农业机械自动化在现代农业中的具体应用及发展趋势论述
作者: 王泽峰
随着全球人口数量的不断增多,人们对农产品的需求越来越高,对农产品质量安全也愈加关注,传统农业正面临着较大的冲击和挑战。在科学技术高速发展的背景下,农业技术也得到创新与发展,农业机械自动化技术在农业生产中的应用频率越来越高,使得传统农业也在朝着现代农业的方向不断发展。但是,从整体上来看,农业机械自动化发展过程中也面临着许多的问题,需要多方共同引导和努力,这样才能够使农业机械自动化得到持续且稳定的发展,并在现代农业中更加广泛的应用发挥其应用价值。本文将从农业机械自动化概述、农业机械自动化在现代农业中的应用意义、农业机械自动化在现代农业中的具体应用以及农业机械自动化在现代农业中的发展趋势四个方面进行分析和论述。
一、 农业机械自动化概述
农业机械自动化是指通过计算机、机械等现代科技手段,实现对农业生产各项活动的自动化控制与管理,可实现农业自动化生产。尤其在社会高速发展下,人们对农作物的需求和要求越来越高,传统人力劳动已经无法支撑当前农业大规模生产,引入农业机械自动化技术具有一定必要性。农业机械自动化技术能够自动完成土地翻整、土壤检测、播种、施肥、灌溉、收获、清洁等工作,通过对农作物生长发育需求、实际情况以及当地环境条件数据信息进行获取和分析的基础上,可对农业生产过程中各环节的作业进行自动化操作和调节,在现代农业发展中取得显著效果。
二、 农业机械自动化在现代农业中的应用意义
1、有助于提高农业生产水平
我国作为农业大国,具有较长的农业发展历史,农业经济在我国国民经济中也占据重要地位。而在传统农业生产活动中,因为农户缺乏先进的理念和技术,导致其通常都是以人工完成农业生产各环节工作为主,面临着较大的农业生产负担和压力,尤其是针对生长周期较长的农作物,其在生长发育的过程中会受到许多因素的影响,影响其健康生长,这就需要农户花费较多的时间对其进行观察和管理。而农业机械自动化技术的应用,可以取代人工完成农业生产作业,可以对农作物的生长发育环境和状况进行自动化监测,结合实际情况完成各项操作。
2、有助于保护农村生态环境
在我国农业高速发展期间,我国也在加强生态文明建设,但是,农业生产过程中难免需要使用农药和化肥,会对生态环境产生影响,若没有对农药和化肥的用量进行控制,会对生态环境造成更加严重的破坏。而农业机械自动化技术的应用还可以实现自动施肥和自动施洒农药,可以结合当地的病虫害情况以及农作物所需营养情况进行化肥的合理施加以及农药的合理施洒,可减少农药和化肥的用量,降低对生态环境的破坏。
3、有助于促进农业持续发展
农户作为农业生产活动主要操作人员,其种植水平和管理水平会对农业生产的质量和效率产生影响。而农户的受教育水平普遍较低,在农业生产理念上和技术上也比较落后,十分容易出现因操作不当而导致农作物质量不佳或是产量减少。而农业机械自动化技术的推广和应用,可以对农户的种植管理理念进行更新,不但可以保障农作物的质量,增加农作物的产量,还可以促进农业的可持续发展。
三、 农业机械自动化在现代农业中的具体应用
1、农业机械自动化在整地阶段的应用
①平整和松土
在传统农业发展的过程中,土地平整和松土作业通常需要较多人花费较长的时间才能够完成,而农业机械自动化技术的应用,能够在技术的支持下自动平整土地和松土,不仅节约较多的人力成本,还可以提高平整和松土环节的作业效率。自动化平整土地主要借助激光或GPS导航系统,可以对土地表面存在的高低差异进行检测,并借助液压系统对机械作业深度进行自动化调整,进而使土地变得均匀平整。而自动化松土主要利用自动松土机刀具和锄头的旋转和振动,起到快速打散土壤的作用,可以对土壤的结构进行改善,使土壤的透气性和透水性得到提升。
②湿度控制
在农业生产的过程中,湿度控制是一项较为复杂的工作内容,也可以借助农业机械自动化技术对农田内空气湿度进行监测,并将其调节到适宜的湿度。比如,农户可以在田间安装传感器,对空气湿度和土壤的湿度进行实时监测,对当地的气候条件进行掌握,并将相关数据信息与湿度控制系统进行连接,使其自动对田间的灌溉设备进行控制。在灌溉设备中,可引入控制器,按照提前设定好的参数和需求,对水分的供给量进行定制,进而使农田的湿度保持在合理的范围内。
③自动排水
