羅錫文，廖　娟，胡　煉※，臧　英，周志艷（.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州50642；2.南方糧油協(xié)同創(chuàng)新中心，長(zhǎng)沙4028）

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提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展

羅錫文1，2，廖娟1，胡煉1，2※，臧英1，2，周志艷1，2
（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州510642；2.南方糧油協(xié)同創(chuàng)新中心，長(zhǎng)沙410128）

摘要：在中國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)中，影響農(nóng)業(yè)資源可持續(xù)發(fā)展的主要因素是土、種、肥、藥、水。精準(zhǔn)耕整技術(shù)、精準(zhǔn)播種技術(shù)、精準(zhǔn)施肥技術(shù)、精準(zhǔn)施藥技術(shù)和精準(zhǔn)灌溉技術(shù)是提高農(nóng)業(yè)資源利用率的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平，是促進(jìn)農(nóng)業(yè)資源可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。該文介紹了提高農(nóng)業(yè)資源利用率的機(jī)械化精準(zhǔn)作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)與機(jī)具。為了進(jìn)一步發(fā)揮農(nóng)業(yè)機(jī)械化在提高農(nóng)業(yè)資源利用率、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中的作用，該文建議：進(jìn)一步加強(qiáng)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合，加強(qiáng)相關(guān)基礎(chǔ)理論研究；進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的研究；進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)機(jī)械與裝備制造的自主創(chuàng)新能力；進(jìn)一步加強(qiáng)推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機(jī)械；機(jī)械化；可持續(xù)發(fā)展；農(nóng)業(yè)資源利用率；農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展

羅錫文，廖娟，胡煉，臧英，周志艷.提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，32 （01）：1-11.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.01.001 http://www.tcsae.org

Luo Xiwen, Liao Juan, Hu lian, Zang Ying, Zhou Zhiyan.Improving agricultural mechanization level to promote agricultural sustainable development[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering（Transactions of the CSAE）, 2016, 32 （01）: 1-11.（in Chinese with English abstract）doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.01.001 http://www.tcsae.org

0　引言

中國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，但不是農(nóng)業(yè)強(qiáng)國(guó)[1]。發(fā)展高效、安全的現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)是中國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)的重要目標(biāo)。在中國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)中，影響農(nóng)業(yè)資源可持續(xù)發(fā)展的主要因素是土、種、肥、藥、水。農(nóng)業(yè)機(jī)械化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要內(nèi)容和標(biāo)志之一[2]，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平，是促進(jìn)中國(guó)農(nóng)業(yè)資源可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一[3]。

中國(guó)耕地普遍存在等級(jí)低、質(zhì)量不高等問(wèn)題，第二次全國(guó)土地調(diào)查的耕地質(zhì)量結(jié)果顯示，全國(guó)耕地平均質(zhì)量等別為9.96等（最好為1等，最差為15等），中低等耕地面積占70.6%，總體偏低[4]。主要表現(xiàn)在[5]：耕作層變淺；部分地區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)下降；水土流失，次生、鹽漬化、酸化等問(wèn)題嚴(yán)重，土壤污染問(wèn)題突出。同時(shí)，有相當(dāng)一部分耕地地塊零碎不規(guī)整，田塊狹小。

中國(guó)種子的優(yōu)質(zhì)品種少、播種量大、種子浪費(fèi)等問(wèn)題嚴(yán)重阻礙了中國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

中國(guó)化肥總用量已達(dá)5 700萬(wàn)t，居世界第一位。氮肥當(dāng)季利用率只有30%～35%左右，低于世界發(fā)達(dá)國(guó)家20個(gè)百分點(diǎn)[6]?；实倪^(guò)度使用增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，并造成了對(duì)環(huán)境的污染，是引起蔬菜品質(zhì)下降、地下水硝酸鹽積累和水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要原因。

中國(guó)農(nóng)藥利用率只有30%左右，2013年中國(guó)商品農(nóng)藥總量達(dá)183萬(wàn)t，單位面積農(nóng)藥用量是美國(guó)的2.3倍，殺蟲(chóng)劑用量是美國(guó)的14.7倍，若不加以控制，到2030年農(nóng)藥用量將達(dá)到221萬(wàn)t[7]。由于過(guò)度依賴農(nóng)藥，導(dǎo)致了病蟲(chóng)草害產(chǎn)生抗藥性，上世紀(jì)40～50年代世界上抗性害蟲(chóng)不足10種，現(xiàn)在已發(fā)展到700多種[8]。農(nóng)藥的過(guò)度使用加重了環(huán)境污染，目前農(nóng)藥污染土地面積超過(guò)933萬(wàn)hm2[9]，若不加以控制，到2030年農(nóng)藥污染土地面積將增加1倍。農(nóng)產(chǎn)品污染加大，據(jù)農(nóng)業(yè)部對(duì)全國(guó)2 585個(gè)蔬菜樣品調(diào)查，葉菜類(lèi)、根菜類(lèi)和瓜果類(lèi)中硝酸鹽超標(biāo)率分別高達(dá)37%、32%和53%[10]。

水資源短缺已成為全球食物安全的主要制約因素，2030年世界人口將達(dá)83億，糧食需求達(dá)29億t，按現(xiàn)在用水效率計(jì)算，農(nóng)業(yè)灌溉用水需增加30%（現(xiàn)為約300萬(wàn)m3），缺口達(dá)75萬(wàn)m3[11]。由于水利工程與灌溉方式落后，中國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉用水效率低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)每年農(nóng)業(yè)灌溉用水總量在3 600億m3左右，渠系利用系數(shù)只有0.4～0.6[12]。中國(guó)制定了2030年農(nóng)業(yè)灌溉水利用率達(dá)到0.60以上的戰(zhàn)略目標(biāo)，但在現(xiàn)有農(nóng)業(yè)用水方式下大規(guī)模提升用水效率遇到了技術(shù)瓶頸。破解中國(guó)“水危機(jī)”、突破糧食增產(chǎn)“水瓶頸”的關(guān)鍵是提高農(nóng)業(yè)用水效率。

農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，歸根結(jié)底是資源和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，要促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，必須以節(jié)約資源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境為前提。因此，中國(guó)面臨提高農(nóng)業(yè)資源利用率、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要任務(wù)與挑戰(zhàn)。提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平，對(duì)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、提高農(nóng)業(yè)資源利用率和促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。本文擬提出提高中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性措施——從土、種、肥、藥、水等方面著手，重點(diǎn)突破耕整、播種、施肥、施藥、灌溉等重要環(huán)節(jié)的機(jī)械化精準(zhǔn)作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)與機(jī)具的研究，分析這幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，指出發(fā)展過(guò)程中存在的問(wèn)題，提出解決這些問(wèn)題的思路與方法，以期為進(jìn)一步提高中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供重要戰(zhàn)略指導(dǎo)。

