精确农业对农机化生产的促进作用分析

田成禄

(黑龙江省农业科学院大豆研究所，哈尔滨 150086)

0 引言

在“十四五”发展新阶段，我国农业产业发展呈现出高产、优产、科技、智慧、节能、环保、高效的新特征，尤其在我国持续加强农村与农业生产力建设多种惠农政策支持下，农业生产进一步向全程机械化进步。得益于“十三五”阶段取得的农机化成果，我国农业生产已经实现了机械设备的全面普及，到2020年底，我国的农作物耕种收综合机械化程度已经达到71.25%，农民对农业机械的接受与认可程度实现显著提升，农机市场整体呈现繁荣景象。

将我国的农机化生产水平与农业发达国家进行对比，尽管机械化作业的普及率逐渐接近，但是在平均工作效率、平均适用性、平均应用质量等方面仍存在明显差距，其中关键的影响因素之一就是我国很多农业生产区习惯性采用粗放型的生产模式，导致农机产品从研发到应用过程精细化程度不足，粗放播种、大药量植保、高负荷作业等农机使用方式导致农业生产过程伴随着资源浪费、环境污染等诸多问题。随着精确农业理念在我国逐渐普及，精确农业成为了契合农业可持续发展的新理念，其也对农业机械化的发展起到了积极地指导作用。

1 农机化生产的特征

我国的农业生产涉及范围很广，既包括土壤、育种、栽培、肥料、作物收获、粮食处理等粮食类农作物栽培相关产业，还包含畜禽饲养、果蔬、渔业、林业等产业，在现代化农业生产中，如何提高以上产业的劳动生产效率，如何节省农村劳动力并降低生产成本，成为农业发展必须思考的问题。根据2004年颁布的《中华人民共和国农业机械化促进法》给出的定义，农业机械化是利用先进适用的农业生产装备来改善农业生产经营条件，并持续提高农业的科学技术水平、经济收益、生态效益的过程。农业机械化已成为农业发展的必然趋势。

农业机械化的发展促使农业机械装备的品类持续丰富，现阶段我国的农业机械装备已经覆盖了传统农业生产产前、产中、产后的各个阶段，图1为典型农机装备的种类和机型例举，可见农业机械装备的品类已经十分丰富。农机化生产与传统的人工生产模式相比具有如下优势：1)能够有效减轻生产过程的人力负担；2)有效提高单位面积的劳动生产效率；3)有利于先进农业品种和农艺技术的应用普及；4)有效提高农业产出与经济效益；5)有效争抢农时；6)节约生产资源和成本投入。

图1 农机装备的典型类别与机型

现阶段，我国的农业生产在农机装备应用方面还存在一定欠缺。首先，农业生产模式不合理，平均生产规模偏小，作物品种不统一，栽培方式多样化导致农机装备的实际使用效果不理想；其次，农业机械设备的先进性不足，农业机械产品在技术、自动化程度方面仍相对落后，农业机械的配套动力和实际作业能力仍欠缺；此外，农民对农业机械的使用能力，生产经营理念也有待提升。种种原因导致我国农机化生产整体水平仍不尽人意，仍需通过大量工作进行提升。

2 精确农业理念

精确农业(Precision Agriculture)是由美国和加拿大两国的科研部门于20世纪80年代末提出的农业创新思想，提出后受到世界各国农业领域的认可与应用，经过长期的发展，精确农业理念已成为现代农业技术发展的重要指导理论，也对农业机械、农业装备的发展提出了更高要求。精确农业的实现需要依靠传统的农业生产经验与现代化的信息技术相结合，实现现代化生产作业及时、高效、定量、定位等需求，其能够在大田生产、果树栽培、温室大棚、畜禽养殖等众多领域发挥出重要作用[1]。

近年来，农业机械化生产在提高生产效率的同时，也对农业生产过程造成了一定不利影响，生产环境逐渐恶化、生产资源大量浪费、生产投入与产出不成比例等问题制约了农业长久发展。精确农业是改善现阶段生产弊端的有效手段，其能够有效减少农业资源和化学品的投入，有效提高生产资源利用率，减少农业生产活动对生态环境和农业环境产生的负面影响。

3 精确农业的特征与技术体系

从精确农业的理念看，其实施过程离不开信息技术、农机技术及计算机技术的支撑，在大量硬件设备的支持下，农业生产的精确实施与工业生产相比仍存在很高难度，这主要是由于大部分农业生产过程存在着环境变化、地理差异、作物(畜禽等)生长状态等方面的不可控。为促进精确农业理念的实现，各国利用精确农业的特征研究和应用了多种精确农业实施与管理方案，如：基于GPS的作物管理(GPS-Based Crop Management)、对靶农业(SSCM)、处方图管理(Prescription Management)、空间变量作物生产(Spatial-Variable Crop Production)等。从我国学者给出的定义来看，精确农业的实现应结合计算机技术、通讯和网络技术、遥感、地理信息系统、全球定位系统、自动控制等先进技术，完成对农业生产全部影响因素的监测与管控，优化传统的诊断和决策过程，使农业生产实施更为科学[2]。

