隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，設(shè)施農(nóng)業(yè)作為一種高效、集約的生產(chǎn)模式，正在全球范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的人力作業(yè)已難以滿足設(shè)施農(nóng)業(yè)對精準化、高效化的需求。在這一背景下，農(nóng)業(yè)機械化應(yīng)運而生，成為推動設(shè)施農(nóng)業(yè)進步的關(guān)鍵力量。本文旨在探討農(nóng)業(yè)機械化在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀、優(yōu)化策略及發(fā)展前景，為促進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化提供理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)。

一、農(nóng)業(yè)機械化在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的重要作用

隨著科技的進步，農(nóng)業(yè)機械化在設(shè)施農(nóng)業(yè)中被廣泛應(yīng)用。通過引入先進的農(nóng)業(yè)機械設(shè)備，如自動灌溉系統(tǒng)、精準施肥機、智能環(huán)境控制裝置等，大大提高了設(shè)施農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率。這些機械化設(shè)備能夠精確控制作物生長所需的水分、養(yǎng)分和環(huán)境條件，減少了人工操作的誤差，同時也降低了勞動強度。自動化的播種、移栽和采收設(shè)備不僅加快了生產(chǎn)進程，還確保了農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。在病蟲害防治方面，智能噴灑系統(tǒng)可以根據(jù)作物生長狀況和病蟲害發(fā)生情況，精準定位并噴灑適量農(nóng)藥，既提高了防治效果，又減少了農(nóng)藥使用量，有利于生態(tài)環(huán)境保護。此外，農(nóng)業(yè)機械化還促進了設(shè)施農(nóng)業(yè)向智能化、數(shù)字化方向發(fā)展。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)了對整個生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控和智能決策，進一步優(yōu)化了資源利用效率。農(nóng)業(yè)機械化不僅提高了設(shè)施農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，還推動了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)型升級，為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了強有力的技術(shù)支撐。

二、農(nóng)業(yè)機械化在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的具體應(yīng)用

1、播種環(huán)節(jié)

農(nóng)業(yè)機械化在設(shè)施農(nóng)業(yè)的播種環(huán)節(jié)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，顯著提升了播種效率和精準度。自動化播種技術(shù)是其中的重要應(yīng)用，利用先進的自動化播種機實現(xiàn)了高效播種。這類設(shè)備通常由種子箱、播種裝置、行距調(diào)節(jié)機構(gòu)和電控系統(tǒng)組成，能夠根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)自動完成開溝、播種、覆土等一系列操作。精準播種技術(shù)進一步提高了播種的準確性，通過集成GPS導(dǎo)航系統(tǒng)和各類傳感器，實現(xiàn)對播種深度、行距和株距的精確控制。這不僅確保了種子的均勻分布，還優(yōu)化了植株的生長空間，有效提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)。智能化管理系統(tǒng)的引入使播種過程更加科學(xué)化。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)了對播種全過程的實時監(jiān)控，各種傳感器收集的數(shù)據(jù)通過云平臺進行分析處理，為播種決策提供依據(jù)。大數(shù)據(jù)分析技術(shù)能夠綜合考慮土壤條件、氣候因素和作物特性，制定最優(yōu)播種方案。這種智能化管理不僅提高了播種的成功率，還為后續(xù)的田間管理提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。農(nóng)業(yè)機械化在播種環(huán)節(jié)的應(yīng)用，不僅大幅提升了工作效率，降低了勞動強度，更重要的是通過精準化和智能化操作，為作物的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)奠定了基礎(chǔ)。

2、灌溉環(huán)節(jié)

