農(nóng)機農(nóng)藝融合理論方法與實現(xiàn)途徑探討

安徽省亳州市渦陽縣花溝鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)站 望詠梅

前言

農(nóng)機農(nóng)藝融合是農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的基礎(chǔ)，近些年來，隨著農(nóng)業(yè)機械化的快速發(fā)展，農(nóng)機農(nóng)藝融合發(fā)展多次被提出。經(jīng)過筆者的市場調(diào)查，影響產(chǎn)品推廣效果的關(guān)鍵性因素主要有兩點，一是農(nóng)機農(nóng)藝融合效果，也就是說作業(yè)質(zhì)量。而回報率，具體是作業(yè)效率以及作業(yè)質(zhì)量，傳統(tǒng)認(rèn)為的價格因素已經(jīng)不占據(jù)主導(dǎo)因素。例如，青飼料收獲機，進口青飼料收獲機售價往往在200萬元以上，一般需要提前半年甚至一年進行訂貨，而同等規(guī)格的國產(chǎn)青飼料收獲機售價一般在70萬左右，但從市場表現(xiàn)以及實際應(yīng)用來觀察。相同規(guī)格的青飼料收獲機，無論是使用者還是青貯飼草的收購商更傾向于進口產(chǎn)品，原因很簡單，單就進口產(chǎn)品的收獲質(zhì)量上來看，進口產(chǎn)品收獲的飼草更符合收購商的標(biāo)準(zhǔn)，也就是農(nóng)機農(nóng)藝比國產(chǎn)產(chǎn)品更融合。還有玉米收獲機，目前市場上的玉米收獲機技術(shù)比較成熟，雖然售價不菲但收獲效果例如損失率、苞葉剝凈率、莖稈還田效果以及收獲效率、適應(yīng)性等方面均能達(dá)到農(nóng)藝要求，因此玉米收獲機的市場走向不以價格為因素，用戶考慮更多的是品牌型號?？偨Y(jié)而言，農(nóng)機農(nóng)藝融合是發(fā)展農(nóng)業(yè)機械化的最基本、最基礎(chǔ)的理論研究，刨除農(nóng)藝，發(fā)展農(nóng)業(yè)機械化只能淪為空談。綜合來考慮的話，農(nóng)機農(nóng)藝融合發(fā)展需要多方面共同努力，需要多個行業(yè)共同參與。

1 農(nóng)藝需求分析

我國是農(nóng)業(yè)大國，種植作物種類數(shù)量十分龐大，而且不同地區(qū)的種植方式不同，因此這對農(nóng)機裝備的研發(fā)設(shè)計提出了很高的要求。下面，首先對幾種大宗作物的農(nóng)藝要求進行簡要分析。

1.1 小麥、玉米等大宗糧食作物的收獲

小麥、玉米裝備的研發(fā)我國已經(jīng)十分成熟，尤其是小麥作物。目前來講，小麥機械化收獲還需解決的問題主要是小麥的含雜率、損失率以及倒伏小麥的收割。這就需要工程技術(shù)人員對撥禾輪轉(zhuǎn)速、割臺活動范圍、滾筒轉(zhuǎn)速、凹版間隙、清選篩振動、風(fēng)扇風(fēng)量等詳細(xì)參數(shù)以及結(jié)構(gòu)材料配合進行大量試驗對比，以便更符合特殊情況下小麥?zhǔn)斋@標(biāo)準(zhǔn)。對于玉米收獲機來講，掉穗、漏棒、割臺喂入堵塞是較為突出的問題，還有對于濕度較大，苞葉較青的玉米苞葉剝凈率較低，這就需要工程技術(shù)人員對割臺摘穗部件進行優(yōu)化設(shè)計，板式割臺則主要對板的間隙結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化升級，輥式割臺主要對摘穗輥轉(zhuǎn)速、間隙結(jié)構(gòu)、材質(zhì)等方面進行參數(shù)優(yōu)化。

