丘陵山区农业机械化现状与发展

王晓文，袁寿其，贾卫东

(1. 江苏大学农业工程学院, 江苏 镇江 212013； 2. 江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心, 江苏 镇江 212013)

2018年9月，习近平总书记在对东北三省进行考察时就明确指出，“大力推进农业机械化、智能化，给农业现代化插上科技的翅膀”.农业机械化是实现现代农业发展的重要物质和技术基础，是体现农业现代化的重要内容和标志.农业机械化可以转变农业发展方式，提高农业生产效率；能够融合农艺栽培技术，促进农业规模化经营；有助于激发生产要素，提升现代农业生产体系[1-2].“十三五”期间中国农业机械化全程、全面发展，农业机械装备总量稳步提升，农业机械装备总动力超过10.28亿kW；全国农作物耕种收综合机械化率较“十二五”末提高约7个百分点达到70%以上，农业机械化正在从传统粮食作物的耕种收关键环节向特色经济作物的施药、割草、剪枝、采摘、烘干等全生产过程延伸拓展[3-4].

1 丘陵山区农业机械化现状

中国面积辽阔，地形地貌特征复杂，气候特征、土壤特性和种植模式多样，劳动力结构不同，地区经济发展水平不均衡等，这些原因导致农业机械化发展程度存在很大差异[5].北方平原地区、主要产粮区、特别是华北和东北地区的农业机械化程度相对较高.

丘陵山区在中国国土面积中的占比超过50%，但受到地理因素的制约，农业生产条件较差，难以进行规模化种植和机械化作业，目前以果、蔬、茶、薯、中药材和油料等特色经济作物栽培为主[6-7].其中，有8个丘陵山区省份，其农作物耕种收综合机械化率不到50%；2个西南丘陵山区省份不到30%，部分丘陵山区县则更低，处于无机可用状态.丘陵山区的覆盖人口超过了60%，农业生产是当地居民的重要经济来源，农业机械化水平不高已经成为制约农民增收和经济社会发展的重要因素.提高这些薄弱区域的农业机械化率不仅是中国“十四五”农业机械化发展面临的重大挑战，更是实现共同富裕目标的必经之路[8].

2021年中央发布了名为《中共中央国务院关于全面推进乡村振兴加快农业农村现代化的意见》的一号文件，明确了“加快推进农业现代化”的任务，提出要“提高农机装备自主研制能力，支持高端智能、丘陵山区农机装备研发制造”.《农业农村部关于落实好党中央、国务院2021年农业农村重点工作部署的实施意见》进一步要求“加大丘陵山区和绿色智能农机等机具补贴力度”，“发布主要农作物、丘陵山区等技术装备薄弱环节需求目录”，“加快丘陵山区农田宜机化改造”.上述《意见》对中国农业机械化发展提出了新任务、新要求，明确了要在当前和今后一个时期重点推进丘陵山区农业机械化工作[9].

因此，深入探究当前丘陵山区农业机械化存在的问题，科学分析其面临的挑战与机遇，针对性提出转型升级发展策略，补齐丘陵山区农业机械化短板，提高丘陵山区农业生产力水平，对于充分发挥农业机械化在实现共同富裕中的积极作用，推动乡村振兴战略全面实施，促进中国农业可持续和现代化发展意义重大.

2 丘陵山区农业机械化存在的问题

2.1 地理环境制约

首先，丘陵山区特殊的地理条件形成了田块坡度大、面积小、不规则、较分散的特点，常规的大中型农业装备无法适应这种耕地特征，严重限制了农业机械大规模作业；尽管存在少量轻便化小型农业装备，但其适用性差、劳动强度大、工作效率不高，仍然难以体现机械化作业的优势，没有得到广泛应用[10-12].其次，丘陵山区以梯田式耕地为主要形式，田块之间落差较大，田间互通道路狭窄崎岖或者未设机耕道，这使得农业机械很难进入作业场地[13].再次，中国丘陵山区广泛分布着黏重性较强的土壤，特别是对于降水量分布集中的南方地区，较大的土壤湿度极易使土壤黏附在耕种机械上，导致作业效率下降，作业消耗动力增加，甚至造成机具严重损坏[14-15].最后，不少丘陵山区石漠化程度严重，不仅土层浅薄，而且混有大量石块，进一步增加了机械化耕种的难度.上述丘陵山区特殊的地理环境条件是制约当地农业机械化发展的根本原因，是提高丘陵山区农业机械化率面临的首要问题.

