农业机械技术在提高农作物产量中的应用研究

2024-01-01周凌翔马英洪陈小红罗兴红

农业灾害研究 2024年5期

摘要：农业机械技术的应用为农作物的高产量提供了稳定、高效的保障。因此，为了适应现代农业化发展的需要，非常有必要了解特定农业机械在解决不同种植区问题方面的作用，以及如何有效地利用科技实现农业资源优化、降低能源消耗、减少污染并实现可持续的农田管理。分析了农业机械技术在农业生产中的重要作用，以及农作物生产中农业机械技术的应用现状，指出了农作物生产中农业机械技术应用的制约因素，探讨了农业机械技术在提高农作物产量中的作用。

关键词：农业；机械技术；农作物；产量；应用研究

中图分类号：S22 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）05–0-03

随着经济社会的发展，农业机械技术逐渐应用于农业生产中。农业机械技术的发展对全球农业生产产生了深远且持久的影响。目前，我国的农业机械化水平也越来越高[1-2]。为全面推进乡村振兴的进程，应充分发挥农业机械在农业生产中的作用，确保粮食安全，提高农作物产量。

1 农业机械技术在农业生产中的重要作用

1.1 提高种植密度与优化播种

农业机械技术在提高农作物产量方面发挥着巨大的作用，包括提高种植密度、优化播种。传统的播种方式受限于人工操作，略显低效，不能达到理想的密度和均匀性，这会影响农作物的产量。而现代农业机械播种技术，如精量播种机、无人植保机器人等，可实现高精密、高品质的播种工作，有利于提高农作物产量。相关研究显示，精量播种机能够将小麦的种植密度从传统人工栽培种植密度7万株/hm2左右提高到9万株/hm2

左右，产量也由原来的4.5 t/hm2提高到6.5 t/hm2，增幅达到了44.4%[3]。

农业机械技术在优化播种方面也发挥着很大的作用[4]。拖拉机式无人植保机器人在精密化、标准化播种的同时能够实时检测土壤成分和水分，并能够根据具体条件提供合适的种植方案，以确保种植工作的高效稳定，从而提高农作物产量。

1.2 减少人工劳动与加强实时监测

现代农业机械技术不仅能够提高农作物的种植密度、优化播种，同时在农田管理方面也具有较大优势，可通过节省人力、降低劳动成本、减轻体力劳动强度等，实现对农田生产的全面控制和高效管理。例如，自动化农田灌溉系统可以通过各类传感器实时检测农田土壤水分含量，根据作物需求进行精确灌溉，降低灌溉成本，缩短灌溉周期。据统计，自动化农田灌溉系统能够将水资源利用率提高15%～20%[5]，实现农作物“滴灌”的精细化管理。此外，在农作物的生长过程中，遥感和无人机技术可以帮助监控和管理作物的病虫害、生长状况等信息，从而及时发现问题并采取相应措施，减少作物损失，提高产量和质量[6]。

在农业生产过程中，农作物产量的提高与现代农业机械设备的广泛应用紧密相关，通过机械化、智能化技术，提高种植密度、优化播种、减少人工劳动与实时监测农田整体状况，可以实现农作物高产、高质、高效的生产目标。

2 农作物生产中农业机械技术的应用现状

2.1 大规模种植

由于全球人口的不断增长，粮食需求也随之上升，而农业机械技术的应用使得农作物的种植与生产变得更高效，以满足人类对于粮食的需求。当前，农业机械技术在农作物生产中已经实现了大规模种植，使得整个农业生产过程变得快速而高效，这得益于多种农业机械和农业自动化技术的广泛应用，如拖拉机、收割机、植保无人机、无人驾驶农业车等，从而大大改进了农业生产模式。在种植规模方面[7]，2000—2019年，全球种植面积的增加幅度达到了3 240万hm2，其中60%面积的增加源于机械化种植。

2.2 精细化管理

精细化管理主要包括精确化灌溉、病虫害控制等方面的应用，通过各种传感器和无人机技术的应用，农田的实时监测和分析变得更加精细和便利[8]。在精确化灌溉方面，在农业机械技术的帮助下，农田可以实现按需灌溉、滴灌等精确农业技术，从而节约水资源，减轻土壤污染，并保证作物健康生长。此外，各种传感器和无人机技术的应用还能实时监测病虫害发生，减少用药量，降低农田环境污染。例如，使用植保无人机可以进行有效的病虫害监测与控制工作等。