1.2 蔬菜類農(nóng)機農(nóng)藝融合要點

在我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，蔬菜類生產(chǎn)占據(jù)著重要組成部分，而且與大宗糧食作物不同的是，蔬菜種類繁多，農(nóng)藝要求復(fù)雜且作業(yè)環(huán)境多樣，因此蔬菜類機械化發(fā)展極為不均，而且農(nóng)機農(nóng)藝融合程度較低。

首先，蔬菜的耕整地環(huán)節(jié)機械化程度較高，已經(jīng)基本實現(xiàn)了農(nóng)機農(nóng)藝融合。種植蔬菜耕整地農(nóng)藝要求主要分為：平地、做壟、開溝三種，平地的農(nóng)藝要求一般要求平整度以及土壤的細(xì)碎程度，要求沒有較大的土塊。起壟、開溝對于起壟的緊實度、平整度以及尺寸，壟溝的尺寸、緊實度有要求，目前的旋耕機、聯(lián)合整地機、起壟機、開溝機等農(nóng)機裝備均可達(dá)到農(nóng)藝要求。

蔬菜的播種環(huán)節(jié)的發(fā)展目前已經(jīng)取得初步成果。蔬菜的種子多為小顆粒種子，尺寸較小且價格較高，因此蔬菜播種相較于小麥玉米等作物屬于精細(xì)化播種。目前蔬菜種植多為穴盤育苗以及人工撒播，小顆粒種子播種機市場上也有出現(xiàn)，但技術(shù)成熟度尚未可知。蔬菜播種的農(nóng)藝主要分為穴播、條播、撒播，多數(shù)為穴播，穴播的農(nóng)藝要求主要體現(xiàn)在單穴的種子顆粒數(shù)量、播深以及播種均勻度，避免漏播、重播的現(xiàn)象。對于農(nóng)機裝備的設(shè)計研發(fā)來講，氣吸式播種機或者種子帶播種機為主要研發(fā)方向。氣吸式播種機多為高端播種機，有著播種精確的優(yōu)勢，屬于精播播種機。歐美發(fā)達(dá)國家播種機多為氣吸式播種機，種子帶播種機結(jié)構(gòu)則較為簡單，需要前期利用棉線、種帶對種子進行編織加工，優(yōu)點是種距及播種數(shù)量根據(jù)農(nóng)藝要求精確可調(diào)，避免造成種子浪費，種帶還可提供保護避免被鳥類蠶食。

