经过70年的努力,我国建立了较为完善的农机化科研创新体系,探索了一批主要农作物机械化生产模式,制定了一系列农机化技术与管理标准。
(一)组建了较完善的农机化科研创新体系
(二)构建了主要农作物机械化生产模式
2015年以来,农业部实施主要农作物生产全程机械化推进行动,建设全程机械化示范县,加快推进粮棉油糖等主要农作物生产耕、种、管、收及产后处理全程机械化,果菜茶等经济作物、畜禽水产养殖、农业废弃物资源化利用等领域机械化加快发展。
在农作物机械化生产方面,围绕玉米、水稻、油菜、棉花、马铃薯、牧草、花生、甘蔗、苹果和茶叶等大宗农作物机械化生产需求,开展了机械化关键技术、机械化技术体系集成、区域机械化共性技术、设施种植养殖装备、农业工程模式与农业装备适用性评价等研究,构建了覆盖不同种植制度、生产规模的技术模式、工程模式和技术路线。
(三)制定了农机化技术与管理标准体系
我国农机化标准体系经历从单一种类到全面覆盖、从强调数量到重视技术内容发展历程,标准数量和质量体系日臻完完善。
20世纪50—60年代,制定了我国第一个农机化标准《国营机械化农场机务工作规章》,后续制定了《农业拖拉机驾驶员、修理工技术标准》《拖拉机作业标准工作量折合系数和地块、土质差别系数》等。
20世纪80—90年代,发布《农业机械修理工技术等级标准》,标志着农机化标准制定修订工作全面恢复,其后陆续制定了一批针对不同型号农机的修理质量标准,如GB/T5262—1985《农业机械试验条件测定方法的一般规定》和GB/T5667—1985《农业机械生产试验方法》。1996年,全国农机标准化技术委员会农机化分技术委员会成立,开展了农机化标准体系研究。1997年提出了农机化标准体系框架,包括农机管理、农机运用、农机修理、试验鉴定、安全监理、农机技术推广、市场销售、农机科研、教育培训、计划统计和农机信息等11个体系。农业部和财政部1999年启动实施农业行业标准专项计划,重点建设农机基础标准、作业质量、质量评价技术规范和新型农机产品标准。
二、农机化应用基础研究
(一)土壤—植物—机器系统应用基础研究
1.机械化耕作装备。针对我国农业主产区土壤压实严重、耕层变浅、犁底层增厚以及土壤侵蚀、地力下降等问题,开展了不同土壤类型的团粒结构、理化性状和有机质变化规律研究,不同耕作方式对土壤质构和作物生长的关联影响研究,不同区域深松、深翻、翻(旋)耕、轮耕、休耕、少(免)耕等耕作方式优化组合研究。开展了水肥施用与作物秸秆还田等农田作业措施对土壤耕层结构变化的影响机理研究,建立了土壤合理耕层综合评价分析模型,提出了合理耕层的构建方法,制定了与区域特点相适应、与作物生长相适宜、与机械作业相适应的土壤合理耕层构建标准和机械化技术规范。
2.秸秆机械化还田装备。针对机具在秸秆还田作业时易出现的秸秆堵塞、部件磨损和耕作阻力增大等问题,开展了机器—土壤—秸秆交互作用机理研究;针对秸秆还田装备作业高耗低效、还田质量差等问题,开展了机具—流场—秸秆—土壤交互作用关系研究,阐明了秸秆物理特性、流动特性、还田方式、刀具质构对秸秆还田作业的影响机制,建立了秸秆还田作业能耗与还田质量综合评价模型,提出了适合于不同区域的作物秸秆高效低耗还田方法,建立了作物秸秆高效低耗还田技术规范。
5.灌溉装备。针对喷灌系统能耗高、喷头压力范围小、低压下喷洒性能差等难题,设计了特殊流道、异型喷嘴、散水齿等关键结构,研制了新型低压均匀喷洒喷头;开展了低压旋转式喷头流道结构优化设计,模拟喷头流道旋转驱动力变化规律,设计出特殊流道结构及相对应的异形喷嘴。围绕专用育苗大棚需求,研发了适用于工厂化大棚育苗的水肥药一体化施用的灌溉系统。
