结语

农机农艺融合是一条艰难且漫长的道路，需要联动各个行业共同参与，融合发展。农机农艺融合的实现途径是首先要建立起一套完整且成熟的涉及农业机械制造、品种的研发设计、农艺的试验研究、各种农资的设计研发、基础设施的设计规划的设计研发模式，统筹谋划，在产品的推广工作上，也应当与农艺进行结合，遴选更加适合当地农艺的产品，形成系统的融合模式，进而事半功倍。