农机化生产节能减排与绿色环保模式分析

徐晓莹,李艳玉

(榆树市农业综合行政执法大队,吉林 榆树 130400)

0 引言

现阶段,我国农业生产模式正由传统单一农机作业逐步向全程机械化转型,农业机械逐渐成为农业生产过程中不可或缺的组成部分,应用农机产品可显著提高工作效率和作业规范性,降低生产过程对人力资源的过度依赖,有利于形成规范且高效的生产模式。在农业机械化生产过程中,受机械性能、操作方式、作业方案等诸多因素影响,导致生产过程存在能源消耗大、环境污染严重等问题,在一定程度上影响了农业生产的科学化发展,通过应用节能减排技术与绿色环保作业模式,改善现有机械化生产弊端,将有利于实现农业可持续发展。

1 农业机械化生产现存问题

1.1 机械性能

农业机械性能在一定程度上会影响能源利用率,如部分农业机械动力小、作业效率低、技术落后,导致生产过程不能充分利用燃油提供高效率的优质作业,频繁出现故障等,造成燃油消耗量增加。同时,部分农村地区存在老旧农机占比高,部分农机接近或已经达到报废年限,但仍投入农业生产使用,致使出现油耗高、功效低的问题。此外,老旧农机可靠性明显降低,部分机具甚至存在滴油、漏油的现象,产生能源损耗和农田污染等问题[1]。

1.2 经营模式

对于不同条件的耕地,选择不同的农机类型也会使能源的利用率有所不同。对于经营面积小的耕地,选择中大型农机作业会造成机具作业范围受限,频繁调头、转弯等操作浪费作业时间,加之大排量农机单位时间燃油消耗率更高,因此在小块耕地应用会造成能源浪费;对于大面积的连片耕地,若应用落后的小型农机也会因为低效导致能源浪费[2]。

1.3 操作技能

我国农业生产过程中存在一部分驾驶员驾驶专业性不足,很多农机设备由农民自己驾驶,只经过简单培训或自己简单摸索就操作使用,操作方式不熟练、不规范,导致能源利用率低。部分从事农机服务的驾驶员,盲目追求工作效率,忽视对农业机械的规范驾驶与维护保养,导致农机在高负荷及不良工况下长期工作,使机具加速老化,引起能耗显著增加。

2 农机化生产节能减排的必要性

能源问题与碳排放问题是现代社会广泛关注的热点,环境污染与生态破坏逐渐成为农业机械化生产的“后遗症”,在一定程度上制约着农业可持续发展。在国家环保政策和排放政策日益严格的影响下,农业机械技术也正向着更节能、更环保的方向发展,不仅要全面应对化石能源短缺导致的系列问题,还要通过优化发动机技术与农机结构,改善排放和污染等问题。因此,农机节能减排符合社会需求与环境需求,更有利于促进绿色环保农业新技术、新理念的普及,减少不当作业造成的环境与能源威胁,帮助农民提高农业生产效益,促进现代化农业的发展[3]。

3 农机化生产节能减排模式

农机化生产的节能减排是时代发展的必然需求,现阶段可供应用的节能减排技术呈现多样化发展特征,从农业生产实践角度出发,采用下列方式组合实施。

3.1 农业机械性能升级

农业机械性能是影响能耗的关键因素,农业机械性能升级的方向包括:1)选用高效能发动机或配套能源利用技术。通过农业机械适配节能型柴油机,或应用尾气增压技术,能明显降低能源浪费,提高农机动力性能;2)应用智能控制技术。通过应用智能控制技术,能够更合理地控制农业机械执行相应功能,并逐渐实现精细化作业,使农业机械在不同作业模式下始终保持最佳挡位与速度的配合关系,优化在负载、牵引、播种、植保、收获等不同工况下柴油机的运转和功率输出条件,避免能耗浪费;3)提升农机功能。通过优化设计和电控技术应用,提高农机的作业性能。例如,通过改良耕整地机械技术、排种器技术提高农业生产作业速度,减少低速高功耗作业时间,也能显著降低农机燃油消耗率。

3.2 合理应用新能源技术

随着新能源技术受到社会广泛关注,新能源农机产品在国内外的研发率和应用率逐渐提升,尽管现阶段新能源农机存在数量少、造价高、维护保养费用高等弊端,但其在节能减排方面的表现也十分突出。在农业生产领域应用的途径包括以下3点:1)合理应用驱动模式。行进式农机的纯电驱动或混合动力驱动,将传统的发动机燃油驱动模式改为电机、传动系统、电池组驱动和功能模式,有利于更好降低能源消耗率,并减少排放污染,在低速、低负载情况下应用电驱动,在高负载、大牵引力的工况下应用燃油发动机驱动,均能显著提高能源利用率;2)合理应用太阳能技术。传统农田生产,因田间供电难的问题,常利用柴油发动机驱动灌溉设备,应用太阳能水泵替代传统模式,能够长时间以最低成本、最低能耗为农田供应灌溉用水,显著降低能耗;3)应用生物质能技术。农业生产环境很容易获取秸秆、牲畜粪便等生物质原材料,通过建立中小型生物质能供电站,利用生物质发电技术转化电能,供农业机械驱动和生产使用,优化能源利用率[4-5]。

