農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)在提高農(nóng)作物產(chǎn)量中的應(yīng)用研究

摘 要：農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)的應(yīng)用為農(nóng)作物的高產(chǎn)量提供了穩(wěn)定、高效的保障。因此，為了適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)化發(fā)展的需要，非常有必要了解特定農(nóng)業(yè)機(jī)械在解決不同種植區(qū)問題方面的作用，以及如何有效地利用科技實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源優(yōu)化、降低能源消耗、減少污染并實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的農(nóng)田管理。分析了農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要作用，以及農(nóng)作物生產(chǎn)中農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，指出了農(nóng)作物生產(chǎn)中農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)應(yīng)用的制約因素，探討了農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)在提高農(nóng)作物產(chǎn)量中的作用。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)；機(jī)械技術(shù)；農(nóng)作物；產(chǎn)量；應(yīng)用研究

中圖分類號：S22 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）05–0-03

隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)逐漸應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)的發(fā)展對全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)且持久的影響。目前，我國的農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平也越來越高[1-2]。為全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興的進(jìn)程，應(yīng)充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)機(jī)械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用，確保糧食安全，提高農(nóng)作物產(chǎn)量。

1 農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要作用

1.1 提高種植密度與優(yōu)化播種

農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)在提高農(nóng)作物產(chǎn)量方面發(fā)揮著巨大的作用，包括提高種植密度、優(yōu)化播種。傳統(tǒng)的播種方式受限于人工操作，略顯低效，不能達(dá)到理想的密度和均勻性，這會影響農(nóng)作物的產(chǎn)量。而現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械播種技術(shù)，如精量播種機(jī)、無人植保機(jī)器人等，可實(shí)現(xiàn)高精密、高品質(zhì)的播種工作，有利于提高農(nóng)作物產(chǎn)量。相關(guān)研究顯示，精量播種機(jī)能夠?qū)⑿←湹姆N植密度從傳統(tǒng)人工栽培種植密度7萬株/hm2左右提高到9萬株/hm2

左右，產(chǎn)量也由原來的4.5 t/hm2提高到6.5 t/hm2，增幅達(dá)到了44.4%[3]。

農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)在優(yōu)化播種方面也發(fā)揮著很大的作用[4]。拖拉機(jī)式無人植保機(jī)器人在精密化、標(biāo)準(zhǔn)化播種的同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)檢測土壤成分和水分，并能夠根據(jù)具體條件提供合適的種植方案，以確保種植工作的高效穩(wěn)定，從而提高農(nóng)作物產(chǎn)量。

1.2 減少人工勞動與加強(qiáng)實(shí)時(shí)監(jiān)測

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)不僅能夠提高農(nóng)作物的種植密度、優(yōu)化播種，同時(shí)在農(nóng)田管理方面也具有較大優(yōu)勢，可通過節(jié)省人力、降低勞動成本、減輕體力勞動強(qiáng)度等，實(shí)現(xiàn)對農(nóng)田生產(chǎn)的全面控制和高效管理。例如，自動化農(nóng)田灌溉系統(tǒng)可以通過各類傳感器實(shí)時(shí)檢測農(nóng)田土壤水分含量，根據(jù)作物需求進(jìn)行精確灌溉，降低灌溉成本，縮短灌溉周期。據(jù)統(tǒng)計(jì)，自動化農(nóng)田灌溉系統(tǒng)能夠?qū)⑺Y源利用率提高15%～20%[5]，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物“滴灌”的精細(xì)化管理。此外，在農(nóng)作物的生長過程中，遙感和無人機(jī)技術(shù)可以幫助監(jiān)控和管理作物的病蟲害、生長狀況等信息，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)措施，減少作物損失，提高產(chǎn)量和質(zhì)量[6]。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，農(nóng)作物產(chǎn)量的提高與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的廣泛應(yīng)用緊密相關(guān)，通過機(jī)械化、智能化技術(shù)，提高種植密度、優(yōu)化播種、減少人工勞動與實(shí)時(shí)監(jiān)測農(nóng)田整體狀況，可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物高產(chǎn)、高質(zhì)、高效的生產(chǎn)目標(biāo)。

2 農(nóng)作物生產(chǎn)中農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 大規(guī)模種植