1　精準(zhǔn)耕整

土地精準(zhǔn)耕整是提高水、肥、藥利用率、促進(jìn)作物生長(zhǎng)、提高作物產(chǎn)量的重要途徑。保護(hù)性耕作、深松和激光平地是土地耕整的3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

1.1保護(hù)性耕作

中國(guó)水土流失嚴(yán)重，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)每年流失的表土在50億m3以上，風(fēng)水蝕耕地面積約1萬(wàn)km2[13]。世界權(quán)威雜志《科學(xué)》（2004年）曾經(jīng)刊文“土壤碳管理”（Managing Soil Carbon）認(rèn)為：農(nóng)田翻耕導(dǎo)致了土壤的碳流失，同時(shí)加劇了土壤侵蝕，保護(hù)性耕作可以有效減少土壤中碳的流失，增加土壤肥力。

保護(hù)性耕作（conservation tillage，CT）的主要特征是不翻耕土地，在地表覆蓋秸稈[14]，在提升農(nóng)田土壤質(zhì)量方面主要表現(xiàn)在[15]：1）減少土壤徑流。相對(duì)于傳統(tǒng)耕作，保護(hù)性耕作可減少40%以上土壤徑流，在干旱年份可減少土壤徑流量達(dá)60%；2）增加土壤有機(jī)質(zhì)。長(zhǎng)期實(shí)施保護(hù)性耕作，土壤的有機(jī)質(zhì)可年均增加0.03百分點(diǎn)，土壤由“黃”變“黑”，蚯蚓數(shù)量可達(dá)30條/m2；3）減少水分蒸發(fā)。在冬小麥休閑期實(shí)施保護(hù)性耕作相對(duì)傳統(tǒng)耕作可減少水分蒸發(fā)19.7 mm；4）減少CO2排放。實(shí)施保護(hù)性耕作，冬小麥季的CO2減排可達(dá)27.1%；5）增產(chǎn)效果明顯。14種作物產(chǎn)量數(shù)據(jù)中，有13種表現(xiàn)出了增產(chǎn)效果。其中，玉米增產(chǎn)4.5%，小麥增產(chǎn)7.6%，小雜糧增產(chǎn)10.1%，大豆增產(chǎn)18.7%[16]。

從2005年開(kāi)始，中國(guó)連續(xù)8 a的中央一號(hào)文件都要求發(fā)展保護(hù)性耕作。國(guó)務(wù)院《國(guó)家糧食安全中長(zhǎng)期規(guī)劃綱要（2008-2020年）》提出要“改進(jìn)耕作方式，發(fā)展保護(hù)性耕作”。農(nóng)業(yè)部每年投入3000萬(wàn)元用于示范與推廣保護(hù)性耕作技術(shù)。國(guó)家發(fā)改委、環(huán)保部、水利部、林業(yè)部等都將保護(hù)性耕作列為農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)、農(nóng)田減排、抗旱節(jié)水與防沙治沙等的重要措施。

至2014年底，中國(guó)保護(hù)性耕作實(shí)施面積超過(guò)了860 萬(wàn)hm2[17]，占全國(guó)耕地面積的6.4%。中國(guó)糧食作物秸稈焚燒產(chǎn)生的碳排放量約為477萬(wàn)t[18]，按此比例估算，保護(hù)性耕作每年可減少30.5萬(wàn)t由秸稈焚燒造成的碳排放量。如果在全球推廣應(yīng)用保護(hù)性耕作，未來(lái)10 a，將可以抵消三分之一左右來(lái)自燃油的碳排放。陳源泉等對(duì)不同地區(qū)的保護(hù)性耕種進(jìn)行了大量的調(diào)查，結(jié)果顯示，利用保護(hù)性耕種技術(shù)可增加7.1%～49.2%作物產(chǎn)量，降低2.5%～66.9%生產(chǎn)成本[19]。因此，保護(hù)性耕作在保護(hù)土壤、節(jié)約用水、節(jié)能減排、節(jié)約成本等方面都有顯著的效果，是應(yīng)對(duì)中國(guó)農(nóng)業(yè)資源短缺和資源浪費(fèi)的重要途徑，應(yīng)得到高度重視和大面積推廣。

1.2深松

深松作業(yè)是替代傳統(tǒng)耕翻的一項(xiàng)土地耕整技術(shù)。通過(guò)疏松土壤，打破犁底層和加深耕作層改善土壤的透水、透氣性能和團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，使雨水更容易入滲到土壤中，從而有利于作物根系的發(fā)育，提高蓄水保墑能力。

國(guó)外的深松技術(shù)及機(jī)具研究始于20世紀(jì)50年代，歐美等西方國(guó)家的深松技術(shù)已經(jīng)形成了相對(duì)完善的體系[20]。1995年，Larson和Clyma提出運(yùn)用電滲技術(shù)對(duì)深松鏟進(jìn)行減阻處理，在黏土中可減少11%的耕種阻力，最大可減少39%的耕種阻力，降低約32%的能耗[21]。國(guó)內(nèi)對(duì)深松理論的研究始于20世紀(jì)70年代，并逐漸形成了中國(guó)的“深松耕作法”。2004年，吉林大學(xué)佟金教授發(fā)明了仿生減阻深松鏟，取得了良好的減阻效果[19]。

中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院在中低產(chǎn)田的試驗(yàn)表明：相比未經(jīng)深松的對(duì)照田，機(jī)械化深松田增產(chǎn)效果明顯，玉米、大豆、甜菜和馬鈴薯的平均增產(chǎn)與增產(chǎn)率分別為：1 193 kg/hm2，20%；269～359 kg/hm2，12%～178%；1 560 t/hm2，358%；4 034 kg/hm2，262%，深松還可提高灌溉用水30%的利用率[22]。

目前，中國(guó)深松技術(shù)仍面臨減阻和防堵兩大難題，為此，深入研究保護(hù)性耕作條件下的深松減阻和防堵技術(shù)，是中國(guó)保護(hù)性耕作機(jī)理研究中亟待進(jìn)一步突破的關(guān)鍵技術(shù)。

1.3激光平地

農(nóng)田表面平整度直接影響灌溉效率和效果。由于農(nóng)田表面不平整導(dǎo)致的灌溉用水浪費(fèi)率超過(guò)20%，同時(shí)影響作物生產(chǎn)。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)研制成功旱地激光平地機(jī)，其激光發(fā)射器云臺(tái)集成JP3激光掃平儀，能夠形成帶坡度的激光平面[23]。中國(guó)水稻生產(chǎn)中歷來(lái)有“寸水不過(guò)田”的要求，傳統(tǒng)的人工平整、畜力平整、拖拉機(jī)平整和耕整機(jī)平整等方法主要憑目測(cè)和經(jīng)驗(yàn)，平整后高度差仍在10 cm以上，且高度差與田塊面積成正比[24]。

