深入探讨小麦农业机械自动化技术要点及优化应用实践

作者: 康宁 康英杰

农业作为国家发展的基础产业,其现代化水平直接关系到国家粮食安全和经济发展。小麦作为我国重要的粮食作物之一,其生产效率和产量的提升对于保障国家粮食安全具有重要意义。随着科技的进步,机械自动化技术逐渐渗透到小麦生产的各个环节,从播种、灌溉、施肥到收割,自动化技术的应用极大地提高了小麦生产的效率和品质。本文将从技术要点和优化应用实践两个方面,对小麦农业机械自动化技术进行深入探讨。

一、小麦农业机械自动化技术要点

1、精准播种技术

精准播种技术作为小麦农业机械自动化发展的基石,以先进传感技术,GPS定位系统以及智能控制系统为支撑,对小麦种子进行精准投放和科学管理。该技术不但关系着小麦种植起始阶段,而且对随后生长周期和最终产量也有着直接的影响。传统小麦播种时,农户常凭经验播种,很难实现对播种量,深度及行距的准确控制,造成种子浪费及出苗不均现象频繁发生。但精准播种技术是利用精密播种机械并结合土壤湿度,温度和质地的实时数据对播种参数进行自动调节,以保证每一粒种子能够在最合适的条件下扎根。另外,将GPS定位技术融入精准播种技术中,对播种路径进行准确的规划和记录,这样既可以帮助农户在以后经营过程中精准查找每块地播种情况,又可以为下季轮作计划制定提供科学依据。通过精准播种使小麦出苗率明显提高,长势更趋于一致,从而为小麦高产稳产打下坚实的基础。精准播种技术在实践中也与物联网技术相结合,对播种机械进行远程监控和故障诊断,农户可通过手机或者电脑等终端设备实时观察播种机械运行情况,并适时调整作业参数以保证播种作业有效开展。与此同时,物联网技术也可以采集和分析播种数据,给农业科研人员带来有价值的研究信息,促进小麦种植技术不断革新和发展。

2、智能灌溉技术

智能灌溉技术作为小麦农业生产的重要革新,以土壤水分传感器,气象监测站和智能控制系统等为依托,使小麦灌溉精准化,自动化和智能化。该技术是通过对土壤水分状况进行实时监测,并综合考虑小麦生长需水规律及当地气候条件等因素,对灌溉方案进行自动调节,以保证小麦生长期间获得适时,适量水分供应。

传统小麦灌溉模式下农户通常依靠经验或者固定灌溉周期,易导致水资源浪费或者灌溉不充分,以及智能灌溉技术,通过土壤水分传感器对土壤湿度进行实时监测,并在土壤湿度小于设定阈值后由智能控制系统自动启动灌溉设备并按预设灌溉量灌溉。同时智能灌溉系统可以根据气象数据预测出未来的天气变化情况,并对灌溉计划进行预先的调整,从而应对干旱和降雨等恶劣的天气条件。智能灌溉技术不仅在精准灌溉方面具有优势,在节水方面也具有显著效果,通过对灌溉量及灌溉时间的准确控制,减少水资源的不必要浪费并提高灌溉效率。另外智能灌溉系统可以减轻农民劳动强度和生产效率,农户仅需要借助智能终端设备即可实现灌溉设备远程监控和管理,而不需要亲临田间地头开展灌溉作业。智能灌溉技术在实践中,也融合物联网和大数据等先进技术对灌溉数据进行实时获取,分析和处理,对灌溉数据进行深度挖掘和分析,农业科研人员能够更精准地把握小麦生长期间水分需求规律,从而为更科学、更合理灌溉方案的制定提供强有力的支撑。与此同时,智能灌溉技术也能够为农业管理部门实时监测灌溉用水量,有利于强化对水资源的管理和保护。

3、变量施肥技术

变量施肥技术以土壤养分监测设备,作物生长监测传感器和智能施肥控制系统为基础,是小麦农业机械自动化技术中另一个重要内容,实现小麦在生长期间对肥料精准施放和科学管理。该技术通过对土壤养分含量及小麦生长需求进行实时监控,实现施肥量,施肥时间及施肥方式的自动调节,保证小麦生长期间营养供给平衡充分。传统小麦施肥时,农户通常依靠经验或者固定施肥方案,很难实现对施肥量的准确把控,造成化肥浪费和土壤污染现象频繁发生。变量施肥技术利用土壤养分监测设备来实时追踪土壤中的氮、磷、钾等关键营养元素的含量,并结合小麦的生长需求模型,自动确定最适合的施肥量。同时该智能施肥控制系统可根据小麦不同生长阶段及土壤环境条件等因素对施肥方案进行动态调节,以保证小麦生长期间能够获得连续平衡的营养支持。变量施肥技术具有精准性、高效性、环保等优点,通过精准施肥降低化肥浪费及土壤污染风险并提高肥料利用率。同时变量施肥技术也可以根据小麦的生长需要实现个性化施肥,以适应小麦不同生长阶段所需营养的差异,从而促进小麦的健康成长与高产、稳产。