7.机械化收获。针对我国主要粮经作物收获工艺不合理、机具与作物互作机理不明确,作业效率低、收获损失高等问题,研究了作物收获特性与挖拔(捡拾)、脱粒(分离)、清选(收集)等高效低损收获方法和技术模式。
在玉米方面,研究适宜机械化收获的玉米植株、果穗、籽粒的物理力学特性以及果穗与茎秆、籽粒与穗轴分离特性,提出宜机收品种选育标准;针对高含水率籽粒收获破损严重问题,开展柔性揉搓式脱粒机理和关键脱粒机构研究。
在马铃薯方面,引进了挖掘铲新型航空航天材料及表面处理技术,开展了收获机与土壤的相互作用力虚拟试验研究,建立不同地区土壤力学模型;研究了马铃薯块碰撞伤的机理,优化了最佳作业参数。
在花生方面,以主产区典型品种和链辊倾斜配置式花生半喂入摘果装置为对象,测定了花生株系生物性状和机械力学特性,建立了花生株系特性数据库。开展了摘果作业动力学特性仿真分析和高速摄影试验分析研究,分析了作业质量影响机理与提升技术途径。
在棉花方面,研究了不同类型品种的特性,筛选了适宜机械化采收的棉花品种。基于华北棉区增株减枝、促进集中成熟、保证一次性机械化采收的理念,研究了适宜机械化采收的棉花适宜种植密度。基于棉花不同种植密度和种植模式群体的光能利用率等因素,构建了棉花标准化株型和熟性调控标准。研究了脱叶催熟技术,加快棉花生育进程,使其提前脱叶和加快成熟。
8.农产品加工装备。针对生菜、甘蓝、小油菜等大宗鲜切叶菜加工,优化了筐式离心工艺和叶菜包装工艺,研发了高效清洗除杂清洗技术。研究了农药残留洗脱的果蔬多模式超声波清洗技术,创建了催化式红外干法杀青、干燥、杀虫等系列蔬菜脱水加工新技术。研究了基于自由托盘输送的易损伤水果品质无损检测分级技术,对桃、梨、苹果等易损伤水果重量、外观品质和内部品质(糖度)开展了无损检测。研究了常压低温干燥、吸附冷凝联合除湿和回风循环与能量精准利用技术,突破了临界柔性除湿与能量自循环关键核心技术。针对土豆、西红柿等农产品脱皮要求,开展了红外去皮模式与技术研究,探明了红外去皮机理与参数匹配,确定了均匀干燥输送方案,创制了滚动加热—速冷破皮—气力分离—毛刷清杂的高效脱皮模式。
(二)农机农艺技术融合研究
(三)农机化与信息化技术融合研究
三、农机化发展贡献
(一)保障粮食安全与农产品有效供给
(二)推进农业绿色高质量发展
2.农业废弃物资源化利用。围绕“一控两减三基本”目标,大力推广节水灌溉、保护性耕作、秸秆还田离田等绿色机械化生产技术。建立残膜捡拾、秸秆还田离田、化肥农药精准施用、有机肥施用等示范基地,农田残膜机械化回收率达到90%以上。采用保护性耕作技术对农田实行免耕或少耕,将作物秸秆残茬覆盖地表,可有效防止水蚀、风蚀,保护了耕地和农业生态环境。
(三)提升农业综合竞争能力
(四)引领农业种养模式变革
(五)促进农民收入持续增加
农业机械化促进了节本增效和农民收入持续增加。据统计,2017年我国农机化作业服务组织达到18.73万个,农机户4184.55万户,农机从业人员5128.14万人,年经营收入5336亿元,年利润2004亿元,农机服务产业总体规模已经超过农业装备制造产业。农机社会化服务显著降低种了植户的生产成本,间接实现了农户增收。先进农产品加工装备的应用,显著提高了农产品加工水平,增加了农产品附加值。农业机械化降低了农业劳动强度,大幅减少了农业用工量,稳定了农业生产。农机作业智能化和舒适性不断提高,吸引了年轻一代务农爱农,培育了大批高素质农民,让农民成为有吸引力的职业。