文/陳學(xué)庚 石河子大學(xué)

地膜植棉機(jī)械化行動(dòng)、膜下滴灌精密播種、棉花生產(chǎn)全程機(jī)械化推進(jìn)、智能化技術(shù)應(yīng)用、農(nóng)田殘膜治理……回顧過(guò)去，我多次見(jiàn)證了科技創(chuàng)新對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展產(chǎn)生的巨大作用。

農(nóng)機(jī)化科技創(chuàng)新的新疆實(shí)踐

1979年，新疆石河子墾區(qū)引進(jìn)地膜覆蓋技術(shù)種植棉花，但是人工作業(yè)效率低，難以大面積推廣。當(dāng)時(shí)，新疆的棉花面積占全國(guó)的10.9%，總產(chǎn)占全國(guó)的4%，平均單產(chǎn)低于全國(guó)平均水平的18%。

針對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的突出問(wèn)題，兵團(tuán)掀起了鋪膜播種機(jī)創(chuàng)新熱潮，成立了十幾個(gè)鋪膜機(jī)研制小組，不到2年時(shí)間就完成了2BMS系列機(jī)具的研究，研制成了13種聯(lián)合作業(yè)新機(jī)型，班次作業(yè)效率相當(dāng)于300個(gè)人工，并通過(guò)了農(nóng)牧漁業(yè)部組織的科研成果鑒定。

1983年至1994年期間，兵團(tuán)繼續(xù)加大力度改進(jìn)鋪膜播種新機(jī)具。根據(jù)不同區(qū)域的土壤氣候條件和農(nóng)藝要求，不間斷地研制推廣多種新機(jī)具，形成了系列新產(chǎn)品，完成了從成果到產(chǎn)品再到商品的轉(zhuǎn)換全過(guò)程。這個(gè)時(shí)期，新疆地膜植棉機(jī)械化推廣面積達(dá)6890萬(wàn)畝。兵團(tuán)棉農(nóng)人均管理定額由15畝提高到30畝，兵團(tuán)皮棉平均畝單產(chǎn)也由1982年的38.6公斤提高到1994年的82公斤。地膜植棉機(jī)械化推動(dòng)了新疆棉花產(chǎn)業(yè)的第一次提升。該項(xiàng)成果曾獲1995年度國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

2BMJ型鋪膜鋪管精量播種機(jī)

上世紀(jì)90年代后期，為實(shí)現(xiàn)新疆棉花產(chǎn)業(yè)的第二次提升，在地膜植棉技術(shù)的基礎(chǔ)上，兵團(tuán)提出了基于機(jī)采棉條件下，植棉全程水肥調(diào)控的膜下滴灌、精量播種栽培新農(nóng)藝，與新農(nóng)藝相配套的聯(lián)合作業(yè)新機(jī)具成待攻克瓶頸。兵團(tuán)又掀起了研究膜下滴灌、精密播種機(jī)具的熱潮。四年奮斗，難關(guān)攻克，研制了一次作業(yè)完成八道工序的膜下滴灌精量播種機(jī)，達(dá)到了播量精確、播程一致、軸距均勻、適宜機(jī)采和高密度的農(nóng)藝要求，快速實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。將棉花的單產(chǎn)又由1994年的82公斤提升到2014年的155.7公斤，達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。整體技術(shù)水平達(dá)到國(guó)際先進(jìn)，在新疆地膜植棉中大面積推廣，引領(lǐng)了新疆地膜植棉機(jī)械化技術(shù)的發(fā)展。到2017年，兵團(tuán)棉花膜下滴灌播種面積達(dá)到了602萬(wàn)畝，占當(dāng)時(shí)棉花總面積的80%，可以說(shuō)膜下滴灌、機(jī)械化采收、精量播種技術(shù)與裝備創(chuàng)新，又助推了新疆棉花產(chǎn)業(yè)的二次提升。通過(guò)膜下滴灌水肥一體化管理技術(shù)，2015年兵團(tuán)綜合機(jī)械化水平已經(jīng)達(dá)到93%。