4 精确农业在农机化生产中的应用

4.1 在翻耕整地机械上的应用

常规的农业机械化生产对于翻耕整地作业质量要求不高，导致作业质量参差不齐，常出现重耕、漏耕、耕作深度不均匀等问题。随着精确农业的引入，农业翻耕整地的作业过程发生了显著变化。一方面，卫星定位技术的应用实现了对农业机械位置的实时获取，并能够利用定位导航实现耕整地过程的驾驶路线、驾驶速度指导，有效避免重耕、漏耕等问题。另一方面，电气控制与传感器技术的应用为拖拉机电液后悬挂技术的升级提供了保障，拖拉机配套耕整地机具耕作深度、耕作精细化程度实现了智能调整，作业过程的牵引力与耕作深度呈现匹配关系，耕整地质量实现明显提升[3]。

4.2 在播种、施肥机械的应用

精量播种机是精确农业在农业机械上应用的典型机型，其改善了传统机械播种过程存在的单穴播种量大、播种位置不精确、播种深度不均匀、施肥量不合理等问题。精量播种机利用气力式排种器替代传统的机械式排种器，通过气体负压获取种子的精度很高，能够实现一穴一种的播种精度，且漏播率显著降低，同时利用种肥分施技术将化肥施加到播种位置附近的土壤中，实现播种施肥的同步完成，为作物早期生长发育创造良好条件。且精量播种机的行距、株距控制精确，农作物在单位面积的分布更均匀，有利于养分的均衡供给，实现作物长势均衡。

图2 机械化精量播种作业

4.3 在植保喷雾机械的应用

精确农业理念在植保机械作业中发挥了重要作用，一直以来机械化喷施化肥农药成为生产过程中主要污染源之一，如何在保证植保效果的同时减少农药使用量，成为植保机械研发的重点方向。在精确农业理念影响下，植保机械对于农药的有效喷施与减量喷施开发了大量先进技术，包括变量喷雾、静电喷雾、对靶喷雾、雾滴回收等，有效提高了农药利用率，并避免了药物漂移、沉积造成的环境污染[4]。

4.4 在收获机械的应用

近年来，大宗粮食作物的收获机产品在工作能力上实现了快速提升，其电子配置等方面的应用逐渐增多，在功能上，收获机除可利用卫星定位技术规划合理的行驶路线，实现行驶速度与收获量功能匹配外，还利用传感器技术及定位技术扩展了更多功能。例如，在20世纪90年代中后期，约翰迪尔、凯斯等国际一线农机企业在联合收获机上应用了自动测产技术，能够利用传感器技术快速测量谷物、马铃薯、棉花等多种作物的产量，并在卫星地图上生产产量分布图，并预测作物含水率等参数，这为农业产出后续工作提供了更充足的时间准备，有利于产后工作的顺利开展。

4.5 在设施农业的应用

随着温室大棚等设施农业的增多，利用温室大棚这一封闭的空间能够建设除类似于工业生产的自动化控制环境，国际上称之为智慧大棚。自动大棚具有高度自动化控制能力，能够根据温室内的光照、温度、湿度、土壤肥力、作物长势、病虫害情况及时精确的实施自动化管理，相对于传统的大田生产，智慧大棚内作物的产出量和产出品质更有保障。

4.6 在畜禽养殖设备的应用

现代畜禽养殖的环境和使用的很多设备与智慧大棚类似，通过在畜禽养殖的环境中安装多种传感器，能够实时感知畜禽的生活环境状态，实现养殖温度、湿度的自动调节，并通过自动控制系统实现定时定量的饲喂、清洗及粪便清理，保障畜禽健康生长。甚至部分先进的养殖机构还对所养殖的畜禽进行体温等健康状态监测，提早发现并解决畜禽疾病或异常问题，确保产出品质及效益。

5 结语

综上所述，精确农业与我国提倡的可持续发展理念契合度很高，将其应用于我国农机技术研发与农机化生产过程中能有效提升农业生产的质量。现阶段，精确农业在我国的科研领域已经受到了广泛重视，相关的基础理论与科研成果呈体系化发展，但我国实际的农业生产过程仍存在传统模式的制约，生产过程的粗放性、农民传统理念、生产经营成本等因素影响着精确农业及相关设备的普及，因此，在加强农机化技术研发的同时，还应加强基础设施建设和对农民的技术培训，优化农业生产经营理念，促进精确农业与农机化生产实现深度融合。