面向经济作物的智能农机开发与应用情况分析

吴爱明

(东营市垦利区农业农村局，山东 东营 257500)

0 引言

经济作物是我国农业的重要组成部分，其适应性广、经济价值高对我国社会发展与经济发展具有重要意义，在我国农业生产中占有重要地位。主要包括纤维作物(棉花、麻料等)、油料作物(芝麻、花生等)、糖料作物(甘蔗、高粱、甜菜等)，其它还包括一些药用作物、观赏作物及部分染料作物等。提升经济作物的机械化水平，将会产生一系列连锁反应，将会带动相关产业的发展，进一步延长农业生产中机械化水平的延伸链，对于我国社会发展及经济发展具有重要意义。经济作物机械化水平也是我国农业生产的重要内容，经济作物在我国农业生产与市场竞争力方面占据重要地位。随着我国经济作物种植面积的不断扩大，同步提升我国经济作物机械化与智能化水平是经济作物农业生产效率的重要保障与基础条件。目前，我国经济作物主要集中在长江中下游地区与南方红壤丘陵地区，地形较为复杂，配套机械设备较少，机械化水平低下，极大地限制了我国经济作物的生产效率与深入发展，在我国农业机械化与智能化发展的同时，应重点发展经济作物配套机械与智能化技术，保障我国农业生产稳步进行。

本文综述了农业机械化在我国农业生产和发展中的作用，对目前经济作物农业机械设备、工具、配套技术应用现状及存在的问题进行分析，并对经济作物农业机械化的现状和未来发展进行了展望。加快未来我国乃至世界经济作物机械化进程与全面发展，必须大力提高机械设备的研制及农业种植模式改革，适应日益竞争激烈的地方、区域和市场，同时与其他技术措施进行同步改进，如改良种子、化肥、灌溉和杀虫剂等技术措施，这些都对提高农业生产力和综合生产起着不可或缺的作用。另一方面，加强相关部门的市场导向作用，为促进经济作物技术措施的顺利实施提供有利的环境。

1 经济作物智能农机发展与应用现状

我国地域辽阔，适合多种经济作物的生长，其中，棉花、大麻、亚麻、花生、芝麻、油菜、甘蔗、甜菜、烟草和茶叶是我国重要的经济作物，每年都会出口国际市场，而且种植面积也在不断扩大，因此，提高经济作物机械化水平是提高国际市场竞争力的重要保障与基础条件。2021年相关研究表明，我国经济作物机械化水平较2018年提升30%，在多个经济作物机械化及智能化设备方面取得了重大进展。

1.1 纤维作物智能农机发展现状

纤维作物主要是指麻类(剑麻、苎麻、黄麻等)和棉花，可以分为食用纤维与工业纤维。食用纤维中丰富的纤维素被认为人体所需的“第七大微量元素”，可以有效地促进肠道蠕动，促进食物残渣快速、彻底地排出体内，还可以有效控制血糖，具有预防肠癌、糖尿病、便秘及肥胖症等疾病的功效。相关研究表明，向体内注入纤维素直肠癌发生率可以降低22%左右。棉花是主要工业原料之一，在社会发展、工业生产、医学、军事等方面具有广泛应用，用棉花制成的衣服及工业用布等保暖性好、耐磨、防霉，是我国重要的经济作物之一，提升棉花机械化水平与生产水平是棉花种植过程中的重要基础保障。目前，我国剑麻、黄麻等机械化程度十分低下，由于作物种植的特殊性，目前关于纤维作物的机械化设备研制较少，在我国纤维作物种植区域主要以人工作业为主要生产方式[1]。

1.2 油料作物智能农机发展现状

花生是我国重要的油料作物，但是目前我国关于花生机械化生产普及程度较低，主要以花生机械化播种为主，尚未形成整套生产设备的机械化与智能化进程。在花生脱壳方面机械化研究较为深入，目前主要以我国自主研发的6BH、6TH型花生脱壳设备为主[2]。

1.3 糖料作物智能农机发展现状

我国作为甘蔗生产大国，其甘蔗种植水平与生产技术的高低直接影响着我国制糖工业的效率。广西、广东及海南地区是我国重要的甘蔗南繁基地。我国关于甘蔗机械化种植与收获机械研制起源于19世纪80年代，随着机械化技术的不断发展，目前已经基本形成了甘蔗生产全程机械化体系。甜菜也是我国重要的糖料作物，甜菜全程机械化作业工序主要包括播种、移栽及收获。目前，我国针对甜菜播种智能化机械主要包括2BFD-2131C、2BP-2等，可一次完成整地、开沟、播种、施肥及镇压等作业工序；在移栽作业工序上目前主要应用日本CT-4S及BTP-4型移栽机；关于甜菜收获机械主要以美国生产的4600型甜菜收获机为主要代表，我国自主研发的甜菜收获机主要包括4TQ及4TW型两段型甜菜收获机械。