2.3 农业智能化发展

随着物联网、大数据、遥感技术等的发展，农作物生产进入智能化时代。当前，农业机械技术已经结合了这些先进技术，实现了农田管理的智能化，使得生产效率和农产品质量得到了较大的提升。智能化农业机械产品如无人驾驶拖拉机、农业自动导航系统等，为农田管理带来了新的可能性，机器视觉技术、机械臂以及机器学习技术的综合应用实现了实时监控、自动修剪、收获作物等功能[9]。当前，农业机械技术的应用已呈现大规模种植、精细化管理和农业智能化发展的趋势，这表明农业机械技术在农作物生产中起到了积极的推动作用，为全球粮食供应提供了有力保障。

3 农作物生产中农业机械技术应用的制约因素

农业机械技术在农作物生产中的应用虽然已取得显著成果，但实践中仍然存在很多制约因素。

第一，在政策与经济方面，农业机械技术的研发、推广和运用需要得到充分的政策支持和资金投入。然而，在许多国家地区，尤其是发展中国家，农业机械及相关技术的财政支持有限，无法满足农业现代化发展的实际需求，全球大部分发展中国家的政府为农业领域提供的财政支持不足，难以满足当地农业机械化发展的需求。

第二，缺乏农业机械技术的研发与创新能力也是一大制约因素，这意味着在新技术研究、设备更新换代等方面无法满足农业生产需求。同时，由于部分发展中国家和农村地区的专业培训力度不够，人才流失情况严重以及教育资源匮乏，导致农民对农业机械设备的操作和维护能力有限，也制约了农业机械技术在农作物生产中的应用。

第三，农业机械技术在广泛应用过程中，可能会对环境和可持续发展造成影响。例如，大型农机设备的广泛应用可能加剧土壤紧实、侵蚀的问题，从而对土地、水资源和生物多样性产生负面的影响。

总之，农业机械技术在农作物生产中的应用仍面临政策与经济、技术研发与创新、培训与教育资源、环境和可持续发展等多方面制约因素。

4 农业机械技术在提高农作物产量中的作用

4.1 农业机械技术改进对种植和播种过程的影响

随着农业技术的发展，农业机械在种植和播种过程的应用已经成为提高农作物产量的关键因素之一。其中，植保无人机的应用大大减少了作物应用化学农药时对作物本身、环境的影响，降低了作物及其生长环境的农药残留量。此外，自动精确施肥技术的发展也有利于提高农作物产量，利用GIS技术，可实现“按需施肥”，提高肥料利用率。由此可见，农业机械技术在种植和播种过程的改进对农作物产量的提高具有重大意义。

4.2 农业机械技术对农田管理的影响

农业机械技术在农田管理方面的关键应用有利于确保资源的高效利用，从而提高农作物产量。例如，空中遥感技术可以精准监测土壤水分、作物病虫害情况和养分分布，使得农业生产者能够精确地管理。农田管理技术的革命使得种植者能够针对土壤、气候和农作物的特殊需求制定合适的管理方案。例如，大型土地虚拟测量仪可以评估土壤养分水平，而基于GPS系统的农业车辆调度则可以提高机械作业效率[10]。可见，农业机械技术在农田管理方面的应用对提高农作物产量具有显著的推动作用。

4.3 农业机械技术对收割过程的影响

农业机械技术在收割过程中的应用对农作物产量的提升起到了至关重要的作用。现代化的收割设备，如自走式收割机、玉米脱粒机等，已经在农业生产中得到了广泛应用，有效提高了收割的作业效率。此外，农业机械化采收作业的普及，消除了人力收割和简单器械收割带来的不稳定与影响，可降低收割损失率，大幅提高农作物的产量[11]。在收割过程中，秸秆还田技术和秸秆综合利用设备可以为农作物产量的增加提供保障。相较于传统的秸秆燃烧处理技术，碎秸还田技术可以避免土壤中氮、磷、钾等重要养分元素的损失，从而增加粮食产量。由此可见，农业机械技术在收割过程的优化对于农作物产量的提高具有重要作用。