4、自动化收割技术

自动化收割技术作为自动化技术在小麦农业机械中的一项重要内容,正以优异的性能,有效的作业能力以及智能的管理方式在小麦收获领域引领一个崭新的时代。该技术不但提高了小麦收割效率和准确性,而且显著减轻农民劳动强度,给现代农业可持续发展带来强大动力。传统小麦收割作业给农户带来了很多挑战:收割时间紧,劳动强度高,收割损失不易控制。而自动化收割的产生从根源上解决了上述问题。通过综合运用先进传感技术,自动控制技术,信息处理技术和人工智能算法等技术,自动化收割机可以独立完成麦田入田,路径规划和作物识别等功能、精准收割至卸载入库整个过程实现小麦收割全流程自动化和智能化。自动化收割机具有智能化高,精准性强等核心优点。首先在GPS定位系统和激光测距技术的辅助下,收割机可以精确识别麦田边界并自动规划出最优收割路径以保证收割作业有序完成。同时利用图像识别和作物成熟度检测技术,实现收割机对小麦成熟程度的准确识别,从而避免因过早或过迟收获而造成品质下降和产量损失。收获时收割机可根据小麦生长状态和土壤条件自动调节割刀高度,速度和收获宽度,保证了收获作业准确高效进行。除智能化和精准性外,自动化收割技术在效率方面也有明显优势,与传统人工收割或者半机械化收割模式相比较,自动化收割机可以显著提高收割速度和减少收割周期,这样既有利于农户对小麦进行适时抢收,降低了由于天气变化造成损失的风险,又能为粮食的后续贮存,加工和销售赢得宝贵的时间。同时自动化收割机故障率和维护成本也比较低,可以在多种复杂环境下长时间稳定工作,给农业生产带来了可靠保证。另外自动化收割技术对农业资源合理利用和环境保护也具有促进作用,采用精准收割和降低损失的方式,自动化收割机可以将小麦营养价值和质量最大程度地保存下来,降低了由于收割不当造成资源浪费。与此同时,自动化收割技术也可以减少农业生产对于人力,物力以及能源等方面的依赖性,降低农业生产中碳排放以及环境污染,助力建设绿色,可持续现代农业体系。

二、小麦农业机械自动化技术优化应用实践的方法

1、提高技术普及率—促进自动化技术广泛应用

提升小麦农业机械自动化技术普及率是农业现代化和农业生产效率提升的关键环节,为推进这一目标,必须采取一系列有效和切实的举措。

①强化政策引导和支持是重点。政府应该通过财政补贴、税收减免、贷款优惠等系列优惠政策,鼓励农户购置并使用小麦农业机械自动化设备。同时加强农业机械自动化技术宣传,采取开办培训班和现场演示会的方式,提高农户对于新技术的了解和接受程度。另外,还构建了一套完整的技术服务系统,从技术咨询、设备维护和故障排除方面对农户进行全方面扶持,以保证新技术能成功落地,起到事半功倍的效果。

②加强技术培训和普及也是技术普及率提高的一个重要手段。根据农民技术水平良莠不齐的实际情况,要组织专业技术人员到农村第一线进行各种技术培训活动,采用理论讲解、实践操作和案例分析相结合的方法,以帮助广大农户掌握小麦农业机械自动化的基本原理、操作方法和维护保养技巧。与此同时,借助互联网和手机APP等新媒体平台发布技术信息,交流经验心得,建立线上与线下结合的技术推广网络。

③要抓好示范引领和典型带动,在小麦主产区设立若干农业机械自动化技术应用示范基地或者示范户,以展现新技术产生的实际利益和优势,调动周边农户采纳新技术的热情。同时对技术应用工作成绩显著的个人或者组织进行表彰奖励、树立典型,产生良好示范效应和带动效应。通过采取上述措施,小麦农业机械自动化技术普及率可望明显提高,促进农业现代化进程。

