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羅錫文：對我國農機化科技創(chuàng)新的思考
編者按：2018年底，國務院印發(fā)《關于加快推進農業(yè)機械化和農機裝備產(chǎn)業(yè)轉型升級的指導意見》。為認真貫徹學習國務院文件精神，加快推進農機化科技創(chuàng)新，現(xiàn)將中國工程院羅錫文院士撰寫的《對我國農機化科技創(chuàng)新的思考》文章刊發(fā)，供各地學習參考。
對我國農機化科技創(chuàng)新的思考
中國工程院院士 羅錫文
習近平總書記在2018年兩院院士大會上指出，“當前，我國科技領域仍然存在一些亟待解決的突出問題”，“我國基礎科學研究短板依然突出”，“關鍵核心技術受制于人的局面沒有得到根本性改變”。學習習總書記的重要講話，研判我國農業(yè)機械化發(fā)展現(xiàn)狀，我們清醒地看到，雖然我國農業(yè)機械化取得了長足進步，但與發(fā)達國家相比，還有很大的差距，還有很多短板和薄弱環(huán)節(jié)，很多關鍵核心技術還受制于人。為促進我國農業(yè)機械化又好又快地發(fā)展，我們比歷史上任何時期都需要增強農機科技創(chuàng)新的能力，我們要“把握大勢，搶占先機，直面問題，迎難而上”，為我國農業(yè)機械化發(fā)展提供高質量科技供給，著力支撐現(xiàn)代農業(yè)建設。
一、我國農業(yè)機械化取得的主要成就
2004年是我國農業(yè)機械化發(fā)展歷史上**重要的一年。2004年11月1日，全國人大頒布實施了《中華人民共和國農業(yè)機械化促進法》(以下簡稱《促進法》)，在我國的農業(yè)機械化發(fā)展中發(fā)揮了重要的引領保障作用。2004年我國正式啟動農機購置補貼政策，當年中央財政安排補貼資金0.7億元，2015年中央財政安排補貼資金237.5億元，是2004年的237倍。在《促進法》和農機購置補貼政策的推動下，我國農業(yè)機械化取得了快速發(fā)展。
(一)農機裝備總量增加，結構優(yōu)化
2016年全國農機總動力達到了9.7億千瓦，比2004年增加4.7億千瓦，增長94%；裝備結構加快向大馬力、多功能、高性能方向發(fā)展，大中型拖拉機、聯(lián)合收獲機、水稻插秧機保有量分別超過645萬臺、190萬臺和77萬臺，分別是2004年的5.8倍、4.7倍和14.8倍。經(jīng)濟作物、畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖、林果業(yè)及農產(chǎn)品初加工機械保有量快速增長。
(二)農機作業(yè)水平大幅提高
2016年全國農作物耕種收綜合機械化水平達到65.2%，比2004年提高31個百分點。三大糧食作物耕種收綜合機械化率均超過75%，小麥生產(chǎn)基本實現(xiàn)全過程機械化。水稻機械種植、收獲水平分別從2004年的6%和27%提高到2016年的45%和87%，玉米機收水平從2%提高到67%。以農機為載體，精量播種、化肥深施、高效植保、低損收獲和秸稈還田等增產(chǎn)增效型技術迅速推廣，保護性耕作和深松整地面積分別超過1.3億畝和1.6億畝，進一步挖掘了糧食增產(chǎn)潛力，增強了農業(yè)抗災能力。
(三)農機社會化服務蓬勃發(fā)展
截至2016年底，全國農機化作業(yè)服務專業(yè)戶和農機合作社等各類服務組織數(shù)量分別超過505萬個和6.3萬個，涌現(xiàn)了一大批懂技術、會操作、善經(jīng)營的農機能手，農機化經(jīng)營總收入達到5388億元，利潤總額達到2066億元。農機社會化服務已成為農業(yè)社會化服務的突出亮點，緩解了青壯年勞動力外出務工對農業(yè)生產(chǎn)帶來的不利影響，促進了土地流轉和規(guī)模經(jīng)營，提高了農業(yè)集約化水平和組織化程度。
(四)帶動農機工業(yè)振興發(fā)展