在现代农业发展的过程中,农业机械自动化技术还可体现在自动排水系统上,农户可以在农业生产的过程中,利用自动排水系统及时将田间的积水排除,避免田间积水过多,影响农作物的生长发育。具体来讲,可以利用传感器、泵浦等设备,一旦田间土壤中的水分超过提前设定好的阈值,自动排水系统就自动启动,将田间多余的水分排出,让土壤中的水分保持在合适的数值,可为农作物的生长发育创造良好的条件。
④除草
在传统农业发展中,除草工作通常需要较多的人力和时间完成,而在现代农业发展中,可以利用图像识别建立自动化除草系统,使农业机械自动化设备对杂草进行识别和清除,这样不仅可以避免付出较多的人力和时间,还可以降低人工除草出现的失误,提高除草的准确度。而自动化除草机械需要配备摄像头和图像处理算法,摄像头需要为高清摄像头,可以对农作物和杂草有效识别,并对杂草所在的位置进行定位,并按照提前设定好的除草方法,采用机械臂、振动刀、喷雾器等工具精细化除草。除此之外,还有部分先进的自动化除草机可以采用机器学习技术,对杂草样本进行学习,并对田间的杂草进行识别和分类,可以使除草更加高效,也更具适应性。
2、农业机械自动化在种植阶段的应用
在农业种植阶段当中,农户可以利用农业机械自动化技术实现精准播种、施肥和灌溉,减少人力投入,加快工作进度,还可以将肥料和水源应用到合适的时期,避免资源浪费,也可降低农业生产对生态环境的影响。
①自动播种
以往手工播种的播种方式十分容易出现播种不均匀或是种子浪费的问题,对农业机械自动化技术进行应用,可以实现自动定量、定点播种,不但可以保证播种的均匀性,还可以节省种子资源,为农户节省农业生产的成本。自动播种机配备了种子投放装置和传感器,可以结合提前设定好的种子间距和播种深度,将种子自动投放到土壤当中,而GPS导航系统的应用还可以使播种的准确性得到提升,防止自动播种机出现重复播种的情况。除此之外,还有部分自动播种机可对种子进行自动化处理,包括但不限于涂抹种子保护剂、施加生物刺激剂等,这些行为可以使种子的抗病性得到提升,也能够提高种子的发芽率。
②自动施肥
在现代农业生产的过程中,施肥作业也是一项重要的任务,合理施肥可以确保农作物的营养需求得到满足,并使其健康生长发育。而农业机械自动化技术的应用,可以对土壤中的营养成分含量以及农作物生长发育过程中对营养成分的需求进行计算,并对需要投放肥料的类型以及投放量进行计算,可以实现合理施肥,尽量避免肥料投入过度,对生态环境产生不利影响,也可避免肥料投入不足,导致农作物的生长发育受到阻碍。自动化施肥机中通常配备传感器和控制器,可以对土壤中营养成分的含量进行计算,并结合农作物的生长发育阶段和状况,自动选择合适的肥料以及合适的投放量,完成肥料的精准投放。除此之外,还有部分先进的自动施肥机可以基于地理信息系统和农田土壤养分数据库,加强施肥管理的精细化程度,对土壤进行区块划分,对农作物的需求进行了解,进而制定出更加合理的施肥方案。
③自动灌溉
在农作物生长发育的过程中,水分是农作物最基本的需求,农业机械自动化技术的应用,能够对土壤的湿度以及当地气候条件进行监测,并结合农作物对水分的需求,对灌溉系统进行自动化控制,为农作物供应充足的水分,可对水资源进行合理利用。自动化灌溉系统通常会配备土壤湿度传感器,并与当地气象站进行连接,可以对当地土壤的湿度进行监测,并了解当地降雨量信息,便于结合土壤湿度和降雨量对灌溉的时间和水量进行控制。在对自动灌溉机进行应用的过程中,需要结合提前设定好的湿度阈值和农作物不同生长发育阶段对水资源的需求,对灌溉的时间、强度以及频率等进行自动化调整,这样可以将农田的湿度控制在合理的范围之内。此外,部分先进的系统还可以结合气象预报数据对灌溉决策进行制定,完成灌溉计划的提前规划,并结合降水量变化情况对灌溉计划进行调整。
3、农业机械自动化在收获阶段的应用
将农业机械自动化技术应用到农作物收获阶段,可以使农户更加及时且快速地完成农作物的收获、脱粒以及清洁等作业,可使农作物的质量和产量得到提升。
①自动收获
在以往的农作物收获环节中,手工收获所需的时间比较长,工人收获的效率也比较低,在收获的过程中还会引起质量上的问题。在现代农业发展中,农业机械自动化收获系统的使用,可以对农作物的生长状态进行自动化识别,并对其进行及时收获,不但可以提高农作物收获的效率,还可以保证农作物的质量。自动收获机上通常配备摄像头和传感器,对农作物的生长发育情况以及成熟度进行监测和判断,根据提前设定好的收获条件完成收获作业。自动收获机具有高速切割工具,可以对农作物进行快速切割,使农作物收获的速度加快。在对自动收获机进行应用的时候,自动化收获系统中还可引入导航技术,对自动收获机的行走路径进行提前规划,可以防止自动收获机在收获的过程中对农作物造成破坏,或是出现能耗上的浪费。如此一来,农户不但可以在较短的时间内完成农作物的收获,也能够减少人工劳动成本和能耗成本,使农户的经济效益得到提升。