由于全球人口的不斷增長，糧食需求也隨之上升，而農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)的應(yīng)用使得農(nóng)作物的種植與生產(chǎn)變得更高效，以滿足人類對于糧食的需求。當(dāng)前，農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)在農(nóng)作物生產(chǎn)中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模種植，使得整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程變得快速而高效，這得益于多種農(nóng)業(yè)機(jī)械和農(nóng)業(yè)自動化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，如拖拉機(jī)、收割機(jī)、植保無人機(jī)、無人駕駛農(nóng)業(yè)車等，從而大大改進(jìn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式。在種植規(guī)模方面[7]，2000—2019年，全球種植面積的增加幅度達(dá)到了3 240萬hm2，其中60%面積的增加源于機(jī)械化種植。

2.2 精細(xì)化管理

精細(xì)化管理主要包括精確化灌溉、病蟲害控制等方面的應(yīng)用，通過各種傳感器和無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，農(nóng)田的實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析變得更加精細(xì)和便利[8]。在精確化灌溉方面，在農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)的幫助下，農(nóng)田可以實(shí)現(xiàn)按需灌溉、滴灌等精確農(nóng)業(yè)技術(shù)，從而節(jié)約水資源，減輕土壤污染，并保證作物健康生長。此外，各種傳感器和無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用還能實(shí)時(shí)監(jiān)測病蟲害發(fā)生，減少用藥量，降低農(nóng)田環(huán)境污染。例如，使用植保無人機(jī)可以進(jìn)行有效的病蟲害監(jiān)測與控制工作等。

2.3 農(nóng)業(yè)智能化發(fā)展

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、遙感技術(shù)等的發(fā)展，農(nóng)作物生產(chǎn)進(jìn)入智能化時(shí)代。當(dāng)前，農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)已經(jīng)結(jié)合了這些先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)田管理的智能化，使得生產(chǎn)效率和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量得到了較大的提升。智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品如無人駕駛拖拉機(jī)、農(nóng)業(yè)自動導(dǎo)航系統(tǒng)等，為農(nóng)田管理帶來了新的可能性，機(jī)器視覺技術(shù)、機(jī)械臂以及機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的綜合應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動修剪、收獲作物等功能[9]。當(dāng)前，農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)的應(yīng)用已呈現(xiàn)大規(guī)模種植、精細(xì)化管理和農(nóng)業(yè)智能化發(fā)展的趨勢，這表明農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)在農(nóng)作物生產(chǎn)中起到了積極的推動作用，為全球糧食供應(yīng)提供了有力保障。

3 農(nóng)作物生產(chǎn)中農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)應(yīng)用的制約因素

農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)在農(nóng)作物生產(chǎn)中的應(yīng)用雖然已取得顯著成果，但實(shí)踐中仍然存在很多制約因素。

第一，在政策與經(jīng)濟(jì)方面，農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)的研發(fā)、推廣和運(yùn)用需要得到充分的政策支持和資金投入。然而，在許多國家地區(qū)，尤其是發(fā)展中國家，農(nóng)業(yè)機(jī)械及相關(guān)技術(shù)的財(cái)政支持有限，無法滿足農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的實(shí)際需求，全球大部分發(fā)展中國家的政府為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域提供的財(cái)政支持不足，難以滿足當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展的需求。

第二，缺乏農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新能力也是一大制約因素，這意味著在新技術(shù)研究、設(shè)備更新?lián)Q代等方面無法滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求。同時(shí)，由于部分發(fā)展中國家和農(nóng)村地區(qū)的專業(yè)培訓(xùn)力度不夠，人才流失情況嚴(yán)重以及教育資源匱乏，導(dǎo)致農(nóng)民對農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的操作和維護(hù)能力有限，也制約了農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)在農(nóng)作物生產(chǎn)中的應(yīng)用。

第三，農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)在廣泛應(yīng)用過程中，可能會對環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展造成影響。例如，大型農(nóng)機(jī)設(shè)備的廣泛應(yīng)用可能加劇土壤緊實(shí)、侵蝕的問題，從而對土地、水資源和生物多樣性產(chǎn)生負(fù)面的影響。

總之，農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)在農(nóng)作物生產(chǎn)中的應(yīng)用仍面臨政策與經(jīng)濟(jì)、技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新、培訓(xùn)與教育資源、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展等多方面制約因素。

4 農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)在提高農(nóng)作物產(chǎn)量中的作用