2018年新疆棉花總產(chǎn)量占全國(guó)的比例超過(guò)80%，成為我國(guó)最大優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地。棉花生產(chǎn)全程機(jī)械化是新疆眾多科技工作者多年為之奮斗的目標(biāo)。棉花生產(chǎn)全程機(jī)械化技術(shù)創(chuàng)新成果已在山東、河北等傳統(tǒng)棉區(qū)示范推廣，取得了很好的效果。在棉花機(jī)具推廣的同時(shí)，也拓展了膜下滴灌精量播種技術(shù)的應(yīng)用范圍，成功開(kāi)發(fā)出玉米、甜菜、花生及滴灌水稻等作物的滴灌精播機(jī)，目前在全國(guó)多省區(qū)大量推廣。

針對(duì)棉花生產(chǎn)方式落后、生產(chǎn)效率低和比較效益下降等突出問(wèn)題，兵團(tuán)以機(jī)械裝備創(chuàng)新為攻關(guān)目標(biāo)，相繼研發(fā)出種床精細(xì)整備、超窄行精量播種、脫葉劑高效噴灑、機(jī)械采收與儲(chǔ)運(yùn)等關(guān)鍵技術(shù)裝備，創(chuàng)新建立了棉花生產(chǎn)全程機(jī)械化技術(shù)體系，率先在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)棉花生產(chǎn)全程機(jī)械化。以機(jī)械化采收為主線，集成高產(chǎn)栽培技術(shù)、田管配套技術(shù)、脫葉催熟技術(shù)、機(jī)械采收技術(shù)、采后儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)，建立棉花生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)規(guī)模化推廣應(yīng)用，棉花生產(chǎn)用工大幅減少，棉花生產(chǎn)成本大幅降低，用機(jī)械化手段實(shí)現(xiàn)了棉花生產(chǎn)的精耕細(xì)作。生產(chǎn)全程機(jī)械化助推了新疆棉花產(chǎn)業(yè)的第三次提升。

精量播種出苗情況

棉花生產(chǎn)全程機(jī)械化和信息化技術(shù)改變了傳統(tǒng)的植棉模式。上世紀(jì)九十年代前，農(nóng)場(chǎng)職工、新疆農(nóng)民植棉積極性不高，收入微薄。每年5月定苗和9月采收，兵團(tuán)“機(jī)關(guān)關(guān)門(mén)、學(xué)校停課、工廠停工”，還有60萬(wàn)內(nèi)地采棉大軍進(jìn)疆，全民投身棉花生產(chǎn)。目前的狀態(tài)是：全兵團(tuán)各植棉團(tuán)場(chǎng)10天完成播種，30天內(nèi)完成收獲、秸稈還田和耕翻作業(yè)。人均管理面積大幅提升，職工收入大大提高，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展。

近年來(lái)，信息化技術(shù)融入農(nóng)業(yè)裝備發(fā)展很快，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在兵團(tuán)得到了廣泛應(yīng)用。兵團(tuán)應(yīng)用衛(wèi)星導(dǎo)航定位自動(dòng)駕駛進(jìn)行棉花播種，能一次完成鋪膜、鋪管、播種作業(yè)，1000m播行垂直誤差不超過(guò)3cm，播幅連接行誤差不超過(guò)3cm，有效解決了農(nóng)機(jī)播種作業(yè)中出現(xiàn)的“播不直、接不上茬”的老大難問(wèn)題。

衛(wèi)星導(dǎo)航拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛技術(shù)，在白天、黑夜都可以全天候播種作業(yè)。播種的行無(wú)縫對(duì)接，播行筆直。為什么北斗導(dǎo)航、拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛在新疆地區(qū)能推廣的這么快？主要原因是性?xún)r(jià)比高，老百姓使用后，可以掙到錢(qián)，效益增強(qiáng)，這時(shí)候進(jìn)行大范圍推廣就成為可能。現(xiàn)在農(nóng)機(jī)信息達(dá)到了“實(shí)時(shí)掌控”，采棉機(jī)作業(yè)信息實(shí)現(xiàn)“看得見(jiàn)”，無(wú)人機(jī)值保在試驗(yàn)當(dāng)中可以達(dá)到“指哪打哪”的效果。