2.2 种植模式多样

丘陵山区人多地少.为了充分利用有限的耕地资源，增加复种指数，农户大都采用轮、间、套作等粮经复合种植结构，形成了复杂多样的农业生产模式[15].虽然在一定程度上促进了作物光热吸收，提高了耕地利用率，但同时也导致机械作业无法同时满足所有生产需求，农业装备研发推广难度增加，农业机械化发展受到极大限制[14,16].此外，丘陵山区不同作物类型在各个生产环节可供使用的农业装备差别很大，不同过程的机械化作业程度迥异.以重庆市和贵州省的部分地区为例，水稻机收面积超过50%，但种植和产后烘干机械化程度较低；玉米机收率不足3.3%；薯类、油料、糖类和中药材等作物在播种和收获环节的机械化程度不足；果桑茶机械化率总体仅在20%左右；蔬菜移栽的机械化水平仍相当滞后[17].

2.3 适用农机短缺

中国目前农业机械生产以大中型机械为主.相对而言，丘陵山区农业机械研发起步较晚、基础薄弱，缺乏因地制宜适合丘陵山区农业生产模式的装备[18-19].现有适用丘陵山区的农业机械十分有限，以部分小型拖拉机为主，各种适应性挂载机械较少，高通过性机械严重短缺.部分企业对丘陵山区农业机械市场的重视程度不够，对丘陵山区农业生产一线的需求缺乏深入了解，相关农业机械生产的经验和技术积累不足，导致其研发的装备技术成熟度低、品种少、性能差，与丘陵山区实际种植结构不对接，产品的更新换代与农户生产模式不同步，仍难以满足农户具体作业需求.因此现有的农机产品很难吸引用户购买，企业利润率薄，研发投入积极性不高[17].上述多种原因导致当前中国丘陵山区农业机械供给严重不足，智能丘陵农机装备更为短缺，丘陵山区农业生产“无机可用”“无好机用”的矛盾十分突出[2,20-21].

2.4 农机农艺融合不足

进行农业机械化作业的重要前提是农机与农艺的高度融合.然而，丘陵山区农户在实施作物栽培时，普遍受传统种植习惯影响较大，对农机农艺融合的重要性认识不足，种植前未进行土地基础条件改善，种植时未考虑机械化作业需求，农业生产经营方式粗放，农机农艺融合度很低，适合机械化操作的品种和栽培模式较少.这不仅难以发挥出农业机械化作业的优势，也会在一定程度上增加新型农业装备的开发难度，导致丘陵山区农业生产成本进一步增加[22].总体而言，目前中国丘陵山区普遍没有形成农机农艺联合研发机制，难以完成农业全程机械化生产，这已成为制约丘陵山区农业机械化发展的另一个关键因素.

2.5 劳动力结构矛盾突出

与平原地区相比，丘陵山区农业生产受自然条件影响更大、投资成本更高、所耗时间精力更多，但收益却没有显著增加.因此，青壮年从事劳作的积极性普遍较低，更多去选择从事风险较小、收益稳定的非农领域的相关工作，这不仅导致了丘陵山区农业生产劳动力严重缺乏，也造成了农技、农机人才大量流失.以贵州省为例，2010—2016年农业从业人员由2 031万人缩减至1 017.04万人，降幅高达49.92%[23].另据统计，目前中国丘陵山区从事农业生产人员的年龄多为45～50岁，不仅缺乏先进的生产专业技能，难以提高作业效率，而且存在很大的劳动安全风险[14,24].特别是丘陵山区广泛分布的果树、茶树、蔬菜等特经作物的种植均属劳动密集型产业，随着用工成本逐年上升，以及丘陵山区特色农产品供需矛盾日益增加，劳动力结构问题将尤为凸显，各类适宜性农业装备的缺口将进一步扩大，丘陵山区农业机械化的需求将更为迫切[25].

3 丘陵山区农业机械化发展对策

3.1 促进农田宜机化改造

丘陵山区农业机械化首先要解决的就是农田宜机化的问题[26].应依据不同丘陵山区作物栽培模式、地形地貌、地块形状、气象和水土环境等情况，结合不同地区种植结构和产业特点，以有效提高各农业生产环节的机械化率为目标，制定提出丘陵山区平整地、缓坡和梯台等宜机化改造方案和技术标准.按照“先易后难、集中连片、逐年推进”原则，做好农田宜机化中长期规划，优先安排水源丰富、土壤肥沃、地势平坦的优势区域，通过整理地块、优化布局、完善道路、改良土壤等措施，逐片、逐年完善改造建设工作，实现坡度由陡变缓、田块由小变大、道路由曲变直，扩大经营种植规模，提高农业生产效率，并进行农田宜机化改造模式的推广和示范.