為了解決水田精準(zhǔn)平整的問(wèn)題，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制成功1PJ系列水田激光平地機(jī)，鑒定結(jié)論為“在水田平地技術(shù)及機(jī)具領(lǐng)域居國(guó)際領(lǐng)先水平”。目前，主要有與東方紅254拖拉機(jī)、久保田704拖拉機(jī)、上海50拖拉機(jī)和雷沃504拖拉機(jī)配套的激光平地機(jī)。從2006年起，在國(guó)內(nèi)16個(gè)省市進(jìn)行了推廣應(yīng)用。結(jié)果表明，采用水田激光平地機(jī)平地，平地精度可達(dá)3 cm，節(jié)約了灌溉用水，增加了水稻產(chǎn)量，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著[25]。

2　精準(zhǔn)播種

2.1玉米精準(zhǔn)播種

中國(guó)的玉米種植面積不斷擴(kuò)大，至2013年，玉米已成為中國(guó)第一大糧食作物。由于生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)模式的限制，目前在中國(guó)的玉米種植過(guò)程中，資源利用率低、投入產(chǎn)出率低，因此，當(dāng)前的生產(chǎn)模式和經(jīng)營(yíng)模式亟待革新。

目前，美國(guó)約翰迪爾（John Deere）公司的玉米播種機(jī)和德國(guó)亞馬遜（AMAZONE）公司的玉米播種機(jī)技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平，具有大型、寬幅、高速、機(jī)電液一體化和電子化等特點(diǎn)，播種均勻一致、深淺一致。瑞士V?DERSTAD公司的新型排種器采用機(jī)械式排種與正壓壓種相結(jié)合，有效克服了在開(kāi)始和結(jié)束時(shí)的漏播現(xiàn)象，對(duì)氣壓要求低，播種效果好。

吉林工業(yè)大學(xué)研制的2BS-2型玉米精密播種機(jī)基本實(shí)現(xiàn)了單粒排種[26-27]。黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)研制的棱錐形孔排種部件，臺(tái)架試驗(yàn)空穴率為1.67%，重播率4.67%，單粒率達(dá)93.67%[28]。西北農(nóng)林科技大學(xué)研制的2FBJD-2型玉米半精密播種施水覆膜機(jī)、新疆地區(qū)的2BCM-6型茬地免耕半精量播種機(jī)、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的2BML-2（Z）型免耕精量播種機(jī)是目前中國(guó)比較先進(jìn)的玉米精密播種機(jī)[26，29]。

國(guó)內(nèi)也開(kāi)展了氣力式播種機(jī)的研究，并研制了多種氣力式精密播種機(jī)。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)研制了3種氣力式玉米精量播種機(jī)，其中2BMF-4型氣吹式免耕玉米精量播種機(jī)在作業(yè)速度6 km/h時(shí)，播種合格率達(dá)95%以上[30]。2BYQC-7型氣吸式玉米精量播種機(jī)在作業(yè)速度9 km/h時(shí)，播種合格率達(dá)93%以上[31]。沈陽(yáng)市通用長(zhǎng)青機(jī)械廠的2BQM-3型免耕施肥氣吸精密播種機(jī)，可進(jìn)行玉米等作物的單粒全株距、單粒半株距穴播或條播作業(yè)[32]。農(nóng)哈哈集團(tuán)的2BYQF-4玉米氣吸播種機(jī)可實(shí)現(xiàn)單粒精播[33]。

玉米實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)播種可以節(jié)省種子40～45 kg/hm2，還可以節(jié)省或完全省去間苗時(shí)間，保證作物苗齊、苗壯，營(yíng)養(yǎng)合理，植株個(gè)體發(fā)育健壯，群體長(zhǎng)勢(shì)均衡，增產(chǎn)效果顯著[34]，是保證豐產(chǎn)豐收的前提?？傮w來(lái)看，玉米氣力式播種機(jī)在中國(guó)發(fā)展較晚，大部分從國(guó)外引進(jìn)或改造，而且只適用于小區(qū)域作業(yè)。因此，研制先進(jìn)適用的玉米精密播種技術(shù)，完善與之配套的農(nóng)藝措施，是當(dāng)前玉米生產(chǎn)發(fā)展的重要方向。

2.2水稻精量穴播

目前中國(guó)采用直播方式的水稻種植面積約占30%左右，以人工撒播為主[35-36]。采用人工撒播方式種植的水稻生長(zhǎng)無(wú)序、疏密不勻，因此，通風(fēng)透氣性差、易受病蟲(chóng)害侵害、抗倒伏性差。為了解決人工撒播存在的問(wèn)題，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)在水稻精量穴播技術(shù)和機(jī)具研究方面取得了重大突破，研制成功2BD系列水稻精量穴播機(jī)，可同步開(kāi)溝、起壟和播種，實(shí)現(xiàn)了精量播種和節(jié)水栽培[37]，并有效提高了水稻的抗倒伏性。該研究成果的鑒定結(jié)論為“在水稻水直播機(jī)械研究領(lǐng)域居國(guó)際領(lǐng)先水平”。從2006年起，在國(guó)內(nèi)24個(gè)省（區(qū)）及老撾、緬甸、泰國(guó)、越南和柬埔寨進(jìn)行了推廣應(yīng)用，結(jié)果表明，精量穴播比人工撒播、人工拋秧和人工插秧可分別增產(chǎn)10%、8%和6%以上，每公頃節(jié)約成本分別為750、1124和1874元，可節(jié)省水稻生產(chǎn)用水30%以上和減少甲烷排放10%以上。2013年和2014年新疆精量穴播的水稻連續(xù)兩年產(chǎn)量超過(guò)15 t/hm2[38]。

3　精準(zhǔn)施肥

3.1農(nóng)田養(yǎng)分信息快速獲取

土壤養(yǎng)分測(cè)量是實(shí)施精準(zhǔn)施肥（主要是基肥）的前提[39]，施肥前對(duì)土壤中的養(yǎng)分情況了解不夠，未能做到按需施肥，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中肥料利用率低的一個(gè)很重要的原因。目前采用的土壤測(cè)量?jī)x器主要有3類(lèi)[40]：1）基于光電分色等傳統(tǒng)養(yǎng)分速測(cè)技術(shù)的土壤養(yǎng)分速測(cè)儀；2）基于近紅外技術(shù)（NIR）通過(guò)土壤或作物葉面反射光譜特性直接或間接進(jìn)行農(nóng)田肥力水平快速評(píng)估的儀器；3）基于離子選擇場(chǎng)效應(yīng)晶體管（ISFET）集成元件的土壤主要礦物元素含量測(cè)量?jī)x器。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)了土壤養(yǎng)分測(cè)量傳感器，浙江大學(xué)研究了農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)和氮素快速測(cè)定方法與儀器[41]。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制了機(jī)載GPS土壤自動(dòng)取樣裝置，可繪制氮、磷、鉀、pH值和有機(jī)質(zhì)的分布圖，為測(cè)土配方施肥提供準(zhǔn)確的田間土壤肥力分布情況，為指導(dǎo)按需施肥提供依據(jù)[38]。