在設(shè)施農(nóng)業(yè)的灌溉環(huán)節(jié)中，農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)的應(yīng)用不僅極大地提高了灌溉效率，也大大節(jié)約了用水量。自動化灌溉系統(tǒng)是其中的核心技術(shù)，通常由水源、水泵、管道網(wǎng)絡(luò)、控制閥門和智能控制器等組成。該系統(tǒng)能夠根據(jù)預(yù)設(shè)程序自動開啟和關(guān)閉灌溉，實現(xiàn)定時、定量的水分供應(yīng)。其工作原理是通過傳感器實時監(jiān)測土壤墑情、作物生長狀況和環(huán)境參數(shù)，然后由控制器根據(jù)這些數(shù)據(jù)自動調(diào)節(jié)灌溉量和頻率。精準灌溉技術(shù)進一步提高了灌溉的準確性和水資源利用效率，有效做到節(jié)約用水。通過在作物根區(qū)安裝土壤濕度傳感器，結(jié)合氣象站提供的溫度、濕度、風(fēng)速等數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠精確計算作物的實際用水需求。這種方法不僅避免了過度灌溉導(dǎo)致的根系缺氧和養(yǎng)分流失，也防止了水分不足對作物生長的不利影響。智能化控制是實現(xiàn)高效灌溉的關(guān)鍵。通過計算機程序?qū)φ麄€灌溉過程進行智能化管理，系統(tǒng)可以根據(jù)作物生長階段、天氣變化和土壤條件自動調(diào)整灌溉策略。例如，在預(yù)報有雨的情況下，系統(tǒng)會自動減少或暫停灌溉；在高溫干旱天氣，則會增加灌溉頻次。這種智能化控制不僅大大減少了人為干預(yù)，還能夠根據(jù)復(fù)雜的環(huán)境因素做出最優(yōu)決策，確保作物始終處于最佳水分狀態(tài)，從而提高產(chǎn)量和品質(zhì)。

3、施肥環(huán)節(jié)

在設(shè)施農(nóng)業(yè)的施肥環(huán)節(jié)，農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)的應(yīng)用極大地提高了肥料利用效率和施肥速度。精準施肥技術(shù)是其中的核心，其原理是基于作物需求和土壤養(yǎng)分狀況，實現(xiàn)肥料的定量、定位、定時投放。這種技術(shù)通常結(jié)合土壤養(yǎng)分快速檢測儀和作物生長狀況監(jiān)測系統(tǒng)，精確計算出作物在不同生長階段的養(yǎng)分需求，然后通過自動化施肥設(shè)備進行精準投放。自動化施肥設(shè)備種類多樣，包括液體施肥機、固體施肥機和水肥一體化系統(tǒng)等。液體施肥機適用于水溶性肥料的精準施用，可以通過灌溉系統(tǒng)將肥料直接輸送到作物根部。固體施肥機則適合顆粒肥料的定量施放，通常配備精密計量裝置和GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，確保肥料均勻分布。水肥一體化系統(tǒng)將灌溉和施肥結(jié)合，能夠根據(jù)作物需求同時調(diào)控水分和養(yǎng)分供應(yīng)，是設(shè)施農(nóng)業(yè)中應(yīng)用最廣泛的施肥方式之一。智能化管理系統(tǒng)進一步提高了施肥的科學(xué)性和效率。通過整合GIS地理信息系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，系統(tǒng)可以實時監(jiān)測土壤養(yǎng)分狀況、作物生長情況和環(huán)境參數(shù)，并結(jié)合歷史數(shù)據(jù)和作物生長模型，自動生成最優(yōu)施肥方案，確保作物獲得最佳營養(yǎng)供應(yīng)。

4、收割環(huán)節(jié)

在設(shè)施農(nóng)業(yè)的收割環(huán)節(jié)，農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)的應(yīng)用大幅提高了收獲效率和產(chǎn)品質(zhì)量。自動化收割技術(shù)是其中的關(guān)鍵，主要包括適用于不同作物的專用收割機。例如，蔬菜收割機能夠根據(jù)作物特性自動調(diào)整切割高度和速度，水果采摘機則配備精密機械臂和視覺系統(tǒng)，實現(xiàn)果實的精準定位和采摘。這些收割機的工作原理通常基于作物生理特性和成熟度標準，通過傳感器和控制系統(tǒng)協(xié)同工作，完成收割、輸送和初步處理等一系列操作。精準收割技術(shù)進一步提高了收獲的準確性和效率。通過集成高精度圖像識別系統(tǒng)和多種傳感器，收割機能夠準確識別作物的成熟度、大小和位置。例如，利用近紅外光譜技術(shù)可以快速判斷果實的糖度和成熟度，確保只采摘達到最佳品質(zhì)的產(chǎn)品。同時，力敏傳感器的應(yīng)用可以控制采摘力度，最大限度地減少機械損傷。智能化處理系統(tǒng)則實現(xiàn)了收割后的自動化管理。這類系統(tǒng)通常包括智能分揀線、自動包裝機和品質(zhì)檢測設(shè)備。通過計算機視覺技術(shù)和機器學(xué)習(xí)算法，系統(tǒng)能夠快速準確地對農(nóng)產(chǎn)品進行分級、分類和品質(zhì)評估。例如，對于水果類產(chǎn)品，可以根據(jù)大小、顏色和表面特征進行自動分級；對于葉菜類，則可以通過圖像分析剔除有病蟲害或品質(zhì)不佳的產(chǎn)品。自動包裝系統(tǒng)則能根據(jù)不同產(chǎn)品特性和市場需求，選擇適當(dāng)?shù)陌b材料和方式，確保產(chǎn)品在運輸和儲存過程中保持最佳品質(zhì)。