4.4 农业机械技术对后期处理与储存的影响

农业机械技术在农作物后期处理与储存方面的运用，已成为提高农业产量的核心关键环节。农产品在加工过程中的损耗向来是制约农业生产发展的一大难题，得益于现代农业机械技术的不断进步，这一问题得到了逐步解决。通过采用先进的机械化干燥技术，可以显著降低农作物在自然晾晒过程中可能受到的温度、湿度波动的影响，进一步减少农作物吸湿、发霉等不良现象的发生。

智能储存设施的快速发展也进一步满足了不同农作物特殊储存的需求。以智能粮仓调湿技术为例，该技术借助精准传感设备实现了对粮食内外部的水分平衡状况的实时监测，并通过自动调湿处理系统，使得粮食处于适宜的存储环境。同时，现代化农产品加工设备，如全自动烘干机、脱皮机等，不仅提高了农产品加工效率与质量，还降低了农产品在加工过程中食品安全风险的发生，大大提高了农产品的储存能力与效率[12]。

此外，农业物流和供应链技术的改进也不容忽视。运用无人机、物联网、大数据等先进技术，农业生产者能实时控制农作物从田间到餐桌的全过程，减少在物流环节产生的损耗。

总之，农业机械技术在农作物后期处理与储存环节的广泛应用为提高农业产量提供了强大支持，不仅可以确保农作物产量的增长，还为农业生产的可持续发展提供了良好条件。

5 农业机械技术的发展趋势

5.1 智能化与自动化农业机械技术的发展

在信息技术和数码经济的驱动下，智能化与自动化将是农业机械技术未来发展的主要趋势。全球农业生产需求的快速增长对农业机械技术提出了更高的智能化与自动化要求。为了满足未来粮食生产的大规模需求，现有的传统农业机械设备必须进行技术升级，实现智能化和自动化。

智能化农业机械技术可以使农业生产者更好地利用资源、提高作业效率和降低成本。例如，逐步运用物联网（Internet of Things，IOT）技术，在农田中部署大量传感器之后，农业生产者可以在任何时间、任何地点实时掌握作物生长状况、土壤状况和环境条件。而无人机和无人驾驶设备的广泛应用，将依靠先进的导航系统，如全球定位系统（Global Positioning System，GPS）和高精地形数据，使农机作业更加精确、自动化。

有研究表明，智能化农业机械技术在未来20年内可以将全球农业生产效率提高5%～10%[13]。在机械领域，自动化是实现高效农业生产的重要手段，机器人和自动化农机设备具有高度自主性，可完全替代人工进行繁重、危险或重复性工作，如播种、施肥、除草和收割等。根据联合国粮农组织的数据，自动化农机设备在未来20年内有望将农业生产力提高20%，这将会进一步推动农业发展[14]。

5.2 环境友好型农业机械技术

目前，全球正面临着土壤退化、水资源短缺、生态系统破坏等一系列环境挑战，因此环境友好型农业机械技术势必成为农业技术创新和发展的重要方向。在农业生产中，环保农机设备的设计和生产将逐步应用可降解的材料和利用清洁能源，如太阳能、风能、生物质能等。根据能源转型报告，随着清洁能源技术的成熟，预计2025年清洁能源驱动的农业机械市场将占总农业机械市场的15%[15]。

此外，二氧化碳捕捉和封存（Carbon Capture and Storage，CCS）技术在农业机械领域的应用，有望进一步减少农业生产过程中温室气体的排放。农业土地的可持续管理是环保型农业机械的另一关键方向，通过应用精准农业技术，如光谱分析、遥感土壤探测等，将有助于实现“按需施肥”和“按需灌溉”的管理方式，有望降低化学肥料和农药的使用量，减轻对环境的负面影响。

6 结束语

农业机械技术对提高农作物产量具有举足轻重的作用，随着智能化和自动化技术的广泛应用，农业生产将变得更加高效和可持续，从而促进全球粮食安全。同时，环保型农业发展的重要性逐渐凸显、环境友好型农业机械技术将大大减少传统农业生产对环境的负面影响。未来农业机械技术应用研究应继续力求创新，提高农作物产量的同时提高农作物品质，以满足日益增长的人类需求和保护环境的双重使命。

参考文献

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[10] 张静.农业机械化对粮食种植结构的影响研究[D].重庆：重庆工商大学，2023.

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