智能化技術(shù)大范圍應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)機(jī)作業(yè)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控、軌跡管理、車(chē)輛檔案管理、報(bào)表系統(tǒng)管理、車(chē)輛巡檢等功能。通過(guò)監(jiān)測(cè)農(nóng)機(jī)作業(yè)情況，及時(shí)獲得農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)，建立農(nóng)情數(shù)據(jù)庫(kù)。借助無(wú)人機(jī)精準(zhǔn)施藥提高農(nóng)藥資源利用率；復(fù)式作業(yè)和聯(lián)合作業(yè)機(jī)械、低排放的拖拉機(jī)、保護(hù)性耕作機(jī)械、節(jié)水灌溉機(jī)械、精量播機(jī)械、低殘留的植保機(jī)械成為農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展的主流。智能化技術(shù)應(yīng)用讓棉花產(chǎn)業(yè)又一次提升。

地膜鋪蓋栽培為農(nóng)民帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，使新疆兵團(tuán)棉花單產(chǎn)走在世界前列。但這種方式產(chǎn)生的殘膜污染對(duì)生態(tài)環(huán)境、對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了阻礙。殘膜回收是新疆農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展亟待解決的難題。適合中國(guó)國(guó)情的農(nóng)田殘膜回收機(jī)械研究開(kāi)發(fā)，難度很大，只能走全新的創(chuàng)新創(chuàng)造之路。2017年秋季，兵團(tuán)研制出三種概念樣機(jī)，進(jìn)行了性能試驗(yàn)，證明原理可行。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的三種新型試驗(yàn)樣機(jī)已試制完工，2018年9-11月進(jìn)行了較全面性能試驗(yàn)與作業(yè)考核，為2019年小批量試生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。截至目前，兵團(tuán)已研制出十多種不同類(lèi)型的殘膜回收新機(jī)具。農(nóng)田殘膜治理必將再次助推裝備制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展?fàn)顟B(tài)

從新疆棉花全程機(jī)械化發(fā)展歷程，可以看出我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化邁出了很多新步伐。目前，我國(guó)農(nóng)機(jī)工業(yè)產(chǎn)值世界第一，農(nóng)業(yè)使用量世界第一，已成為世界農(nóng)機(jī)大國(guó)；自2004年11月1日我國(guó)《農(nóng)業(yè)機(jī)械化促進(jìn)法》實(shí)施以來(lái)，我國(guó)農(nóng)機(jī)化科技創(chuàng)新開(kāi)始提速。2017年全國(guó)農(nóng)作物耕種收綜合機(jī)械化水平達(dá)到67%；各類(lèi)新型主體不斷涌現(xiàn)，服務(wù)模式不斷創(chuàng)新，農(nóng)機(jī)合作社發(fā)展迅速，數(shù)量不斷增加；全社會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的認(rèn)識(shí)不斷提高，“農(nóng)業(yè)的根本出路在于機(jī)械化”已成為全社會(huì)的共識(shí)。

移動(dòng)式滴灌首部

扎實(shí)推進(jìn)農(nóng)機(jī)化科技創(chuàng)新。農(nóng)業(yè)機(jī)械化是個(gè)系統(tǒng)工程，需要跳出農(nóng)機(jī)發(fā)展農(nóng)機(jī)。努力構(gòu)建造用配合、機(jī)藝融合、開(kāi)放發(fā)展的新格局。實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)作業(yè)、作物品種、栽培模式相互適應(yīng)、深度融合，形成全程機(jī)械化整體解決方案和技術(shù)體系。加強(qiáng)國(guó)外先進(jìn)農(nóng)機(jī)研發(fā)與制造技術(shù)的引進(jìn)消化吸收，提高我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備有效供給能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