根據(jù)種類以及收獲期、規(guī)模的區(qū)分，蔬菜一般分為設(shè)施類蔬菜以及露地蔬菜，露地蔬菜實現(xiàn)機械化較為容易，設(shè)施蔬菜受設(shè)施的影響，實現(xiàn)機械化仍有一定的難度。因此，研發(fā)設(shè)施蔬菜的基礎(chǔ)理念應(yīng)以小型化、電動化為主。蔬菜的機械化采收依然是重點、難點。根據(jù)種類不同，蔬菜可分為葉菜例如白菜、甘藍(lán)、油菜、生菜、韭菜等，根莖類蔬菜例如蘿卜、萵筍、大蔥、大蒜、大姜、薯類等，果實類蔬菜例如番茄、黃瓜、茄子等。目前，葉菜類收獲機有甘藍(lán)收獲機以及設(shè)施內(nèi)生菜、油麥、油菜收獲機，甘藍(lán)及白菜收獲機雖然沒有取得大面積市場推廣，但技術(shù)可滿足農(nóng)藝要求。首先，該類收獲機通過旋轉(zhuǎn)的刀片切開甘藍(lán)或者大白菜的根莖，然后通過柔性輸送裝置將甘藍(lán)或者大白菜傳輸?shù)綑C具的后半部分進行人工裝袋或者集中入箱，該類裝備仍需提升優(yōu)化的問題主要是避免堵塞以及在傳輸過程中的損傷。生菜類收獲機目前已有產(chǎn)品，且效率較高，但是該類產(chǎn)品會將蔬菜的根部進行切割，生菜、菠菜等蔬菜由于其形態(tài)特征根部切斷后菜葉將會散開，可能會影響運輸、儲存及銷售，對于該種機械可研發(fā)挖掘+振動分離一體的收獲機進行收獲，并且該種收獲機的使用對于苗床的要求較高，必須平整沒有較大的壟溝或者凸起。根莖類蔬菜例如薯類收獲機較為成熟，薯類收獲機目前多為牽引式或者懸掛式，通過掘土鏟進行挖掘，將薯類以及土壤輸送至振動篩將土壤與薯類進行分離，技術(shù)發(fā)展較為成熟。目前果實類蔬菜收獲機仍然沒有取得較大的研究成果，首先果實類收獲機的研發(fā)難點有以下幾個方面：（1）如何判斷果實是否成熟，番茄、茄子等果實成熟時顏色會發(fā)生變化，運用顏色傳感器即可判斷，但是一些瓜類、青椒類蔬菜成熟時顏色可能不會發(fā)生變化，這就對機械判別造成困難；如果對尺寸進行感知但由于部分蔬菜成熟果實尺寸不一則會影響界定。（2）部分作物植株形態(tài)較為復(fù)雜，果實分布不一，且可能隱藏，這對于機械化采摘造成困難。（3）果實成熟時間不一，這對于大規(guī)模高效率的機械化采摘造成困難。目前部分研發(fā)部門的方向為采摘手，但大多還處于研發(fā)理論階段，真正實現(xiàn)落地應(yīng)用還有一段不短的距離，原因首先是效率問題，采摘手的設(shè)定應(yīng)當(dāng)是自動采摘，自動采摘必須依靠各種傳感器以及大量的數(shù)據(jù)進行計算，在當(dāng)前的技術(shù)范圍內(nèi)難以實現(xiàn)高效率的精準(zhǔn)快速采摘（在工業(yè)生產(chǎn)上，流水線上的工業(yè)機器人機械臂是設(shè)定好的程序，以及準(zhǔn)確無誤的位置，無須進行復(fù)雜的數(shù)據(jù)匹配計算，因此效率較高），提高效率最簡單的方法是增加采摘手，但增加采摘手一是增加成本，二是結(jié)構(gòu)將更加復(fù)雜，不適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境作業(yè)。因此，如何實現(xiàn)果實類采收農(nóng)機農(nóng)藝融合，提高生產(chǎn)效率呢？筆者認(rèn)為，在可實現(xiàn)的范圍內(nèi)，要刨除純機械采收的方案，采用種植模式改良、設(shè)施改造、機械輔助、人工采收的模式，例如番茄的種植，設(shè)施內(nèi)番茄環(huán)境一般比較復(fù)雜，需要大量的牽引線，因此，可在牽引線的輔助下加高番茄植株的高度，改造設(shè)施內(nèi)植株布局，加寬中間行距，引入機械化采摘平臺及運輸車輛，提高采收效率。