4.1 農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)改進(jìn)對種植和播種過程的影響

隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械在種植和播種過程的應(yīng)用已經(jīng)成為提高農(nóng)作物產(chǎn)量的關(guān)鍵因素之一。其中，植保無人機(jī)的應(yīng)用大大減少了作物應(yīng)用化學(xué)農(nóng)藥時(shí)對作物本身、環(huán)境的影響，降低了作物及其生長環(huán)境的農(nóng)藥殘留量。此外，自動精確施肥技術(shù)的發(fā)展也有利于提高農(nóng)作物產(chǎn)量，利用GIS技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)“按需施肥”，提高肥料利用率。由此可見，農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)在種植和播種過程的改進(jìn)對農(nóng)作物產(chǎn)量的提高具有重大意義。

4.2 農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)對農(nóng)田管理的影響

農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)在農(nóng)田管理方面的關(guān)鍵應(yīng)用有利于確保資源的高效利用，從而提高農(nóng)作物產(chǎn)量。例如，空中遙感技術(shù)可以精準(zhǔn)監(jiān)測土壤水分、作物病蟲害情況和養(yǎng)分分布，使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者能夠精確地管理。農(nóng)田管理技術(shù)的革命使得種植者能夠針對土壤、氣候和農(nóng)作物的特殊需求制定合適的管理方案。例如，大型土地虛擬測量儀可以評估土壤養(yǎng)分水平，而基于GPS系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)車輛調(diào)度則可以提高機(jī)械作業(yè)效率[10]?？梢姡r(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)在農(nóng)田管理方面的應(yīng)用對提高農(nóng)作物產(chǎn)量具有顯著的推動作用。

4.3 農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)對收割過程的影響

農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)在收割過程中的應(yīng)用對農(nóng)作物產(chǎn)量的提升起到了至關(guān)重要的作用。現(xiàn)代化的收割設(shè)備，如自走式收割機(jī)、玉米脫粒機(jī)等，已經(jīng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，有效提高了收割的作業(yè)效率。此外，農(nóng)業(yè)機(jī)械化采收作業(yè)的普及，消除了人力收割和簡單器械收割帶來的不穩(wěn)定與影響，可降低收割損失率，大幅提高農(nóng)作物的產(chǎn)量[11]。在收割過程中，秸稈還田技術(shù)和秸稈綜合利用設(shè)備可以為農(nóng)作物產(chǎn)量的增加提供保障。相較于傳統(tǒng)的秸稈燃燒處理技術(shù)，碎秸還田技術(shù)可以避免土壤中氮、磷、鉀等重要養(yǎng)分元素的損失，從而增加糧食產(chǎn)量。由此可見，農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)在收割過程的優(yōu)化對于農(nóng)作物產(chǎn)量的提高具有重要作用。

4.4 農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)對后期處理與儲存的影響

農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)在農(nóng)作物后期處理與儲存方面的運(yùn)用，已成為提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的核心關(guān)鍵環(huán)節(jié)。農(nóng)產(chǎn)品在加工過程中的損耗向來是制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的一大難題，得益于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)的不斷進(jìn)步，這一問題得到了逐步解決。通過采用先進(jìn)的機(jī)械化干燥技術(shù)，可以顯著降低農(nóng)作物在自然晾曬過程中可能受到的溫度、濕度波動的影響，進(jìn)一步減少農(nóng)作物吸濕、發(fā)霉等不良現(xiàn)象的發(fā)生。

智能儲存設(shè)施的快速發(fā)展也進(jìn)一步滿足了不同農(nóng)作物特殊儲存的需求。以智能糧倉調(diào)濕技術(shù)為例，該技術(shù)借助精準(zhǔn)傳感設(shè)備實(shí)現(xiàn)了對糧食內(nèi)外部的水分平衡狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并通過自動調(diào)濕處理系統(tǒng)，使得糧食處于適宜的存儲環(huán)境。同時(shí)，現(xiàn)代化農(nóng)產(chǎn)品加工設(shè)備，如全自動烘干機(jī)、脫皮機(jī)等，不僅提高了農(nóng)產(chǎn)品加工效率與質(zhì)量，還降低了農(nóng)產(chǎn)品在加工過程中食品安全風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，大大提高了農(nóng)產(chǎn)品的儲存能力與效率[12]。