加強(qiáng)我國(guó)農(nóng)業(yè)裝備公共檢測(cè)平臺(tái)建設(shè)。加強(qiáng)大型農(nóng)機(jī)裝備關(guān)鍵部件和整機(jī)性能檢測(cè)平臺(tái)建設(shè)，通過(guò)智能化、信息化的檢測(cè)設(shè)備，測(cè)試關(guān)鍵部件和整機(jī)的裝備情況，提升農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的整機(jī)運(yùn)行可靠性，延長(zhǎng)裝備使用壽命，減少農(nóng)機(jī)事故的發(fā)生；突破重型柴油機(jī)、無(wú)級(jí)變速、電控技術(shù)、液壓驅(qū)動(dòng)和動(dòng)植物對(duì)象識(shí)別與監(jiān)控系統(tǒng)等為代表的關(guān)鍵零部件效能提升和可靠性技術(shù)；推動(dòng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備制造業(yè)結(jié)合，創(chuàng)制具有信息獲取、智能決策和精準(zhǔn)作業(yè)能力的新一代農(nóng)機(jī)裝備。

加強(qiáng)信息獲取、智能決策和精準(zhǔn)作業(yè)能力的建設(shè)。信息化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的制高點(diǎn)，是攻關(guān)的主要目標(biāo)?！笆濉睍r(shí)期，大力發(fā)展農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化，是加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、全面建成小康社會(huì)的迫切需要。

加強(qiáng)農(nóng)業(yè)機(jī)械化瓶頸的攻堅(jiān)克難。隨著時(shí)間推移，大力發(fā)展南方丘陵山區(qū)農(nóng)機(jī)化及特種產(chǎn)品加工機(jī)械化將成為行業(yè)內(nèi)外的共識(shí)，茶葉產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值已達(dá)到萬(wàn)億，但種植和加工機(jī)械化程度非常低，是攻堅(jiān)克難的主要目標(biāo)；隨著農(nóng)村土地合理流轉(zhuǎn)和城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，為丘陵山區(qū)機(jī)械化發(fā)展提供了廣闊空間，農(nóng)民對(duì)農(nóng)機(jī)作業(yè)的需求會(huì)越來(lái)越迫切，發(fā)展丘陵山區(qū)機(jī)械化成為現(xiàn)實(shí)選擇。

國(guó)外農(nóng)機(jī)裝備信息化技術(shù)應(yīng)用

盡管我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展取得了顯著進(jìn)步，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，裝備智能化水平不高，對(duì)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量綠色發(fā)展支撐不足。存在的短板主要是機(jī)械裝備不配套和農(nóng)機(jī)農(nóng)藝結(jié)合存在不足。

采棉機(jī)在棉地采棉

從上世紀(jì)70年代開(kāi)始，國(guó)外先進(jìn)農(nóng)機(jī)裝備開(kāi)始向數(shù)字化、信息化、自動(dòng)化和智能化方向快速發(fā)展。用信息化技術(shù)提升農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)和制造水平，包括各種智能控制技術(shù)、農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航及自動(dòng)作業(yè)技術(shù)，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的作用性能和作業(yè)質(zhì)量；用信息化技術(shù)提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化的管理水平，包括農(nóng)機(jī)作業(yè)的遠(yuǎn)程監(jiān)控與調(diào)度，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的利用效率和效益。

美國(guó)在上世紀(jì)80年代率先提出精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)構(gòu)想，隨后以3s(農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）)信息技術(shù)為紐帶，將現(xiàn)代生物技術(shù)、均衡施肥技術(shù)、節(jié)約灌溉技術(shù)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)、智能機(jī)械技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

產(chǎn)品向控制智能化、操作自動(dòng)化和駕駛舒適化發(fā)展?？刂浦悄芑?、操作自動(dòng)化和駕駛舒適化是發(fā)展高效節(jié)本農(nóng)業(yè)的有效途徑。高度自動(dòng)化的作業(yè)機(jī)械不僅提高工作效率、降低作業(yè)成本、提高駕駛員的舒適性，而且可以提高農(nóng)產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。例如：約翰迪爾最新的采棉機(jī)。它的創(chuàng)新是比較多的，比如行走系統(tǒng)使駕駛員能夠集中精力觀察田間采摘環(huán)境，不需要控制機(jī)器轉(zhuǎn)向，易于操作，利于黃昏和夜間的采摘作業(yè)，減輕壓力和疲勞強(qiáng)度。棉包重量感應(yīng)系統(tǒng)可在收獲期間提供棉包重要的實(shí)時(shí)反饋，更容易對(duì)產(chǎn)量監(jiān)控器進(jìn)行校準(zhǔn)。采棉機(jī)上安裝的傳感器主要有行走速度傳感器、采摘頭高度傳感器、風(fēng)機(jī)測(cè)速傳感器和一些測(cè)量棉花特性的傳感器。這些采集到的信息一部分用于實(shí)現(xiàn)棉花流量測(cè)量，另一些則是獲取必要的采棉機(jī)工作參數(shù)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量監(jiān)測(cè)和生成產(chǎn)量分布圖提供數(shù)據(jù)。