3.2測(cè)土配方施肥

測(cè)土配方施肥是以土壤養(yǎng)分測(cè)量和肥料田間試驗(yàn)為基礎(chǔ)，綜合專(zhuān)家知識(shí)，根據(jù)土壤供肥性能、作物需肥規(guī)律與肥料效應(yīng)，在施肥前確定氮、磷、鉀及微肥的適宜用量與比例，是提高肥料利用率的措施之一[42]。目前國(guó)內(nèi)用于測(cè)土配方施肥的土壤養(yǎng)分測(cè)試方法包括ASI法、M3浸提劑和AB -DTPA浸提劑[43]。為了提高土壤養(yǎng)分測(cè)試效率，在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，中國(guó)農(nóng)科院土壤研究所經(jīng)過(guò)十幾年的研究，形成了適應(yīng)于中國(guó)大部分地區(qū)土壤使用情況的批量化前期處理技術(shù)、專(zhuān)業(yè)化測(cè)試技術(shù)、自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集技術(shù)和程序化的推薦施肥技術(shù)，這一套技術(shù)不僅大大提高了中國(guó)測(cè)土配方施肥的分析效率和降低了成本，而且提高了測(cè)試精度，是目前中國(guó)先進(jìn)的測(cè)土配方技術(shù)[44]。

3.3同步播種施肥

播種時(shí)同步深施緩釋肥或控釋肥是提高肥料利用率、減少施肥次數(shù)和降低生產(chǎn)成本的有效方法。目前，同步（深）施肥播種機(jī)具已實(shí)現(xiàn)在旱作作物生產(chǎn)中的應(yīng)用[45]，但水田作業(yè)時(shí)難以在機(jī)械播種或插秧時(shí)同步深施肥料?；诖?，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)研究成功同步開(kāi)溝起壟施肥水稻精量穴播技術(shù)，研制了同步開(kāi)溝起壟施肥水稻精量穴播機(jī)，可在播種時(shí)將肥料施于田面下10 cm處，有利于根系吸收和水稻生長(zhǎng)，可減少肥料用量30%以上，提高產(chǎn)量10%以上，達(dá)到了高效、增產(chǎn)、節(jié)肥、節(jié)水和減少田間甲烷排放量的目的[46]。中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院研制的小麥變量免耕施肥播種機(jī)和黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)研制的大豆變量施肥播種機(jī)也取得了良好的效果。

3.4作物養(yǎng)分信息快速獲取

要實(shí)現(xiàn)作物生長(zhǎng)期間的精準(zhǔn)施肥（追肥），在施肥前準(zhǔn)確地獲取作物養(yǎng)分信息是前提。

作物養(yǎng)分生理指標(biāo)檢測(cè)的傳統(tǒng)方法是化學(xué)分析法，該方法準(zhǔn)確性較高，但是成本也高，耗時(shí)長(zhǎng)，操作復(fù)雜，且容易造成環(huán)境污染[47]。光譜和成像技術(shù)可快速無(wú)損地獲取作物的養(yǎng)分生理信息，因而得到了廣泛的研究與應(yīng)用。光譜檢測(cè)技術(shù)主要有近紅外光譜和多光譜成像檢測(cè)技術(shù)[48-49]。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)研制成功CGMD302作物生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)診斷儀。浙江大學(xué)邵泳妮結(jié)合光譜技術(shù)與多光譜成像技術(shù)采集水稻生長(zhǎng)和生理信息，用于檢測(cè)和診斷水稻品質(zhì)信息、養(yǎng)分需求信息和病蟲(chóng)害信息[50]。

目前作物養(yǎng)分信息快速獲取技術(shù)仍是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施肥的瓶頸技術(shù)，該技術(shù)依然停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段。在以后的發(fā)展中，應(yīng)更加注重田間應(yīng)用，研究出方便、快捷、準(zhǔn)確、可靠的作物養(yǎng)分信息獲取技術(shù)與設(shè)備。

3.5精準(zhǔn)施肥

傳統(tǒng)的施肥量確定方法主要有養(yǎng)分平衡法和肥料效應(yīng)函數(shù)法[51]，不同作物或同一作物不同生長(zhǎng)期對(duì)養(yǎng)分需求的差異很大，難以采用同一施肥模型進(jìn)行精準(zhǔn)施肥的指導(dǎo)。研究發(fā)現(xiàn)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的施肥模型和組合預(yù)測(cè)模型可以很好地解決傳統(tǒng)施肥量確定方法中存在的問(wèn)題[52]。蘇恒強(qiáng)等建立的玉米施肥組合預(yù)測(cè)模型顯著地提高了預(yù)測(cè)精度[53]。與此同時(shí)，學(xué)者們還建立了不同作物的精準(zhǔn)施肥專(zhuān)家系統(tǒng)。于合龍等建立了玉米精準(zhǔn)施肥數(shù)據(jù)庫(kù)，提高了玉米精準(zhǔn)施肥系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效率[54]。許鑫等基于測(cè)土配方施肥技術(shù)構(gòu)建了“基于WebGIS的小麥精準(zhǔn)施肥決策系統(tǒng)”[55]。國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心研制成功基于GPS的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)變量施肥控制系統(tǒng)，施肥誤差≤5%[56]。中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院研制的自動(dòng)配肥施肥機(jī)采用多種肥料實(shí)時(shí)在線配比，取得了很好的效果[57]。

目前，中國(guó)在精準(zhǔn)施肥網(wǎng)格識(shí)別、信息系統(tǒng)、養(yǎng)分管理施肥模型和專(zhuān)家系統(tǒng)等研究中取得了一些成果，但還沒(méi)有形成完善的精準(zhǔn)施肥技術(shù)體系。因此，建立完善且便于使用的精準(zhǔn)施肥技術(shù)體系，是中國(guó)現(xiàn)階段施肥技術(shù)要解決的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