此外，農(nóng)業(yè)物流和供應(yīng)鏈技術(shù)的改進(jìn)也不容忽視。運(yùn)用無人機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者能實(shí)時(shí)控制農(nóng)作物從田間到餐桌的全過程，減少在物流環(huán)節(jié)產(chǎn)生的損耗。

總之，農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)在農(nóng)作物后期處理與儲存環(huán)節(jié)的廣泛應(yīng)用為提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量提供了強(qiáng)大支持，不僅可以確保農(nóng)作物產(chǎn)量的增長，還為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供了良好條件。

5 農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)的發(fā)展趨勢

5.1 智能化與自動化農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)的發(fā)展

在信息技術(shù)和數(shù)碼經(jīng)濟(jì)的驅(qū)動下，智能化與自動化將是農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)未來發(fā)展的主要趨勢。全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求的快速增長對農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)提出了更高的智能化與自動化要求。為了滿足未來糧食生產(chǎn)的大規(guī)模需求，現(xiàn)有的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備必須進(jìn)行技術(shù)升級，實(shí)現(xiàn)智能化和自動化。

智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)可以使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者更好地利用資源、提高作業(yè)效率和降低成本。例如，逐步運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IOT）技術(shù)，在農(nóng)田中部署大量傳感器之后，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)實(shí)時(shí)掌握作物生長狀況、土壤狀況和環(huán)境條件。而無人機(jī)和無人駕駛設(shè)備的廣泛應(yīng)用，將依靠先進(jìn)的導(dǎo)航系統(tǒng)，如全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）和高精地形數(shù)據(jù)，使農(nóng)機(jī)作業(yè)更加精確、自動化。

有研究表明，智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)在未來20年內(nèi)可以將全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率提高5%～10%[13]。在機(jī)械領(lǐng)域，自動化是實(shí)現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要手段，機(jī)器人和自動化農(nóng)機(jī)設(shè)備具有高度自主性，可完全替代人工進(jìn)行繁重、危險(xiǎn)或重復(fù)性工作，如播種、施肥、除草和收割等。根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織的數(shù)據(jù)，自動化農(nóng)機(jī)設(shè)備在未來20年內(nèi)有望將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力提高20%，這將會進(jìn)一步推動農(nóng)業(yè)發(fā)展[14]。

5.2 環(huán)境友好型農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)

目前，全球正面臨著土壤退化、水資源短缺、生態(tài)系統(tǒng)破壞等一系列環(huán)境挑戰(zhàn)，因此環(huán)境友好型農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)勢必成為農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展的重要方向。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，環(huán)保農(nóng)機(jī)設(shè)備的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)將逐步應(yīng)用可降解的材料和利用清潔能源，如太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等。根據(jù)能源轉(zhuǎn)型報(bào)告，隨著清潔能源技術(shù)的成熟，預(yù)計(jì)2025年清潔能源驅(qū)動的農(nóng)業(yè)機(jī)械市場將占總農(nóng)業(yè)機(jī)械市場的15%[15]。

此外，二氧化碳捕捉和封存（Carbon Capture and Storage，CCS）技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用，有望進(jìn)一步減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中溫室氣體的排放。農(nóng)業(yè)土地的可持續(xù)管理是環(huán)保型農(nóng)業(yè)機(jī)械的另一關(guān)鍵方向，通過應(yīng)用精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)，如光譜分析、遙感土壤探測等，將有助于實(shí)現(xiàn)“按需施肥”和“按需灌溉”的管理方式，有望降低化學(xué)肥料和農(nóng)藥的使用量，減輕對環(huán)境的負(fù)面影響。

6 結(jié)束語

農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)對提高農(nóng)作物產(chǎn)量具有舉足輕重的作用，隨著智能化和自動化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)將變得更加高效和可持續(xù)，從而促進(jìn)全球糧食安全。同時(shí)，環(huán)保型農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要性逐漸凸顯、環(huán)境友好型農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)將大大減少傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的負(fù)面影響。未來農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)應(yīng)用研究應(yīng)繼續(xù)力求創(chuàng)新，提高農(nóng)作物產(chǎn)量的同時(shí)提高農(nóng)作物品質(zhì)，以滿足日益增長的人類需求和保護(hù)環(huán)境的雙重使命。

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作者簡介：周凌翔（1972—），男，湖南瀏陽人，工程師，主要從事農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣工作。