3.2 研发特经作物生产全程机械化装备

以轻型、高效、可靠和适用为目标，设计满足丘陵山区果园开沟、割草、运输等作业需求的履带式移动平台通用底盘，研发面向丘陵山区全向、全地形调平系统以及全向、全地形惯性调平技术，提升丘陵山区履带移动平台的工作品质.探究丘陵山区复杂地形环境下适应性强、施药效果好的对靶施药技术，研制具有多传感器探测、智能反馈变量调节和精准施药功能的自走式植保装备，显著提高施药作业效率，减少雾滴漂移，保护生态环境，保障作业人员安全.研究无人机避障与仿地飞行技术，进行各类测距传感器对比应用，实现自主识别与有效回避农田障碍物，并根据地形和作物及时调整无人机飞行高度，充分发挥无人机在丘陵山区田间管理作业的优势[27-28].研发丘陵山区集水、供水、水资源优化调度和智能化灌溉装备，形成果园、茶园水肥一体化高效应用技术模式，在提高丘陵山区农业灌溉水利用系数的基础上，促进肥料减施.开发面向丘陵山区果园机械化管理的新一代自适应多功能智能升降作业平台，建立自行走、拖拉机牵引或载运的多种动力与移动模式，实现自适应多维度测控、智能调姿与智能避撞，构建人机交互、遥控交互、远程交互的多操纵模式，有效降低丘陵山区果园剪枝、采收劳动强度.研制满足狭小田块空间茄果类蔬菜穴盘苗小型全自动悬挂式移栽机，研发移栽机系统的无线机、电、气耦合控制技术，实现丘陵山区茄果类蔬菜穴盘苗全自动移栽，形成可供推广的丘陵山区蔬菜高效栽培技术模式.通过集成上述丘陵山区适应性农业机械，解决丘陵山区作物田间管理装备短缺问题，形成特经作物生产全程机械化模式，最终推动丘陵山区农业规模化、标准化、机械化发展.

3.3 推动农机农艺融合

基于丘陵山区不同的环境条件和种植特点，在作物品种选育、行距株距确定、田间管理模式等环节，充分考虑机械化作业需求，形成农机农艺融合的高效生产模式，促进丘陵山区作物全程机械化生产.联合作物栽培研究院所、涉农高校、生产企业以及农机推广站等单位，整合现有农业生产资源，建立农机农艺共同研发机制，开展农机农艺融合关键技术攻关，优化丘陵山区种植模式，提高农业机械化水平和生产效率，促进丘陵山区农业生产方式的转变.

3.4 集成作物生产智慧管控系统

围绕丘陵山区特经作物，开展物联网、大数据以及农田环境和农情信息协同感知技术研究，明确多源数据交互机制及通信标准协议，解决农业信息孤岛和交互壁垒难题.融合图谱信息处理、作物模型、人工智能等方法，进行长序列、大尺度农业数据处理分析，构建基于多维感知信息的环境变化、作物生长和病虫草害监控预测模型.突破全农时农机测控与智慧作业技术，进行农机电子档案管理、作业状态监测、智能任务派发以及作业质量统计分析，实现农资、农情、农机大数据的实时对接与互联互通.在构建作物高效生产智能决策系统的基础上，开发基于云技术的丘陵山区特经作物生产智慧管控平台.建立智慧农场、果园、茶园建设标准和规范，探索智慧农业示范区建设方案，进行智慧农业试验示范区建设和推广.能够以强大农情信息融合感知为基础，进行丘陵山区农业生产全过程智慧作业、管理和溯源，有效减少农资库存、提高农机效率、增加作物产量，形成可复制、可推广的智慧农业模式，为丘陵山区智慧农业建设提供强有力的技术支撑.

3.5 强化主体培育和政策支持

生产经营主体和农机作业服务主体的培育是促进丘陵山区农业装备和产业协同发展的关键.要支持各类农机专业化服务团队的发展，创新服务模式，不断提高农机社会化服务体系建设水平.强化政策引导，完善农机补贴机制，扩大各类优质农机宣传力度，鼓励农户提高农业机械使用率.增加丘陵山区农业机械研发经费投入，集聚农业机械高水平研发团队，突破丘陵山区农业机械化发展难题，提高农机人才培养质量.建立农机技术人员定期培训机制，不断提高人员农机知识水平和操作技能.设立丘陵山区作物机械化生产基地，强化高效农业生产模式示范效应.

4 结 论

“十四五”是中国巩固脱贫攻坚成果、全面推进乡村振兴、力争实现2035年农业农村现代化远景目标的第一个五年，农业机械化发展面临新形势、新要求.深刻认识新时期农业机械化与农业农村现代化的关系，科学分析农业机械化转型升级面临的重大挑战，补齐中国农业机械化发展短板，攻克丘陵山区农业机械化发展难题，对于促进中国农业农村高质量发展、推动实现共同富裕至关重要.