三、農(nóng)業(yè)機械化在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的局限性

農(nóng)業(yè)機械化在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用雖然帶來了顯著的效益，但仍面臨一些局限性。首要的問題是技術(shù)水平相對滯后，大部分地區(qū)農(nóng)機設(shè)備的精度和智能化程度達不到上述水平，難以滿足現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)的高效、精準需求。例如，在復(fù)雜的溫室環(huán)境中，一些自動化設(shè)備的感知能力和適應(yīng)性仍有待提高，無法充分應(yīng)對多變的生長條件。此外，針對不同作物的專用設(shè)備開發(fā)不足，通用性較差，限制了機械化應(yīng)用的廣度。資金投入不足也是制約農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的重要因素。高端農(nóng)業(yè)機械設(shè)備價格昂貴，對于中小規(guī)模的設(shè)施農(nóng)業(yè)經(jīng)營者而言，購置和維護成本過高，難以負擔(dān)。這導(dǎo)致許多先進的農(nóng)機技術(shù)無法在實際生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，影響了整體機械化水平的提升。人才短缺問題同樣制約著農(nóng)業(yè)機械化的深入發(fā)展。設(shè)施農(nóng)業(yè)中的智能化設(shè)備需要專業(yè)的操作和維護人員，但目前缺乏既懂農(nóng)業(yè)生產(chǎn)又精通機械操作的復(fù)合型人才。這不僅影響了設(shè)備的使用效率，也制約了新技術(shù)的研發(fā)和推廣。技術(shù)的復(fù)雜性和專業(yè)性也在一定程度上影響了農(nóng)民的接受度。部分農(nóng)民對新技術(shù)持觀望態(tài)度，擔(dān)心操作難度大、維護成本高，不愿意輕易改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式。這種認知障礙阻礙了農(nóng)業(yè)機械化在基層的普及和應(yīng)用，減緩了技術(shù)推廣的步伐。這些局限性共同影響著農(nóng)業(yè)機械化在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用效果和推廣速度。

四、農(nóng)業(yè)機械化在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的優(yōu)化策略

1、提高農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)創(chuàng)新

要優(yōu)化農(nóng)業(yè)機械化在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，技術(shù)創(chuàng)新是關(guān)鍵。首先，需要加強農(nóng)機技術(shù)研發(fā)，重點提高農(nóng)機設(shè)備的精準性、智能化程度和適應(yīng)性。可以通過建立產(chǎn)學(xué)研合作平臺，整合高校、科研院所和企業(yè)的資源，針對設(shè)施農(nóng)業(yè)的特殊需求開發(fā)專用設(shè)備。例如，研發(fā)適用于溫室環(huán)境的多功能機器人，集成環(huán)境監(jiān)測、病蟲害識別和精準作業(yè)等功能，提高設(shè)備的綜合利用率。在傳感器技術(shù)方面，可以開發(fā)更精密的土壤養(yǎng)分檢測儀和作物生長狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，為精準施肥和灌溉提供更可靠的數(shù)據(jù)支持。同時，利用人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)，開發(fā)智能決策系統(tǒng)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動化管理。引進國外先進技術(shù)也是提升農(nóng)機水平的有效途徑?？梢酝ㄟ^技術(shù)引進、合作研發(fā)等方式，吸收國外在精準農(nóng)業(yè)、智能溫室等領(lǐng)域的先進經(jīng)驗。在引進過程中，注重消化吸收和再創(chuàng)新，如針對引進設(shè)備進行適應(yīng)性改造，開發(fā)適合本地作物和氣候特點的控制算法。通過自主創(chuàng)新與技術(shù)引進相結(jié)合，不斷提高農(nóng)機裝備的技術(shù)水平，為設(shè)施農(nóng)業(yè)的高效發(fā)展提供有力支撐。