4　精準(zhǔn)施藥

4.1作物病蟲(chóng)草害信息快速獲取

作物病蟲(chóng)草害信息的快速獲取是精準(zhǔn)施藥的前提。傳統(tǒng)的病蟲(chóng)草害信息獲取采用人工調(diào)查方法以判斷作物危害等級(jí)，存在主觀性強(qiáng)、工作量大、覆蓋范圍小、效率低、成本高等缺點(diǎn)，難以達(dá)到精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)對(duì)作物病蟲(chóng)害信息快速獲取的要求[58]。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，光譜分析技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)以及光譜視覺(jué)技術(shù)在作物病蟲(chóng)害檢測(cè)研究中得到了廣泛的應(yīng)用，成為病蟲(chóng)害檢測(cè)的有效方法和重要手段。

多光譜成像技術(shù)可同時(shí)從光譜維和空間維獲取被測(cè)目標(biāo)的信息[59]。Leckie等[60]分析了蚜蟲(chóng)對(duì)松樹(shù)的侵害程度。Tian Youwen等在溫室環(huán)境條件下，利用多光譜成像技術(shù)分析了稻葉瘟病情[61]。吉林大學(xué)和華南農(nóng)業(yè)大學(xué)采用MS3100多光譜攝像機(jī)對(duì)水稻苗期稻瘟病中度感性識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)96.8%[62]。

國(guó)內(nèi)外高光譜成像技術(shù)主要集中在高空衛(wèi)星遙感監(jiān)控農(nóng)作物蟲(chóng)害的發(fā)生程度，近地對(duì)作物蟲(chóng)害早期檢測(cè)的應(yīng)用不多。張東彥等采集了受病蟲(chóng)害、養(yǎng)分脅迫的小麥葉片進(jìn)行高光譜圖像分析，在2 nm光譜分辨率和毫米級(jí)空間分辨率的條件下，得到了感染面積對(duì)小麥葉片的定量定性影響程度的結(jié)果[63]。蔣金豹等運(yùn)用一階微分最大值法和Cho and Skidmore方法實(shí)現(xiàn)了提前12 d進(jìn)行受條銹病脅迫小麥識(shí)別的可能性[64]。

可見(jiàn)光成像技術(shù)檢測(cè)速度快、精度高，在作物病蟲(chóng)害檢測(cè)和識(shí)別中得到了廣泛應(yīng)用。Paul Boissard等[65]利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)受粉虱侵襲的玫瑰葉片，統(tǒng)計(jì)煙粉虱的數(shù)量，并結(jié)合人工智能對(duì)圖像進(jìn)行分析與處理，實(shí)現(xiàn)了煙粉虱侵襲初期的準(zhǔn)確識(shí)別。中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院利用超低空飛行的直升機(jī)獲取作物圖像信息，研制了一種超低空田間信息獲取平臺(tái)。

綜上所述，通過(guò)獲取作物的光譜數(shù)據(jù)，可建立作物光譜特性和蟲(chóng)害類(lèi)別和程度之間的關(guān)系，從而根據(jù)光譜特性推算蟲(chóng)害類(lèi)別、密度、分布、發(fā)生程度等信息。但在大田環(huán)境中，光譜技術(shù)信號(hào)容易受到干擾，且光譜技術(shù)僅能提供小區(qū)域的檢測(cè)對(duì)象信息，缺少對(duì)象的空間信息?？梢?jiàn)光成像技術(shù)主要分析圖像的可見(jiàn)光信息，信息量有限，且信息提取效率比較低。多光譜成像技術(shù)目前仍處于初始開(kāi)發(fā)階段，但該技術(shù)可同時(shí)采集可見(jiàn)光譜和紅外光譜等波段的數(shù)字圖像，彌補(bǔ)了光譜儀抗干擾能力較弱和RGB圖像波段感受范圍窄的缺點(diǎn)，是一種實(shí)時(shí)、高效、準(zhǔn)確的病蟲(chóng)害檢測(cè)技術(shù)，以其快捷、方便、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、客觀的優(yōu)點(diǎn)，可望成為病蟲(chóng)害識(shí)別與檢測(cè)領(lǐng)域新技術(shù)研究的一大熱點(diǎn)。

4.2高地隙寬幅精準(zhǔn)噴施技術(shù)與機(jī)具

傳統(tǒng)拖拉機(jī)的底盤(pán)相對(duì)較低，難以進(jìn)行玉米、甘蔗等高稈作物中后期病蟲(chóng)害的施藥防治，已成為影響中國(guó)高稈經(jīng)濟(jì)作物生產(chǎn)的主要瓶頸[66]。高地隙噴藥機(jī)離地間隙高、通過(guò)性能好，能夠有效地解決高稈作物中后期的施藥難題。

國(guó)外高地隙噴藥機(jī)的研究始于20世紀(jì)五六十年代[67]。美國(guó)的Amazone大型噴霧機(jī)最高離地間隙可達(dá)2 m，幅寬可達(dá)39m，可實(shí)現(xiàn)基于作物生長(zhǎng)、病蟲(chóng)害狀況的變量噴藥[68]。美國(guó)John Deere公司生產(chǎn)的JD4730型自走式噴藥機(jī)具有良好的可靠性和穩(wěn)定性，配備歐洲“Green Star”施藥系統(tǒng)，采用衛(wèi)星定位追蹤、自主導(dǎo)航及變量施藥方式進(jìn)行作業(yè)，保證了高精度施藥性能[69]。美國(guó)Case Corp公司生產(chǎn)的SPX315噴藥機(jī)采用脈沖電磁閥控制施藥噴頭，通過(guò)流量控制器和系統(tǒng)壓力控制藥滴數(shù)量和尺寸，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)噴施。丹麥Hardy公司生產(chǎn)的Alpha 4100型自走式施藥機(jī)，在保證單位面積施藥量的基礎(chǔ)上，合理地控制農(nóng)藥噴施，提高了農(nóng)藥利用率，減少了浪費(fèi)[70]。

中國(guó)高地隙噴藥機(jī)的研究始于20世紀(jì)90年代中后期。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家主要致力于優(yōu)化噴藥機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，取得了較大的進(jìn)展。山東亞泰機(jī)械制造有限公司研制的3WZC-150型四輪輪距可伸縮式高地隙自走式噴藥機(jī)，能適應(yīng)不同區(qū)域高稈作物的農(nóng)藥噴施作業(yè)，施藥系統(tǒng)采用吸附式防滴噴頭，以減少農(nóng)藥浪費(fèi)[71]。黑龍江富錦永興噴藥機(jī)械廠生產(chǎn)的四輪自走式噴藥機(jī)，藥箱增加了回水?dāng)嚢柘到y(tǒng)以防止藥液沉積，噴桿為5段折疊式，且噴施高度可調(diào)，幅寬8 m，防治效率可達(dá)2.4 hm2/h。黑龍江齊齊哈爾華宇農(nóng)機(jī)廠生產(chǎn)的三輪自走式高地隙噴藥機(jī)，最大噴幅6.5 m，架體升降行程0.4～2.6 m，整車(chē)離地高度1.6 m，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)適用，尤其適用于小型農(nóng)場(chǎng)和農(nóng)民家庭[72]。