3.3 规范使用与维护农机

规范驾驶农机对节能减排意义重大,通过定期组织农机培训、灵活开展网络培训等方式,提高农民驾驶农业机械的能力;通过养成规范驾驶的习惯,减少生产过程因超速、超载、挡位匹配不合理等因素造成的能耗增加,使农业生产达到更好的作业效果;通过定期做好农业机械的维护保养工作,使农机处于最佳工况,是节能减排的一项关键工作,例如,定期做好喷油泵调试,在满足机械动力的同时保证燃料得到更充分的燃烧,提高燃油的利用率;通过良好的润滑保养技术,减低农机运转阻力,使大型农机节能减排效果更好。此外,对于一些使用时间较长的农机,保养过程还能有效检测供油系统密封件老化,及时解决燃油滴漏等问题。

3.4 农机布局与优化配备

从农机结构与布局优化的角度进行产品改良,也能有效降低农机能耗。1)优化农业机械结构设计。从改进农机产品设计角度出发,可通过空气动力学设计、零件轻量化设计等途径降低农机产品的重量,如利用ANSYS软件进行仿真分析,通过明确各个零部件的受力和强度关系后,再进行零件外形简化、局部镂空等设计,降低农机材料使用量;2)应用新型材料。通过采用高强度钢、铝合金等轻质高强度材料,能够显著降低农机重量,改善农机性能;3)应用电驱动、液压驱动技术。利用电驱动、液压驱动替代传统的复杂机械传动结构,能实现农机结构的有效简化,并提高机具的可靠性,降低农机驱动力损耗,减少对发动机的性能依赖,提高能源利用效率。

4 农机绿色环保作业模式设计

4.1 农机种类优选

农业机械的性能特征直接关系到生产过程的环保性能,因此,应重点关注农业机械的优选。为达到绿色环保的作业要求,农业机械的选择首先要保证功能匹配,尽量保证农业机械具有一机多能的特点,实现过程工序的简化和生产过程用机数量的缩减,达到作业功能和高效率要求;其次,要尽量选择环保节油的机型种类,分辨柴油机的性能特征,保证柴油机具有先进的节能技术和高效特征,以及合理的尾气处理能力;最后,选择具有环保特征的农业机械类型,例如,免耕播种机、残膜回收机、秸秆回收机械等[6]。

4.2 管理方式改进

加强对生产过程的监督管理,重视农业机械的定期保养和故障维护,保障农业机械在良好的工况下工作,避免出现过度磨损、燃油泄漏、农药化肥泄漏等问题,提高农机化生产的规范性。同时加强对灌溉、施肥、植保的时机把控,提高作业精准性,避免出现因农药化肥过量使用、大水漫灌等浪费资源,造成污染及水土流失等问题。此外,应重视管理效率的提升,通过信息化手段,实现对农业机械化生产的远程监控和管理,将农业机械的作业状态与信息化平台相关联,以此指导生产过程的改进[7]。

4.3 农艺技术应用

农艺技术的选用与农机技术的适配是现代化农业生产质量的关键因素之一。为实现绿色农业发展目标,应从以下3方面改进农艺技术思路:1)品种选择上,应优先选择抗病、抗虫、抗逆性强的作物品种,提高作物适应能力,减少农药、化肥等污染物的使用量;2)选择绿色植保与施肥农艺技术,将传统的化肥用量进一步缩减,利用农家肥、秸秆肥等替代化肥,采用综合防治病虫害的方式,减少化学药剂的喷施量;3)采用新型栽培技术,如水肥一体化、节水灌溉等,提高农作物产量的同时,还能减少对环境的影响。

4.4 环保政策支持

要促进农业绿色环保作业模式的推广应用,农业管理部门应当结合绿色农业发展特征,加强对绿色农业生产模式、环保农机设备的支持力度,加大相关政策的倾斜力度,大力推广生物质能源利用、加强节水灌溉等基础设施建设,利用政策导向引导农业良性发展。同时,加强对农业周边环境的监督管理,建立农业生态环境监测体系,及时发现生产过程产生的严重污染,并能够第一时间进行处理。

4.5 农民理念提升

农业培训部门应当加强对农民绿色环保生产理念的宣传引导,指导农民规范使用农机、合理应用生产技术,增强环保意识,提高农民责任感,积极推广绿色生产技术,推荐优质农机及生物防治、废弃物资源化利用等技术,使农民积极参与到绿色生产实践中,建立绿色生产奖励机制,带动更多农民参与绿色生产[8-9]。

5 结语

通过分析农机化生产过程节能减排与绿色环保生产新模式,分析农业生产现阶段面临的机遇与挑战,指明了绿色农业与节能减排的重要性,为农业机械产业进一步优化生产模式提出相关建议。未来,在绿色农业相关政策不断完善和改进下,从资源、技术、工艺、设备和农民理念出发,加强实践配合,促进农业生产在绿色环保方面实现长期高质量的可持续发展。