2、优化设备配置—提高小麦农业机械自动化技术作业效率

优化设备配置对促进小麦农业机械自动化技术作业效率提高具有十分重要的意义,鉴于目前小麦农业机械中存在的自动化设备分配不合理、利用率低的现状,要根据地区特点和作物需求,合理选用设备类型和规格。不同区域小麦生长环境,种植模式以及气候条件等都有差别,所以要结合实际情况来选择合适农业机械自动化设备。例如,平原地区可以选择大型联合收割机,来提高收割效率;在丘陵山区,宜于选择适应复杂地形的小型,灵活装置。同时根据小麦生长周期和成熟度,合理配套播种机,灌溉设备和施肥机械等功能各异的机具,实现全程机械化作业。强化装备之间协同作业和信息共享,小麦的农业机械自动化设备并不是孤立的,需要与其他的设备或系统合作,以实现最大的效益,所以要加强设备之间信息共享和协同作业等方面的研究和探索。通过搭建农业物联网平台或者采用大数据分析技术等方式,实现装备之间互联互通和信息共享,增强操作协同性和精准性。比如通过无人机开展田间巡查和病虫害监测工作,将结果实时传送到地面设备或者云端平台上为精准施药和灌溉提供数据支撑。最后要重视对该装置的检修和维护,保证该装置能够长时间稳定地工作,小麦农业机械自动化设备,在运行过程中会受各方面因素影响,出现磨损或者失效等问题。所以,要建立起一套完整的设备维护和保养制度,并经常对其进行巡检:维护和保养。同时加强农户设备维护保养知识的培训,以提高其设备使用和管理水平。通过采取上述举措,可望促进小麦农业机械自动化技术作业效率和稳定性的提高,从而为农业生产提供更强有力的支撑。

3、加大技术研发和创新力度—促进小麦农业机械自动化技术不断提高

强化技术研发和创新,是促进小麦农业机械自动化技术不断向前发展的基本力量,要想保持技术领先地位,适应农业生产日益变化的要求,就必须继续加强技术研发和创新。其中要确定技术研发的方向和目标,根据现阶段小麦农业机械自动化技术发展中出现的问题和不足,要对其进行深入地分析和研究,确定技术研发方向和目标。比如对于装备智能化程度不足的情况,可强化人工智能和机器视觉等先进技术对装备的研究;鉴于该装置适应性较差,可进行多环境适应性研究,增强其广泛适用性。与此同时,紧密跟踪国际农业机械自动化技术发展的动态和动向,对先进技术成果进行及时跟踪和介绍。同时,增加研发投入和人才培养,技术研发对资金投入和人才支持提出了更高要求。所以,要积极寻求国家科技计划项目支持,增加企业自身研发投入;在加强同高校和科研院所及其他单位合作交流的同时,联合进行技术研发和创新。另外还应该重视人才的培养和引进,并通过建立专项基金和提供良好的工作环境和待遇来吸引更多的人才投入到农业机械自动化技术研发和创新的事业中。之后是技术创新体系和激励机制的建立和完善,为调动广大科技人员创新热情和创造力,需建立和完善技术创新体系和激励机制。例如,可建立技术创新奖励制度,表彰和奖励为技术研发和创新工作作出卓越贡献的个人或者队伍,同时,强化知识产权保护工作,保障技术创新成果的切实保护和应用推广。通过采取这些举措,可望促进小麦农业机械自动化技术不断进步和创新发展,给农业生产带来更先进,更有效的技术支持。

4、促进智能化发展—引领小麦农业机械自动化技术发展新纪元

促进智能化发展是我国小麦农业机械自动化技术走向未来发展的必然趋势。智能化既意味着科技的深度融合和革新,也代表了农业生产方式发生了根本性变革。要使小麦农业机械自动化技术向智能化方向发展,必须在如下几方面入手:

①深入推进人工智能和农业机械融合运用。人工智能,作为当下科技研究的焦点,在农业机械自动化这一领域具有巨大的应用潜力。通过融合机器学习和深度学习的先进算法,能够让小麦农业机械拥有更强大的自主学习和决策能力。如采用机器视觉技术对小麦生长状态进行实时监控和病虫害智能识别,利用大数据分析对播种,灌溉和施肥的作业策略进行优化,从而达到精准农业管理的目的。增加这些智能功能将大大提高小麦农业机械自动化水平和作业效率,减少人力成本,增加农业生产效益。

②智慧农业生态系统建设。智慧农业生态系统作为智能化的高级发展阶段,融合物联网、云计算和大数据等多技术对农业生产过程进行智能管理。在小麦农业机械自动化方面,可建设以物联网为核心的智慧农机管理平台对装备进行远程监控、故障诊断和预测性维护。同时利用云计算平台对农业资源信息进行集成,为农户提供准确气象预报、土壤墒情监测和市场需求预测。提供这些服务有利于农户科学决策和合理安排生产活动,增强农业生产抗风险和市场竞争力。

综上所述,在小麦农业机械中应用自动化技术是农业生产效率以及产量提升的重要手段,小麦农业机械自动化技术在农业生产中的开发以及应用既是农业现代化实现的一个重要指标,更成为促进农村经济转型升级和乡村振兴战略实施的重要动力。通过对精准播种、智能灌溉、变量施肥以及自动化收割进行优化运用实践,能够显著提高小麦生产效率与质量,助力我国农业现代化发展。

(作者单位:1.265400山东省招远市泉山街道办事处;2.265400山东省招远市农业技术推广中心)

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