2、優(yōu)化農(nóng)業(yè)機械化設(shè)備升級

推廣高效節(jié)能設(shè)備是優(yōu)化農(nóng)業(yè)機械化在設(shè)施農(nóng)業(yè)中應(yīng)用的首要任務(wù)，可以從多個方面著手。在動力系統(tǒng)方面，可以采用新型電動機或混合動力系統(tǒng)，替代傳統(tǒng)燃油發(fā)動機，顯著降低能耗和排放。例如，研發(fā)電池驅(qū)動的小型多功能作業(yè)機，適用于溫室內(nèi)的日常管理作業(yè)。在灌溉系統(tǒng)中，可以推廣變頻水泵和智能控制閥門，根據(jù)作物需水量自動調(diào)節(jié)水壓和流量，減少不必要的能源消耗。對于溫室環(huán)境控制設(shè)備，可以采用高效換熱器和熱回收系統(tǒng)，提高能源利用效率。同時，利用太陽能、地?zé)岬瓤稍偕茉醇夹g(shù)，為設(shè)施農(nóng)業(yè)提供清潔能源。智能化改造是提升現(xiàn)有設(shè)備性能的有效途徑?？梢酝ㄟ^增加傳感器和控制模塊，實現(xiàn)設(shè)備的智能化升級。例如，在現(xiàn)有播種機上安裝光學(xué)傳感器和GPS定位系統(tǒng)，實現(xiàn)精準定位和變量播種。對于施肥設(shè)備，可以加裝土壤養(yǎng)分快速檢測系統(tǒng)和自動配比裝置，根據(jù)土壤狀況和作物需求自動調(diào)整施肥量。在收獲設(shè)備方面，可以集成圖像識別系統(tǒng)和柔性機械手，提高采摘的精準度和效率。此外，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將各類設(shè)備連接起來，建立統(tǒng)一的智能管理平臺，實現(xiàn)設(shè)備之間的協(xié)同作業(yè)和遠程控制。例如，開發(fā)基于云平臺的智能溫室管理系統(tǒng)，整合環(huán)境監(jiān)測、灌溉施肥、病蟲害防治等功能，實現(xiàn)生產(chǎn)全過程的智能化管理。

3、農(nóng)業(yè)機械化設(shè)備應(yīng)用型人才培養(yǎng)

人才培養(yǎng)是推動農(nóng)業(yè)機械化在設(shè)施農(nóng)業(yè)中深入應(yīng)用的基礎(chǔ)。加強教育培訓(xùn)可從多個層面展開，首要的是針對農(nóng)民的基礎(chǔ)培訓(xùn)，重點講解現(xiàn)代農(nóng)機設(shè)備的操作原理和使用方法?？梢圆捎美碚撆c實踐相結(jié)合的方式，如組織農(nóng)民參觀示范基地，親身體驗先進農(nóng)機設(shè)備的操作。同時，利用虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)，開發(fā)農(nóng)機操作模擬系統(tǒng)，讓農(nóng)民在虛擬環(huán)境中熟悉各類設(shè)備的操作流程，提高學(xué)習(xí)效果。對于農(nóng)機技術(shù)人員，可以開展更深入的專業(yè)培訓(xùn)，包括設(shè)備維護、故障診斷、智能控制系統(tǒng)編程等內(nèi)容?？梢耘c農(nóng)機制造企業(yè)合作，組織技術(shù)人員參與新型設(shè)備的研發(fā)和測試，提高他們的創(chuàng)新能力和實踐經(jīng)驗。引進專業(yè)人才是提升農(nóng)機技術(shù)水平的有效途徑?？梢栽O(shè)立農(nóng)機創(chuàng)新基金，支持高校畢業(yè)生和科研人員開展農(nóng)機技術(shù)研究和創(chuàng)業(yè)。例如，鼓勵計算機、人工智能等領(lǐng)域的人才參與農(nóng)業(yè)機器人和智能控制系統(tǒng)的開發(fā)。同時，可以建立產(chǎn)學(xué)研合作平臺，吸引跨學(xué)科人才參與農(nóng)機技術(shù)創(chuàng)新。如組建農(nóng)業(yè)工程、植物科學(xué)、信息技術(shù)等多學(xué)科交叉的研究團隊，開發(fā)適應(yīng)設(shè)施農(nóng)業(yè)需求的智能化設(shè)備。為提高人才培養(yǎng)的針對性，可以根據(jù)設(shè)施農(nóng)業(yè)的不同領(lǐng)域設(shè)置專項培訓(xùn)課程。例如，針對智能溫室控制系統(tǒng)，開設(shè)環(huán)境參數(shù)采集、數(shù)據(jù)分析、智能決策算法等專題培訓(xùn)；對于精準施肥技術(shù)，重點培訓(xùn)土壤養(yǎng)分檢測、配方施肥計算等內(nèi)容。通過這些有針對性的培訓(xùn)，培養(yǎng)出既懂農(nóng)業(yè)生產(chǎn)又精通機械操作的復(fù)合型人才，為設(shè)施農(nóng)業(yè)的機械化、智能化發(fā)展提供有力的人才支撐。