受農機購置補貼政策等多方面的拉動，我國農機產(chǎn)銷兩旺，帶動農機工業(yè)快速發(fā)展，農機工業(yè)總產(chǎn)值連續(xù)10年保持兩位數(shù)增長，從2004年的854億元增加到2016年的4516.39億元，位居世界第一。目前，我國農機產(chǎn)業(yè)集群初步形成，科技含量、產(chǎn)品質量和售后服務水平不斷提高，主要農機產(chǎn)品基本滿足主要糧食作物生產(chǎn)機械化的需要。
二、我國農業(yè)機械化存在的差距與主要問題
(一)我國農業(yè)機械化存在的差距
雖然我國的農業(yè)機械化取得了長足進步，但是，與發(fā)達國家相比，在農業(yè)機械化水平、農機裝備制造水平、產(chǎn)品可靠性和農機作業(yè)效率等方面我國還有很大差距。
1.農業(yè)機械化水平
2016年我國農作物耕種收綜合機械化水平為65.2%，而世界上主要發(fā)達國家在20世紀50～80年代相繼實現(xiàn)了全面機械化。美國于1946年基本實現(xiàn)了農業(yè)機械化，1954年全面實現(xiàn)了農業(yè)機械化；加拿大和原西德在20世紀60年代末期全面實現(xiàn)了農業(yè)機械化；與我國農業(yè)生產(chǎn)情況相似的日本和韓國也分別于1982年和1996年全面實現(xiàn)了農業(yè)機械化。
2.農機裝備制造水平
拖拉機和收獲機是兩種代表農業(yè)機械設計和制造水平的典型產(chǎn)品。與美國相比，我國差距較大。拖拉機方面，美國于1970年開始釆用動力換擋技術，而我國是2014年研發(fā)，相差44年；美國于1961年開始釆用閉心式液壓系統(tǒng)，而我國是2010年，落后39年；美國于1980年生產(chǎn)了250馬力拖拉機，而我國2015年才生產(chǎn)240馬力拖拉機，晚了35年。收獲機方面，美國在1976年開始生產(chǎn)縱軸流谷物聯(lián)合機，而我國是35年后的2011年；美國1979年就有了割幅6米、發(fā)動機功率230馬力的谷物聯(lián)合收割機，我國在2013年才生產(chǎn)割幅5.3米、發(fā)動機功率220馬力的收割機，相差34年。
3.產(chǎn)品可靠性
上世紀八十年代意大利菲亞特公司拖拉機的平均故障間隔時間(MTBF)指標是350小時，而我國某大型農機企業(yè)的拖拉機MTBF指標2017年才達到330小時，落后30～40年。
4.農機作業(yè)效率
2016年我國田間作業(yè)畝均動力0.41kW，美國畝均動力0.06～0.07kW，我國是美國的5.8～6.8倍；發(fā)達國家農機動力機械與作業(yè)機具之比為1:(3～6)，而我國平均只有1:1.6，說明我國的農機作業(yè)效率和綜合利用率不高。
(二)我國農業(yè)機械化存在的主要問題
受我國國情、資源稟賦和傳統(tǒng)農耕文化的影響，不同區(qū)域的耕作制度和生產(chǎn)習慣差異大，面對現(xiàn)代農業(yè)建設“調結構、轉方式”的新要求，農業(yè)機械化基礎研究與關鍵技術研究薄弱，技術集成度不夠，可持續(xù)發(fā)展能力弱，已經(jīng)成為制約我國農業(yè)轉型升級的“短板”和瓶頸。
1.研究基礎薄弱
農機化科研基礎數(shù)據(jù)積累不夠，土壤、作物(動物)和機器互作機理研究不足，現(xiàn)代農業(yè)生產(chǎn)和健康養(yǎng)殖新工藝設計理論缺乏，原創(chuàng)性重大突破少，難以滿足我國地域多樣性、作物多元化、農藝復雜性和可持續(xù)發(fā)展的需求。
2.技術模式不明確
例如，在耕作方面，無論土壤類型、水田旱田和丘陵平原，現(xiàn)在全國大都采用旋耕，犁耕、深松和免耕等耕作方式?jīng)]有優(yōu)化組合，造成土壤耕層“淺實少”，有機質低且分布不均勻；在種植方面，水稻插秧與直播、油菜移栽與直播、玉米種植平作與壟作等，不同地區(qū)宜采取何種種植方式，缺乏科學論證；在收獲方面，油菜、馬鈴薯的分段收獲與聯(lián)合收獲、甘蔗整稈收獲與切斷收獲、牧草刈割與飼草青貯致密收獲等技術路線不明確；丘陵山區(qū)機械化發(fā)展路徑不明確等。