注重資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織提出“持續(xù)滿(mǎn)足目前和世世代代的需要，能較好保護(hù)現(xiàn)有資源和環(huán)境，技術(shù)上適應(yīng)、經(jīng)濟(jì)上有活力、而且社會(huì)能夠接受的農(nóng)業(yè)”這一可持續(xù)農(nóng)業(yè)的基本概念。

棉花機(jī)械化采收

世界各國(guó)近半個(gè)世紀(jì)，特別是最近20年來(lái)，越來(lái)越重視開(kāi)發(fā)農(nóng)業(yè)資源高效利用和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)業(yè)裝備。多類(lèi)型的傳感器廣泛用于節(jié)能、低排放的拖拉機(jī)、保護(hù)性耕作機(jī)械、節(jié)水灌溉機(jī)械、精量播種機(jī)械、節(jié)約低殘留的植保機(jī)械等，已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展的主流。以播種機(jī)為例：廣泛采用“機(jī)、電、液、氣”新技術(shù)和傳感器設(shè)備，提高播種機(jī)性能和可靠性。用液壓油缸來(lái)升降和調(diào)節(jié)開(kāi)溝器、劃行器、折疊機(jī)架，采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)或裝肥攪龍；采用信號(hào)裝置、電子監(jiān)視裝置或監(jiān)控裝置來(lái)及時(shí)報(bào)警故障的發(fā)生，顯示播量或自動(dòng)調(diào)節(jié)排種量大??；開(kāi)溝器裝備一次潤(rùn)滑的滾動(dòng)軸承，行走輪采用無(wú)內(nèi)胎充氣輪，快速掛接裝置，寬幅播種機(jī)加裝橫向運(yùn)輸輪等。目前，西歐谷物播種機(jī)的工作幅度一般在5～6m，而美國(guó)、加拿大、俄羅斯等幅員遼闊的國(guó)家，不少機(jī)型可達(dá)10～15m。美國(guó)廣泛采用單機(jī)編組作業(yè)，最大幅寬超過(guò)20m，這在傳感器和智能化應(yīng)用、信息化應(yīng)用方面是很普遍的。例如美國(guó)約翰迪爾公司24行免耕精量播種機(jī)，這些播種機(jī)要想達(dá)到播量精確、播程一致、軸距均勻的話，信息化、智能化的融入非常重要。

信息化的工業(yè)技術(shù)廣泛應(yīng)用于農(nóng)機(jī)裝備生產(chǎn)。

國(guó)外農(nóng)機(jī)企業(yè)特別關(guān)注產(chǎn)品的使用可靠性和耐用度，講究材料選擇和關(guān)鍵部件的熱處理，從理念上關(guān)注產(chǎn)品質(zhì)量，用制造小汽車(chē)的技術(shù)和裝備去生產(chǎn)制造農(nóng)機(jī)具。激光切割、數(shù)控下料、數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)焊接機(jī)器人、精密鍛造、精密鑄造等先進(jìn)技術(shù)從上世紀(jì)末就開(kāi)始廣泛應(yīng)用于農(nóng)機(jī)裝備制造業(yè)。

隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷發(fā)展，農(nóng)機(jī)裝備也在向著高質(zhì)量、多功能、低能耗和低成本等方向發(fā)展，自動(dòng)化、信息化、智能化技術(shù)逐漸融入，整體化解決方案逐步被接受，創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享發(fā)展新理念是世界農(nóng)機(jī)行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。