4、政策支持

政策支持是推動農(nóng)業(yè)機械化在設(shè)施農(nóng)業(yè)中深入應(yīng)用的重要保障。加大資金投入方面，政府可以設(shè)立專項基金，重點支持高端農(nóng)機設(shè)備的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。例如，針對智能溫室控制系統(tǒng)、精準施肥設(shè)備、農(nóng)業(yè)機器人等關(guān)鍵技術(shù)，提供研發(fā)經(jīng)費支持和產(chǎn)業(yè)化獎勵。同時，可以建立農(nóng)機創(chuàng)新孵化中心，為農(nóng)機技術(shù)創(chuàng)新項目提供資金和場地支持，促進新技術(shù)的快速轉(zhuǎn)化和應(yīng)用。在推廣應(yīng)用方面，可以實施農(nóng)機購置補貼政策，對購買先進設(shè)施農(nóng)業(yè)設(shè)備的農(nóng)戶給予一定比例的補貼，降低農(nóng)民采用新技術(shù)的成本門檻。完善政策體系是為農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展提供長期穩(wěn)定支持的關(guān)鍵?？梢灾贫ㄔO(shè)施農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展規(guī)劃，明確發(fā)展目標和重點任務(wù)，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供指導(dǎo)。在標準化方面，建立健全設(shè)施農(nóng)業(yè)機械化標準體系，制定智能溫室、水肥一體化系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)的國家標準，促進產(chǎn)業(yè)規(guī)范化發(fā)展。在知識產(chǎn)權(quán)保護方面，完善農(nóng)機技術(shù)專利保護制度，鼓勵企業(yè)加大研發(fā)投入。同時，可以建立農(nóng)機技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟，推動產(chǎn)學(xué)研合作，加速技術(shù)成果轉(zhuǎn)化。為提高政策的針對性和有效性，可以根據(jù)不同區(qū)域和作物特點，制定差異化的支持政策。例如，在北方地區(qū)重點支持智能溫室技術(shù)的應(yīng)用，在南方地區(qū)加大對水肥一體化技術(shù)的推廣力度。此外，還可以建立農(nóng)機化信息服務(wù)平臺，為農(nóng)民提供設(shè)備選型、技術(shù)培訓(xùn)、維修保養(yǎng)等全方位服務(wù)，提高政策的落地效果。

總之，農(nóng)業(yè)機械化在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，標志著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)向智能化、精準化方向邁進的重要一步。盡管目前仍面臨技術(shù)、資金和人才等方面的挑戰(zhàn)，但通過持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新、設(shè)備升級和政策支持，這些障礙終將被逐一攻克。未來，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深度融合，農(nóng)業(yè)機械化將在設(shè)施農(nóng)業(yè)中發(fā)揮更加關(guān)鍵的作用，不僅提高生產(chǎn)效率，還將為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的平衡和食品安全做出重要貢獻，推動農(nóng)業(yè)向更加智能、環(huán)保和可持續(xù)的方向發(fā)展。

（作者單位：457300 河南省清豐縣農(nóng)機發(fā)展中心）

DOI： 10.3969/j.issn.1003-1650.2024.28.033