1.3 果園作物農(nóng)機農(nóng)藝融合理論

由于受總體地形影響，我國大部分果園生產(chǎn)在山地丘陵以及黃土高原地帶，而且，傳統(tǒng)大樹型果園較多。但隨著老齡果園的升級改造以及大量的新建果園的開發(fā)建設(shè)，適合機械化生產(chǎn)的矮砧密植型果園占比不斷增多。實際上，矮砧密植型果園的出現(xiàn)也是果園生產(chǎn)農(nóng)機農(nóng)藝融合的成果。傳統(tǒng)老果園由于樹冠的原因限制了果園裝備開展作業(yè)，因此，多方聯(lián)合經(jīng)過大量實驗論證，矮砧密植型果園應(yīng)運而生，矮砧密植型果園的理念是限制果樹的生長空間，不追求單棵果樹的產(chǎn)量，通過密植果樹實現(xiàn)水果不減產(chǎn)，通過運用機械化管理方法以及更科學(xué)的管理手段降低生產(chǎn)成本，提升果品質(zhì)量，實現(xiàn)節(jié)本增效的效果。目前，矮砧密植型果園可以利用機械化來實現(xiàn)機械化除草、機械化施肥、機械化植保、水肥一體化、機械化修剪、半機械化采摘等主要環(huán)節(jié)。其中農(nóng)藝要求較高的主要有除草、植保、施肥以及灌溉。首先，隨著種植生草的理念已經(jīng)被廣泛接受，機械化除草也就相對容易實現(xiàn)機械化了。生草刈割的農(nóng)藝要求主要是不破壞生草的根部，將切割的碎草進行回收或者平鋪在地面，果園專用割草機即可實現(xiàn)此功能，技術(shù)成熟，效率高。植保根據(jù)主要目的以及時期的不同其藥液的施加對象也有所不同?？偨Y(jié)而言，植保施藥的農(nóng)藝要求主要是霧滴均勻、覆蓋全面、葉背及葉面均需附著，再加上環(huán)保及成本控制的要求，還需要盡可能減少浪費的藥液。果園用噴霧機基本可以實現(xiàn)上述要求，首先果園用噴霧機一般選用大風(fēng)量風(fēng)扇以及隔膜泵，利用大風(fēng)量將藥液噴灑到更高的樹枝樹干上，強大的風(fēng)力也可使煽動樹枝樹葉，使藥液噴灑更均勻無死角，加裝有靜電發(fā)生裝置的噴霧機可使霧滴帶有電荷，利用電荷的吸附性可有效避免藥液的浪費，減少藥液的使用。果園施肥一般有化肥、有機肥和液體肥，其中有機肥占比最多，開溝施肥機即可實現(xiàn)有機肥的深埋施肥。先進的水肥一體化系統(tǒng)即可實現(xiàn)果園的灌溉及施加液體肥，水肥一體化系統(tǒng)可通過設(shè)定實現(xiàn)對灌溉量以及液體肥施加量進行精準(zhǔn)控制，更加符合農(nóng)藝要求，從而提升果品品質(zhì)。實際上，枝條修剪也是農(nóng)藝要求最多的環(huán)節(jié)之一，但矮砧密植型果園的修剪則較為簡單，主要是以修型為主，避免果園的生長對機械化造成影響。

1.4 通用型農(nóng)機裝備的農(nóng)機農(nóng)藝融合

首先，拖拉機是應(yīng)用最多的農(nóng)機裝備，也是最基礎(chǔ)的農(nóng)機裝備。拖拉機一般是在后置懸掛或者牽引作業(yè)裝置，對作物的影響主要是土壤的壓實以及禾苗的碾壓，因此，為更符合農(nóng)藝要求，拖拉機的設(shè)計研發(fā)可以以輪胎的接地面積以及輪距的調(diào)整為抓手，增大接觸面積既可以提供更大的牽引力也可以減少土壤的壓實，實現(xiàn)輪距的調(diào)整可以避免造成壓苗的現(xiàn)象。同時，大規(guī)模的農(nóng)場也可以根據(jù)農(nóng)機裝備作業(yè)幅寬在田間設(shè)置機耕路，更加方便機械化作業(yè)。

無人植保機近些年來炙手可熱，無人植保機用來施藥有著效率高、安全性好、不對作物碾壓影響的優(yōu)點，而且由于無人植保機風(fēng)扇帶來的大風(fēng)量，藥液噴灑會更加均勻全面，但是受攜藥量的限制，無人植保機噴灑的藥量多為高濃度藥液。

2 如何更高實現(xiàn)農(nóng)機農(nóng)藝融合

實際上，出現(xiàn)農(nóng)機農(nóng)藝不融合的現(xiàn)象主要有兩個方面的原因：（1）消息閉塞，農(nóng)機裝備的生產(chǎn)研發(fā)部門并不了解農(nóng)藝的實際要求，只是“想當(dāng)然”的研發(fā)設(shè)計。（2）農(nóng)藝要求太過復(fù)雜，目前技術(shù)手段無法有效滿足，因此，可以針對以上兩個方面進行努力。