中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院研制的大型智能化變量噴藥機(jī)，采用多路關(guān)聯(lián)式噴霧量反饋精準(zhǔn)控制技術(shù)和基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的雜草自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了智能作業(yè)。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)與福田雷沃國(guó)際重工股份有限公司聯(lián)合研制了高地隙寬幅水田噴霧機(jī)，采用雷沃M700H型拖拉機(jī)加裝高地隙水田鐵輪和噴霧系統(tǒng)，離地間隙1 m，作業(yè)幅寬12 m[73]。

從上述分析可見(jiàn)，國(guó)外噴藥機(jī)技術(shù)先進(jìn)、工作可靠，但價(jià)格昂貴、專(zhuān)用性強(qiáng)、使用維修不便；國(guó)內(nèi)噴藥機(jī)使用維修方便，但可靠性較差、自動(dòng)化程度低。因此，應(yīng)結(jié)合國(guó)內(nèi)外各種機(jī)型的優(yōu)勢(shì)彌補(bǔ)中國(guó)現(xiàn)有技術(shù)的不足，研制成本低、適應(yīng)性強(qiáng)、使用維修方便、可靠性高、穩(wěn)定性好、自動(dòng)化程度高的高地隙精準(zhǔn)噴施機(jī)具。

4.3農(nóng)業(yè)航空噴施

農(nóng)業(yè)航空植保作業(yè)效率高、防治能力強(qiáng)、能應(yīng)對(duì)突發(fā)和爆發(fā)性病蟲(chóng)害，可在作物不同生長(zhǎng)時(shí)期下田作業(yè)[70]，是中國(guó)建設(shè)高效、安全的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的重要發(fā)展方向。

世界農(nóng)業(yè)航空始于1918年，美國(guó)第一次采用飛機(jī)噴灑農(nóng)藥滅棉蟲(chóng)。目前，從世界范圍看，美國(guó)、俄羅斯、澳大利亞、加拿大、巴西、日本、韓國(guó)等國(guó)家的農(nóng)業(yè)航空技術(shù)起步較早，航空施藥作業(yè)規(guī)范齊全，施藥配套部件完善，可滿足不同作業(yè)要求。美國(guó)主要采用有人駕駛固定翼飛機(jī)進(jìn)行肥料、農(nóng)藥、除草劑等噴施作業(yè)；日本則主要采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行噴藥。中國(guó)農(nóng)業(yè)航空作業(yè)始于1951年5月，中國(guó)民航廣州管理處采用一架C-46型飛機(jī)在廣州市區(qū)執(zhí)行了41架次滅蚊蠅飛行任務(wù)。目前，中國(guó)農(nóng)業(yè)航空作業(yè)量逐年增加，作業(yè)領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大，除對(duì)糧食作物、園藝作物、經(jīng)濟(jì)作物施藥外，還開(kāi)展了植物生長(zhǎng)授粉等作業(yè)[74]。

與傳統(tǒng)施藥方式相比，應(yīng)用農(nóng)業(yè)航空植保技術(shù)進(jìn)行植保作業(yè)，能夠有效提高中國(guó)農(nóng)作物病蟲(chóng)害防治機(jī)械化水平，提高作業(yè)效率15%～35%；提高農(nóng)業(yè)資源利用率，降低生產(chǎn)成本約105元/hm2；增強(qiáng)農(nóng)業(yè)抗風(fēng)險(xiǎn)能力，減少突發(fā)性大面積病蟲(chóng)害帶來(lái)的損失；緩解農(nóng)村勞動(dòng)力短缺；對(duì)保障國(guó)家糧食安全、生態(tài)安全具有十分重要的意義[75]。但是，目前中國(guó)農(nóng)業(yè)航空事業(yè)存在4個(gè)亟待解決的問(wèn)題：1）明確中國(guó)農(nóng)業(yè)航空的主管部門(mén)。2）制定中國(guó)農(nóng)業(yè)航空的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。3）攻克中國(guó)農(nóng)業(yè)航空的核心技術(shù)。4）出臺(tái)扶持中國(guó)農(nóng)業(yè)航空發(fā)展的相關(guān)政策。

為促進(jìn)中國(guó)農(nóng)業(yè)航空植保技術(shù)健康有序地發(fā)展，應(yīng)結(jié)合中國(guó)農(nóng)業(yè)航空的發(fā)展現(xiàn)狀，通過(guò)政府、企業(yè)以及科研部門(mén)的共同努力，從政策、資金、人才以及核心技術(shù)等方面著手，出臺(tái)相關(guān)政策，加強(qiáng)管理和規(guī)范；加大資金投入力度，發(fā)展多機(jī)型、多模式的作業(yè)方式，因地選型，提高航空植保作業(yè)的適應(yīng)能力；加強(qiáng)培養(yǎng)中國(guó)農(nóng)用航空植保技術(shù)的專(zhuān)業(yè)性及綜合性人才；加強(qiáng)配套核心科學(xué)技術(shù)的研究與攻關(guān)。通過(guò)多方面努力，以期使農(nóng)業(yè)航空植保事業(yè)為推進(jìn)中國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程、提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平和促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。

5　精準(zhǔn)灌溉

水資源短缺是制約中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素，當(dāng)前，中國(guó)迫切需要解決農(nóng)業(yè)節(jié)水問(wèn)題。準(zhǔn)確掌握田間水層高度和土壤含水率，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉，是合理利用水資源，減少水資源浪費(fèi)，保證農(nóng)作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要前提和有效措施。

5.1田間水分信息快速獲取

由于作物不同生長(zhǎng)期的需水量不同，作物不同生長(zhǎng)階段對(duì)灌水排水的要求差異很大。要實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的灌水與排水，獲取田間水分信息是基礎(chǔ)。

FDR（頻域反射法）、TDR（時(shí)域反射法）和SWR（駐波率法）是國(guó)內(nèi)外常用的土壤含水率檢測(cè)方法。前兩者測(cè)量精度比較高，但是成本也高，需數(shù)千至數(shù)萬(wàn)美元一臺(tái)。SWR在小區(qū)域內(nèi)應(yīng)用具有成本低的優(yōu)勢(shì)，但在大區(qū)域應(yīng)用時(shí)成本依然偏高[76]。目前大部分水分傳感器還不能實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，且能耗過(guò)高[77]。