3.農機農藝結合不緊密
適宜不同區(qū)域機械化的高產(chǎn)優(yōu)質品種、高產(chǎn)高效標準化栽培模式和田間管理技術缺乏，機械化與規(guī)?；Y合不緊密，飼草料生產(chǎn)機械化技術研究滯后，家庭農場種養(yǎng)一體化模式與技術亟待完善，設施園藝標準化機械化程度低，影響產(chǎn)能的充分發(fā)揮。
4.技術系統(tǒng)不完整
缺乏對農業(yè)機械化的系統(tǒng)研究與技術集成，尚未形成完善的全程機械化技術模式和標準化的機器配置系統(tǒng)，關鍵配套技術與機具不足。糧經(jīng)飼種植和畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖中省時、省力、節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)藥、節(jié)種、節(jié)地和節(jié)能的機械和農業(yè)剩余物資源化利用等機械化技術之間銜接與配套不足，技術規(guī)范不健全，與轉變農業(yè)發(fā)展方式不適應。
三、對我國農機科技創(chuàng)新的思考
為進一步縮小我國農業(yè)機械化與發(fā)達國家之間的差距，提升我國農機科技創(chuàng)新能力，促進我國農業(yè)機械化又好又快地發(fā)展，建議實施“3-2-3”的發(fā)展思路，即明確“三步走”的戰(zhàn)略目標，堅持兩項發(fā)展原則，落實三項重點任務。
(一)明確“三步走”的戰(zhàn)略目標
按照黨的十九大提出的三步走戰(zhàn)略和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略目標任務安排，我國農機科技創(chuàng)新和農業(yè)機械化發(fā)展三步走的戰(zhàn)略是：
到2025年，基本實現(xiàn)農業(yè)機械化，農機科技創(chuàng)新能力顯著增強，重點突破農機化發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)和關鍵核心技術，實現(xiàn)我國農業(yè)機械化“從無到有”和“從有到全”。
到2035年，全面實現(xiàn)農業(yè)機械化，農機科技創(chuàng)新能力基本達到發(fā)達國家水平，重點以信息技術提升農機化水平，實現(xiàn)我國農業(yè)機械化“從全到好”。
到2050年，農業(yè)機械化達到更高水平，實現(xiàn)自動化和智能化，農機科技創(chuàng)新能力與發(fā)達國家“并跑”，部分領域“領跑”，重點以智能技術引領農機發(fā)展，實現(xiàn)我國農業(yè)機械化“從好到強”。
(二)堅持兩項發(fā)展原則
1.全程全面機械化同步推進
全程機械化主要從植物和動物的生產(chǎn)環(huán)節(jié)上考慮，包括產(chǎn)前、產(chǎn)中和產(chǎn)后各個環(huán)節(jié)的生產(chǎn)機械化。以植物生產(chǎn)為例，產(chǎn)前包括育種和清選、分級、包衣、丸?；幚淼确N子加工機械化；產(chǎn)中包括耕整、種植、田間管理、收獲、干燥和秸稈處理6個環(huán)節(jié)的機械化；產(chǎn)后包括加工和儲藏機械與裝備。
全面機械化，指機械化在農業(yè)生產(chǎn)領域橫向的拓展。主要指農業(yè)機械化向三個方面的全面發(fā)展，包括“作物”全面化、“產(chǎn)業(yè)”全面化和“區(qū)域”全面化。“作物”全面化，指由糧食作物向經(jīng)濟作物、園藝作物和飼草料作物全面發(fā)展，由糧、經(jīng)二元結構向糧、經(jīng)、飼三元結構轉變。“產(chǎn)業(yè)”全面化，指由種植業(yè)向養(yǎng)殖業(yè)(畜、禽、水產(chǎn))、農產(chǎn)品初加工等全面發(fā)展。“區(qū)域”全面化，一是指各種農產(chǎn)品的優(yōu)勢區(qū)域布局。二是指農業(yè)機械化由平原地區(qū)向丘陵山區(qū)拓展。目前平原地區(qū)的機械化程度較高，但丘陵山區(qū)的機械化程度很低甚至無機可用，所以亟需研究推進由平原地區(qū)機械化向丘陵山區(qū)機械化拓展。