2.1 打破信息壁壘，聯(lián)合帶動農(nóng)機農(nóng)藝融合

一般情況下，農(nóng)業(yè)類的學(xué)校、研究機構(gòu)、政府單位中的種植業(yè)和機械化管理進行分開設(shè)置，因此，加快農(nóng)機農(nóng)藝融合首先就要打破這種局面。例如，在農(nóng)業(yè)類學(xué)校的課程設(shè)置上，農(nóng)業(yè)機械類專業(yè)可以引入適當(dāng)?shù)霓r(nóng)藝課程；農(nóng)藝專業(yè)可以引入適當(dāng)?shù)霓r(nóng)業(yè)機械課程，使農(nóng)業(yè)機械類人才在從事農(nóng)機裝備的設(shè)計研發(fā)時意識到必須依照相關(guān)農(nóng)藝要求；農(nóng)藝類相關(guān)人才在進行相關(guān)工作時也必須考慮機械化的應(yīng)用基礎(chǔ)。農(nóng)藝有著明顯的區(qū)域性，因此同樣的作物不同地區(qū)的種植模式可能存在較大區(qū)別，例如傳統(tǒng)糧食作物的玉米在不同地區(qū)的種植模式存在極大不同，在黃淮海地區(qū)玉米種植模式為550mm~600mm行距多為平地或者小壟種植，在新疆內(nèi)蒙地區(qū)則為小行距種植，東北地區(qū)則為大行距大壟種植，區(qū)域性十分明顯。因此農(nóng)機推廣部門在進行農(nóng)機產(chǎn)品推廣時可與農(nóng)藝部門聯(lián)合，從而遴選更適合、更符合農(nóng)藝標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。面對復(fù)雜的農(nóng)藝要求，農(nóng)機產(chǎn)品的設(shè)計研發(fā)或者升級可以充分借鑒“農(nóng)民發(fā)明家”，一些農(nóng)民老手在充分了解農(nóng)藝要求的基礎(chǔ)下，奇思妙想，不受條條框框的束縛，往往能夠取得意想不到的效果。

2.2 多方面配合，共同推動農(nóng)機農(nóng)藝融合

農(nóng)機農(nóng)藝融合不單指農(nóng)機配合農(nóng)藝，而是農(nóng)機農(nóng)藝相互配合，新型果園的大面積推廣即是較為成功的典型。在新品種的研發(fā)方面，工程技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)盡可能地簡化農(nóng)藝要求，同時在設(shè)施配套、規(guī)劃方面，積極考慮機械化的應(yīng)用基礎(chǔ)。例如，棉花機械化采收面臨的問題之一就是棉桃成熟時間不一，因此，為降低機械化采收成本，提高生產(chǎn)效率，可以積極培育棉桃成熟時間統(tǒng)一的棉花，方便機械化統(tǒng)一采收。

3 結(jié)語

農(nóng)機農(nóng)藝融合是一條艱難且漫長的道路，需要聯(lián)動各個行業(yè)共同參與，融合發(fā)展。農(nóng)機農(nóng)藝融合的實現(xiàn)途徑是首先要建立起一套完整且成熟的涉及農(nóng)業(yè)機械制造、品種的研發(fā)設(shè)計、農(nóng)藝的試驗研究、各種農(nóng)資的設(shè)計研發(fā)、基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計規(guī)劃的設(shè)計研發(fā)模式，統(tǒng)籌謀劃，在產(chǎn)品的推廣工作上，也應(yīng)當(dāng)與農(nóng)藝進行結(jié)合，遴選更加適合當(dāng)?shù)剞r(nóng)藝的產(chǎn)品，形成系統(tǒng)的融合模式，進而事半功倍。