針對(duì)這些問(wèn)題，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)研制了車(chē)載式和田間移動(dòng)式土壤水分、壓實(shí)復(fù)合傳感器。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制了基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的水層高度及土壤含水率傳感器，可在稻田有水時(shí)測(cè)定水層深度，無(wú)水層時(shí)測(cè)定土壤含水率，測(cè)量誤差在±5%以內(nèi)[78]。但是其節(jié)點(diǎn)壽命不夠長(zhǎng)，且應(yīng)用規(guī)模還比較小。因此，在田間水分信息快速獲取無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面，仍需要在傳感器能源、傳輸協(xié)議以及協(xié)調(diào)簇首、基站、短信網(wǎng)關(guān)、計(jì)算機(jī)控制中心等角色的拓?fù)淠Ｐ秃腕w系結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行深入研究[79]，研制使用壽命長(zhǎng)、生產(chǎn)成本低、傳輸距離遠(yuǎn)、測(cè)量范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)的田間水分信息快速獲取裝置。

5.2滴灌、微噴灌

農(nóng)業(yè)灌溉是通過(guò)人工或自動(dòng)控制方式進(jìn)行灌溉，為作物生長(zhǎng)營(yíng)造適宜的水環(huán)境[80]。中國(guó)傳統(tǒng)的灌溉方式用水量大，造成了嚴(yán)重的水資源浪費(fèi)[81]。采用如滴灌和微噴灌的先進(jìn)灌溉方式是減少農(nóng)業(yè)灌溉用水浪費(fèi)的有效手段。

5.2.1滴灌

滴灌是目前世界上較為先進(jìn)的灌溉技術(shù)。是實(shí)現(xiàn)節(jié)水、節(jié)肥、增產(chǎn)、提高勞動(dòng)效率、改善土壤質(zhì)量等的有效手段，在中國(guó)大田作物生產(chǎn)中等到了廣泛應(yīng)用，被譽(yù)為當(dāng)前農(nóng)業(yè)技術(shù)的一次革命。早在1966年，中國(guó)在新疆進(jìn)行了膜下滴灌技術(shù)試驗(yàn)，采用這項(xiàng)技術(shù)，僅新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)八師一年就節(jié)水1.8×108m3[82]。目前，膜下滴灌技術(shù)已經(jīng)在中國(guó)海南、廣西、安徽、湖北、寧夏、內(nèi)蒙古、遼寧、黑龍江等省區(qū)開(kāi)始推廣。該項(xiàng)技術(shù)在中國(guó)累計(jì)推廣面積達(dá)6.667× 105hm2，節(jié)水50%左右，節(jié)約灌溉用水成本2.49萬(wàn)元/hm2[83]。膜下滴灌系統(tǒng)有效抑制了土壤的鹽堿化，使耕作層平均含鹽量降低1.85%。采用這項(xiàng)技術(shù)還可提高肥效30%～40%，節(jié)省勞動(dòng)力50%[83-84]。

但是，目前中國(guó)的膜下滴灌技術(shù)的配套技術(shù)還不完善，使用器材成本高、壽命短，技術(shù)使用還不規(guī)范。因此，進(jìn)一步完善配套技術(shù)，降低使用成本，延長(zhǎng)使用壽命，因地制宜地進(jìn)行推廣，是進(jìn)一步提高中國(guó)滴灌技術(shù)水平的重要發(fā)展方向。

5.2.2微噴灌

微噴灌技術(shù)是目前世界上對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行水分調(diào)節(jié)的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，主要適用于溫室蔬菜、育苗、花卉栽培或觀賞等對(duì)濕度有較高要求的作物[85]。該項(xiàng)技術(shù)灌水均勻，能有效省水、省肥、省時(shí)、節(jié)能，還能控制地溫，保持大棚內(nèi)溫、濕度恒定，減少病蟲(chóng)害發(fā)生，提高作物的產(chǎn)量與質(zhì)量，在設(shè)施農(nóng)業(yè)和特色農(nóng)業(yè)種植中應(yīng)大力推廣應(yīng)用。其中超微灌溉是微噴灌的一項(xiàng)新技術(shù)，利用微孔深灌將水分、營(yíng)養(yǎng)液直接輸送至作物根部，該系統(tǒng)可以根據(jù)作物的生長(zhǎng)規(guī)律進(jìn)行供水，即按照指定的時(shí)間、區(qū)域、強(qiáng)度、水量向作物供水，可節(jié)水40%～90%、節(jié)能20%～40%；降低化肥和農(nóng)藥用量，減少環(huán)境污染，有利于土壤改良和作物生長(zhǎng)[86]。

5.3水肥藥一體化灌溉技術(shù)

水肥藥一體化灌溉技術(shù)是將灌溉與施肥、施藥融為一體的先進(jìn)灌溉技術(shù)，其核心技術(shù)是借助壓力灌溉系統(tǒng)將可溶性固體或液體肥料及農(nóng)藥配兌而成的肥藥液與灌溉水一起均勻、準(zhǔn)確地輸送至作物根部土壤中，使根系同時(shí)吸收水分和養(yǎng)分[87]。目前大面積應(yīng)用的水肥一體化模式是重力自壓式施肥法，主要應(yīng)用于丘陵山地果園、茶園、林地等的施肥。周亮亮等設(shè)計(jì)的基于模糊控制的自動(dòng)灌溉施肥控制系統(tǒng)，通過(guò)智能控制灌溉施肥時(shí)間和施肥量，實(shí)現(xiàn)了節(jié)水和節(jié)肥灌溉[88]。李加念等設(shè)計(jì)了一種基于模糊控制、采用粗細(xì)2級(jí)調(diào)節(jié)的控制策略的肥液自動(dòng)混合裝置，最大濃度誤差為0.04%[89]。至2015年，水肥一體化技術(shù)在中國(guó)的推廣面積將達(dá)533.6萬(wàn)hm2以上，可節(jié)水50%以上，節(jié)肥30%，提高糧食作物產(chǎn)量20%，使經(jīng)濟(jì)作物畝節(jié)本增收600元以上[90]。

中國(guó)學(xué)者對(duì)水肥一體化系統(tǒng)的研究相比水肥藥一體化系統(tǒng)研究較多，但是，對(duì)于水肥藥一體化灌溉技術(shù)，中國(guó)目前沒(méi)有形成一套實(shí)用、科學(xué)的產(chǎn)品。灌溉、施肥與施藥配合的自動(dòng)化程度還很低，更沒(méi)有智能型交互式的控制系統(tǒng)。鑒于此，何青海等[91]設(shè)計(jì)了一種由灌溉系統(tǒng)、注肥系統(tǒng)、注酸系統(tǒng)、施藥系統(tǒng)、混合系統(tǒng)及控制系統(tǒng)組成的基于模糊控制的水肥藥一體化系統(tǒng)，該系統(tǒng)既可以獨(dú)立進(jìn)行灌溉、灌溉施肥和灌溉施藥，也可以實(shí)現(xiàn)水肥藥一體化灌溉。所設(shè)計(jì)的適用于營(yíng)養(yǎng)液混合的模糊控制器保證了混肥精度和實(shí)時(shí)性，使肥料和藥液隨適量的灌水進(jìn)入作物根系有效區(qū)域，減少了流失，有效提高了肥料和農(nóng)藥的利用率，減少了環(huán)境污染。