2.農機1.0至農機4.0并行發(fā)展
農機1.0是指“從無到有”，特點是以機器代替人力和畜力，如以拖拉機耕田代替人犁田、以插秧機插秧代替人插秧、以噴霧機施藥代替人打藥、以收獲機收獲代替人扮禾、以干燥機干燥代替人曬谷。目前我們在這一階段已取得了很大的成績，但還有很多“短板”和薄弱環(huán)節(jié)，所以還要“補課”。
農機2.0是指“從有到全”，特點是全程全面機械化，包括植物生產(chǎn)和動物生產(chǎn)的產(chǎn)前、產(chǎn)中和產(chǎn)后各個環(huán)節(jié)的全程機械化，以及農業(yè)機械化向“作物”全面化、“產(chǎn)業(yè)”全面化和“區(qū)域”全面化三個方面的全面發(fā)展。這是我們現(xiàn)階段要大力“普及”的方向。
農機3.0是指“從全到好”，特點是用信息技術提升農業(yè)機械化水平，包括農業(yè)機械設計、制造、作業(yè)和管理水平。融合現(xiàn)代微電子技術、儀器與控制技術、信息通訊技術，推動農業(yè)機械裝備向數(shù)字化、信息化、自動化和智能化方向快速發(fā)展。這一階段我們正在進行試驗“示范”。
農機4.0是指“從好到強”，即要實現(xiàn)農機自動化和智能化，農機+互聯(lián)網(wǎng)，這個方向我們要積極探索。
根據(jù)我國的國情，從農機1.0至農機4.0我們不能走順序發(fā)展的道路，必須并行發(fā)展，實現(xiàn)彎道超車。
(三)落實三項重點任務
1.薄弱環(huán)節(jié)農業(yè)機械化科技創(chuàng)新(“補短板”)
開展薄弱環(huán)節(jié)機械化技術創(chuàng)新研究，主要包括應用基礎研究，糧食、經(jīng)濟作物和飼草料薄弱環(huán)節(jié)技術研發(fā)，健康設施養(yǎng)殖工程，區(qū)域、水果蔬菜飼草料與畜禽水產(chǎn)機械化技術體系集成研究示范，農村生活廢棄物處理與綜合利用7個方面。系統(tǒng)地解決當前和今后一個時期我國農業(yè)機械化發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)，提高農業(yè)機械化發(fā)展科技含量，加速推進農業(yè)現(xiàn)代化進程，全面提升我國農業(yè)綜合生產(chǎn)能力和農產(chǎn)品國際競爭力，促進農業(yè)可持續(xù)發(fā)展和農民增收。
應用基礎研究包括：土壤合理耕層構建機理與優(yōu)化方法、主要作物精準高速種植機理與規(guī)范、主要作物高效低損收獲機理與規(guī)范、畜禽適度規(guī)模養(yǎng)殖和水產(chǎn)健康養(yǎng)殖設施與環(huán)境系統(tǒng)機理研究、農業(yè)裝備標準化體系研究和機械化技術體系構建與評價方法研究。
糧食作物生產(chǎn)薄弱環(huán)節(jié)關鍵技術研究包括：水稻、小麥、玉米、馬鈴薯、甘薯、雜豆雜糧、糧食干燥與貯藏。
經(jīng)濟作物和飼草料薄弱環(huán)節(jié)關鍵技術研發(fā)包括：棉油糖、大宗水果、大宗露地蔬菜、設施園藝和飼草料生產(chǎn)加工。
健康設施養(yǎng)殖工程關鍵技術研發(fā)包括：生豬健康養(yǎng)殖、家禽健康養(yǎng)殖和規(guī)?；O施水產(chǎn)養(yǎng)殖。
區(qū)域機械化技術集成與示范包括：東北地區(qū)、黃淮海地區(qū)、長江中下游地區(qū)、西北地區(qū)、西南地區(qū)和華南地區(qū)。
水果蔬菜、飼草料與畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖加工機械化技術集成與示范包括：蔬菜水果生產(chǎn)、飼草料生產(chǎn)、適度規(guī)模種養(yǎng)循環(huán)、奶牛中小規(guī)模養(yǎng)殖設施設備升級與智能化、水產(chǎn)養(yǎng)殖和畜禽屠宰加工。