1.4 其他经济作物智能农机发展现状

山东地区是我国经济作物的重要发展基地之一，综合机械化水平为23.1%(表1)。在2019年，有着“油菜院士”之称的王汉中在“油菜高效智能移栽技术”方面取得了重大突破，与油菜机械化品种、田间智能管理技术、密度智能调控技术、联合收获技术及封闭除草技术等共9项核心技术形成了油菜全程智能机械化技术，推广辐射面积已经超过86万hm2，降低劳动强度65%，创造经济效益共计30亿元以上，是我国油菜发展的标志性进展[4]。

表1 山东地区经济作物机械化水平统计分析

章丘是我国大葱的重要生产基地，大葱在人工种植过程中存在费时费力、劳动强度大、收获季节性强等特点，研究表明，每人每天仅能收获66.7 m2左右，人工收获成本每667m2高达1 000元，是影响农户收入的重要问题。在2018年，我国成功研制出大葱移栽机，移栽机可以一次性完成开沟、移栽两项作业工序，以及机械化收获设备，收获效率可以达到1 334 m2·h-1左右，极大地提高了大葱生产效率，降低人工成本与劳动强度。

大蒜是我国特色经济作物，据统计，2021年，我国大蒜种植面积超过26.67 hm2，但是，在大蒜种植过程中，从移栽、刨坑收获都需要人工进行，劳动强度大、生产效率低，在收获时人工需要一直弯腰进行劳作，会造成腰肌劳损等疾病。在2020年5月，山东省农业科学院在枣庄进行大蒜收获机械的现场会发布，在观摩会上，大蒜全程机械化种植、喷雾、收获等关键环节实现机械化与智能化操作，据统计，每台大蒜收获机每天可以完成20 hm2，作业工费仅需150元，人工收获成本平均在7 500元·hm-2，该机械化设备的研制极大地提高了生产效率，降低作物成本。

在2020年，青岛农业大学也成功研制了自走式胡萝卜收获机，完成胡萝卜的挖掘、收获与运输，极大地提高了生产效率。

2 经济作物智能农机开发中存在的问题

目前，我国经济作物机械化水平较低，配套设施不完善、智能化程度较低，综合机械化水平为49.2%(表2)，极大地限制了我国经济作物的生产效率。在经济作物种植过程中，多以人工为主要生产力，提高了作物成本，机械化及智能化设备较低也限制了我国经济作物生产效率的提升。因此，提升经济作物机械化水平与智能化水平是提高经济作物生产效率与国际市场竞争力的重要保障与基础条件。

表2 我国经济作物机械化水平统计

3 经济作物智能农机发展趋势

3.1 提高农业生产智能化水平

随着农业生产智能化水平的不断提升，数字图像识别技术在农业生产中具有重要意义，对大面积田间动态监测具有重要作用。目前，经济作物田间性能与生产效率主要依靠人工测量及感官认知，劳动强度大、准确率低，限制了经济作物机械化、智能化水平的提升。随着经济作物种植面积的逐渐扩大，应用数字图像识别技术(图1)对于提升经济作物田间管理具有一定的意义。将人工智能技术与图像识别技术相互结合，对于经济作物农艺性状监测、病虫害识别、根系监测等方面具有重要的应用前景。在经济作物生产中，应该大力发展深度学习、人工神经网络、智能算法、图像切割与图像分类等技术，提升农业智能化生产的精准性，按照农业生产要求精准、快速、自主地进行田间远程控制，促进经济作物农业生产向智能化方向发展。

图1 图像识别技术的重要结构组成

3.2 加大基础设备的研制

随着农业智能化的进步，我国农业正向智能化、精准化方向发展，因此，提高经济作物基础机械设备是提高农业机械化、智能化生产的重要环节与基础条件。将目前计算机技术等高新技术应用到相关机械设备研制中，可以实现精准控制，同时可以保证在不同地块根据地形要求实现不同的作业要求。

4 结论

本研究基于我国目前经济作物机械化水平及智能农机设备的应用及发展现状，指出我国经济作物机械化及智能化程度较低，未来我国经济作物机械化及智能化方向应该大力提升技术人才的培养与相关基础农业设备的研制，研究结果对于提升我国经济作物生产效率与智能化水平提供理论借鉴与技术参考。