綜上所述，相比傳統(tǒng)方式，水肥藥一體化技術(shù)在節(jié)水、節(jié)肥、增產(chǎn)、省工省本、提高經(jīng)濟(jì)效益方面效果顯著。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在露天和設(shè)施栽培條件下采用該項(xiàng)技術(shù)，每平方米節(jié)水率可達(dá)30%～50%；節(jié)肥40%～50%?？墒构麍@增產(chǎn)15%～24%；節(jié)省投入300～400元/m2，增加收入300～600元/m2；使設(shè)施栽培增產(chǎn)17～28%，節(jié)省投入400～700元/m2，增加收入1 000～2 400元/m2，經(jīng)濟(jì)效益明顯[87]。因此，水肥藥一體化是中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的必然趨勢(shì)。但是在中國(guó)，該項(xiàng)技術(shù)尚不成熟，提高灌溉、施肥與施藥各環(huán)節(jié)配合的自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)智能交互式控制以及提高混肥、混藥精度，是該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)著重考慮和攻克的難題。中國(guó)學(xué)者應(yīng)在控制系統(tǒng)方面加強(qiáng)研究，以期在實(shí)現(xiàn)智能化控制的同時(shí)，提高各環(huán)節(jié)的配合程度、自動(dòng)化水平以及混肥和混藥精度。

6　結(jié)束語(yǔ)

促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展是中國(guó)面臨的重要任務(wù)與挑戰(zhàn)。提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平，對(duì)改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，增加農(nóng)產(chǎn)品供給和農(nóng)民收入，提高農(nóng)業(yè)資源利用率，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化和可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義[92]。世界上大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家在20世紀(jì)60年代先后實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械化，為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源的高效利用和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮了重要作用[93]。改革開(kāi)放以來(lái)，中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，為進(jìn)一步發(fā)揮農(nóng)業(yè)機(jī)械化在提高農(nóng)業(yè)資源利用率、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中的作用，建議：

1）進(jìn)一步加強(qiáng)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合，加強(qiáng)通過(guò)農(nóng)業(yè)機(jī)械化提高土、種、肥、藥、水等農(nóng)業(yè)資源高效利用的基礎(chǔ)理論研究，如合理耕層構(gòu)建，最佳播種量的基礎(chǔ)研究，深施肥，高效施藥和高效用水；

2）進(jìn)一步加強(qiáng)提高土、種、肥、藥、水等農(nóng)業(yè)資源高效利用的農(nóng)業(yè)機(jī)械化關(guān)鍵技術(shù)研究，攻克土、種、肥、藥、水等高效利用所需的農(nóng)情信息快速獲取技術(shù)以及精準(zhǔn)耕整、精準(zhǔn)種植、精準(zhǔn)施肥、精準(zhǔn)施藥、精準(zhǔn)灌溉等關(guān)鍵技術(shù)；

3）進(jìn)一步加強(qiáng)提高土、種、肥、藥、水等農(nóng)業(yè)資源高效利用的農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備制造的自主創(chuàng)新能力；

4）進(jìn)一步加強(qiáng)農(nóng)業(yè)機(jī)械化在提高土、種、肥、藥、水等農(nóng)業(yè)資源高效利用技術(shù)的推廣應(yīng)用。

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·農(nóng)業(yè)裝備工程與機(jī)械化·

Improving agricultural mechanization level to promote agricultural sustainable development

Luo Xiwen1,2, Liao Juan1, Hu lian1,2※, Zang Ying1,2, Zhou Zhiyan1,2
（1.Key Laboratory of Key Technology for South Agricultural Machine and Equipment, Ministry of Education, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China; 2.Southern Regional Collaborative Innovation Center for Grain and Oil Crops in China, Changsha 410128, China）

Abstract:Although great development has taken place in agricultural mechanization since reform and opening up, China still faces the big challenge in improving agricultural resource utilization as well as promoting the sustainable development of agriculture at present.As we all know, it is mainly the 5 factors, i.e.water, soil, fertilizer, pesticide and seed that affect sustainable development in the construction of China’s agricultural modernization.The overall development of agriculture in China will be impeded if the resource utilization stays low.There exist some phenomena: 1）the irrigation water use is 360 billion m3 each year, while canal-system water use efficiency is only 0.4～0.6; 2）high-quality cultivated land is lacking; 3）nitrogen use efficiency is about 30%～35%, which is 20% less than developed country; 4）pesticide utilization is merely about 30%, while leads to severe environmental pollution; 5）the demand of seeding quantity is high while there are shortage of high-quality seeds and serious waste of seeds.Accordingly, several technologies and machines in PA（precision agriculture）were put forward in this article so as to meet the requirement of agricultural sustainable development: precision irrigation, precision plow, precision fertilization, precision spraying, and precision sowing.By reviewing the researches at home and abroad, the current situation of PA was analyzed and thus the methods to achieve the 5 mentioned key technologies were presented.Meanwhile, some other suggestions were proposed to push the agricultural mechanization to play a greater and more important role on the utilization of agricultural resource and agricultural sustainable development: 1）further strengthen the combination of agricultural machinery and agronomy as well as the basic study of related theory; 2）carry out in-depth studies on key technologies of maximum utilization of agricultural resource, especially in precision irrigation, precision plow, precision fertilization, precision spraying, and precision sowing; 3）enhance the capacity of independent innovation, namely, the capability of equipment design and manufacture related to PA; 4）accelerate extensive application of precision agricultural machine and equipment.Above all, this paper has provided a scientific guide and policy direction for improving utilization of agricultural resource, promoting agricultural mechanization and agricultural sustainable development.

Keywords:agricultural machinery; mechanization; sustainable development; utilization ratio of agricultural resources; agricultural sustainability

通信作者：※胡煉（1984-），男，湖南長(zhǎng)沙人，博士，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械化、農(nóng)業(yè)電氣化與自動(dòng)化研究。廣州華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，510642。Email：lianhu@scau.edu.cn

作者簡(jiǎn)介：羅錫文（1945-），男，湖南株洲人，中國(guó)工程院院士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械化、農(nóng)業(yè)電氣化與自動(dòng)化研究。廣州華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，510642。Email：xwluo@scau.edu.cn

基金項(xiàng)目：廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2015A030310292）；國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題（2014BAD06B01）；廣東省省級(jí)科技計(jì)劃項(xiàng)目（2015B020206002）

收稿日期：2015-10-30

修訂日期：2015-12-16

中圖分類(lèi)號(hào)：S23

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-6819（2016）-01-0001-11

doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.01.001