②自动脱粒
在农作物收获后,脱粒工作则是后续一项重要的工作内容,以往的脱粒工作需要人工完成,而在现代农业中,农业机械自动化技术的应用可以实现自动脱粒,可以加快脱粒的速度,也可避免消耗较多的人力资源和成本。自动脱粒机通常配备传感器和控制系统,可以结合农作物的成熟度对脱粒的参数和速度进行自动化调整,最大程度上确保脱粒的效果。此外,还有部分先进的系统能够实现自动化精选和分级,可根据农作物的质量对其进行分级,并独立贮存,以满足不同人群对农作物质量的需求。
③自动清洁
在收获与脱粒作业完成后,需要对农作物的残渣和杂质进行清理,农业机械自动化技术的应用,可以实现自动化清理,提升清洁的效率。自动清洁装置通常配备吸尘设备和清扫设备,可以对农作物残渣、杂草等进行快速清理,使田地保持清洁。部分先进系统还可对田间的杂物进行分类处理,并对可充分利用的资源进行回收利用,这样不但可以降低农业生产对土壤和环境造成的污染,还可实现现代农业生产资源的循环利用,促进现代农业的可持续发展。
四、 农业机械自动化在现代农业中的发展趋势
1、更加重视计算机视觉技术的应用
现阶段,在我国现代农业发展模式下,为了可以保持现代农业发展的方向,我国需要对农业机械自动化技术进行深入的研究,并对农业机械自动化及时进行创新与优化,对其中存在的劣势进行改善。未来,农业机械自动化在现代农业中的发展,会愈加重视计算机视觉技术的应用,其不单单是促进现代农业高速发展的重要渠道,也是农业机械自动化发展的主要研究方向。结合现代农业发展状况对计算机视觉技术进行科学的应用,可以对农业生产活动进行精准定位,对农业生产过程中出现的问题进行改善和解决,充分发挥计算机视觉技术的功能,对农业生产中的异常问题和突发情况进行判断和掌握,并采取科学的手段对其进行处理,在减轻农户农业生产压力的同时,也可以使农业生产更具自动化特点。
2、更加重视智能机械自动化的应用
目前,我国现代农业发展过程中对农业机械自动化技术的应用,通常都是提前设置参数,并使自动化设备按照参数完成农业生产活动,但自动化设备在此过程中无法对突然发生的情况进行处理,会对现代农业生产和农业发展起到阻碍作用。面对这一情况,我国未来需要将研究的重点放在人工智能技术与农业机械自动化技术的融合上,通过构建智能模型的方式,提升农业机械自动化设备的智能性,使其具备应对突发事件的能力,使其对农业生产活动的操作和计划进行自动调整,可满足现代农业生产的实际需求和要求。
3、需要促进多元化与协调化方向发展
在未来很长一段时间内,农业机械自动化发展都是主要的发展方向和趋势。而农业机械自动化发展过程中包含的学科较多、专业性较高,为了使农业机械自动化技术得到高速发展,相关部门技术人员需要将当前先进技术引入到农业机械自动化当中,发挥各种先进技术的优势作用,构建一体化体系,实现农业机械自动化设备的设计、生产、制造、销售等环节的融合,结合农业机械自动化设备的使用情况,对其设计进行优化,并加大生产,这样可以使农业机械自动化技术得到多元化与协调化发展。
4、需要朝着绿色、环保方向发展
近年来,在可持续发展理念的影响下,现代农业在发展的过程中也需要遵循这一理念,朝着绿色、环保的方向发展,在对农业机械自动化技术进行应用、对农业机械自动化设备进行研发的过程中,需要将可持续发展理念融合其中,不仅需要保证农业机械自动化设备生产、制造过程的绿色环保,还需保证农业机械自动化设备在使用过程中能耗降低,且可以起到节约资源和保护环境的功能作用。此外,政府部门也需要对农业机械自动化设备的生产和应用进行监督,对设备制造过程中各种材料的应用、设备功能价值等内容进行检查,以免对生态环境造成严重的污染和破坏。
综上所述,在现代农业发展的过程中,农业机械自动化技术的应用在其中发挥着重要的作用,但是因为受到多重因素的影响,导致部分地区在农业机械自动化技术应用和推广方面具有较多的问题。为了更好地解决这一问题,相关部门需要加大农业机械自动化技术的推广力度,并鼓励技术人员对其进行创新,借此提高我国农业生产水平,促进我国现代农业发展。
(作者单位:246500安徽省安庆市宿松县农业综合行政执法大队)