農村生活廢棄物(固、液)處理與綜合利用包括：農村池塘清淤、生活廢水、生活垃圾、畜禽糞便和病死動物的機械化處理技術集成與示范。
2.現(xiàn)代農機裝備關鍵核心技術科技創(chuàng)新(“攻核心”)
為貫徹習近平總書記關于“在關鍵領域、卡脖子的地方下大功夫，集合精銳力量，作出戰(zhàn)略性安排，盡早取得突破”的重要講話精神。根據(jù)我國現(xiàn)代農機裝備發(fā)展現(xiàn)狀，當前我國亟需在共性關鍵技術、重大裝備、基礎零部件以及材料和制造工藝4個方面盡早取得突破。
共性關鍵技術主要包括：非道路用柴油發(fā)動機技術，大功率拖拉機電控液壓提升技術，農業(yè)機械用傳動系統(tǒng)技術。
重大裝備主要包括：200馬力以上拖拉機，大型谷物聯(lián)合收割機，高效青貯飼料收割機，農機裝備生產(chǎn)與檢測平臺。
基礎零部件主要包括：拖拉機200馬力以上用電控提升器和懸浮前驅動橋，收獲機械承載能力18噸以上大型收獲機械電控換擋變速箱，高性能大排量電控變量泵和變量馬達，圓盤式和鏈軌式高效青貯機割臺，高速軸承(4000r/min以上)，采棉機摘錠總成，液壓件液壓閥閥心、閥套、比例閥電磁鐵和軟磁鐵芯。
材料與制造工藝主要包括：低速動力輸出軸，高速翻轉犁體，動力換擋變速箱離合器輪轂材料與工藝。
3.農機裝備智能化科技創(chuàng)新(“強智能”)
以“信息感知、定量決策、智能控制、精準投入、個性服務”的智能農機為目標，以大田規(guī)?；N植、設施農業(yè)、果園和畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖等領域為重點，開展智能農機裝備傳感器、農機導航、精準作業(yè)和運維管理4方面研究。
一是在農機裝備專用傳感器方面，開展作業(yè)載荷、工況環(huán)境、本體信息、生理生態(tài)和作業(yè)質量等測試對象特性與測試機理研究，研發(fā)敏感材料和關鍵芯片，開發(fā)專用傳感器。
二是在農機導航及自動作業(yè)技術方面，開展輪角轉向測定技術研究，研發(fā)電動方向盤電機、以機具為基準的機組定位技術和星基增強技術，提高導航精度與穩(wěn)定性及自動作業(yè)性能。
三是在精準作業(yè)方面，開展與農藝相適應的作物精準播種、灌溉、施肥、施藥、收獲和干燥等技術研究，實現(xiàn)農機作業(yè)過程的實時分析決策與自主優(yōu)化控制；開展養(yǎng)殖生產(chǎn)中的精準環(huán)控、飼喂和防疫等研究。
四是在運維管理智能化方面，開展農機信息獲取、高效調度、遠程運維、故障預警、智能診斷和協(xié)同作業(yè)等技術研究，通過信息技術系統(tǒng)集成，實現(xiàn)農機裝備高效智能運維管理。
結束語
“農業(yè)的根本出路在于機械化”。上世紀末，美國工程技術界將“農業(yè)機械化”評為20世紀對人類社會進步起巨大推動作用的20項工程技術之一，列第7位。世界各國的經(jīng)驗表明，農業(yè)機械化是現(xiàn)代農業(yè)建設的重要科技支撐。我國的農業(yè)機械化為提高我國農業(yè)的勞動生產(chǎn)率、土地產(chǎn)出率和資源利用率發(fā)揮了重要作用，為保障我國糧食安全和食物安全作出了重要貢獻。但與發(fā)達國家相比，我國的農業(yè)機械化還有很大差距，并面臨差距拉大的嚴峻挑戰(zhàn)。形勢逼人，挑戰(zhàn)逼人，使命逼人，我們要充分認識農機科技創(chuàng)新是農業(yè)機械化發(fā)展的第一動力，深刻把握農機科技創(chuàng)新與發(fā)展大勢，堅決貫徹落實習總書記的重要講話精神，“矢志不移自主創(chuàng)新，堅定創(chuàng)新信心，著力增強自主創(chuàng)新能力”，努力推進農業(yè)機械化又好又快地發(fā)展，為我國現(xiàn)代農業(yè)建設提供強有力的科技支撐。
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