现代农艺与现代农业装备农业工程概论教学课件

1、16 现代农艺与现代农业装备一、为免耕农艺服务的农机 二、为地膜覆盖农艺服务的农机三、为节水农业服务的农机四、为精准农业服务的智能化农机 五、为设施园艺服务的农机六、农业机器人 农业机械化工程1Generality of Agricultural Engineering 一、为保护性耕作服务的现代农机具1.保护性耕作的概念 我国自然气候条件：北方:旱（雨水少）、日照短、温差大、风力大；而南方:为湿（雨水多）、日照长、温差小、风力小。 适用的机械：北方主要是旱作机械，南方主要是水田机械农业机械化工程2Generality of Agricultural Engineering保护性耕作的内涵：

2、针对保护性耕作的基本要点，可以用4句话概括其主要内容：秸秆覆盖、免耕播种、以松代翻、化学除草。保护性耕作是相对于传统翻耕的一种新型耕作技术。 定义：在前茬作物收割后不经土壤耕作或耕作减少到只要能保证种子发芽即可的耕作技术。由于它有利于保水保土，所以称为保护性耕作。农业机械化工程3Generality of Agricultural Engineering2.保护性耕作的背景现象：近几十年来，我国机械耕作活动增强，农产品产量大幅度上升，但河流泛滥、沙尘暴猖獗、土壤退化、作业成本上升已是不争的事实。农业机械化工程4Generality of Agricultural Engineering 机械化

3、作为一项生产工具，可以破坏环境、也可以保护环境。 对农业机械化来说，机械化保护性耕作是从提高劳动生产率和土地生产率,到既发展生产又保护资源与环境的革命性变化。农业机械化工程5Generality of Agricultural Engineering 保护性耕作是在保留地表覆盖物的前提下免耕播种，以保留土壤自我保护机能和营造机能为目的，由单纯改造自然到与自然协调发展的革命性的变化。 发展保护性耕作是机械化由单纯承担生产任务向承担生产和环保任务的转折点，是一场机械化耕作技术的革命。农业机械化工程6Generality of Agricultural Engineering 保护性耕作的起源治理沙

4、尘暴、保护耕地、保护环境。 十九世纪中期，美国拉开了西部大开发的序幕，美国鼓励移民大面积开荒种地，采用大型耕作机具，大面积的机械化翻耕，加快了土地开发的力度，获得了几十年不错的好收成。但由于过度耕作和频繁搅动土层，土壤侵蚀严重，水土流失加剧，植被严重破坏，农田肥力日趋衰竭。到1935年5月，发生了两次震惊世界的黑风暴，自西向东，横扫美国2/3的田地。黑风暴过后，大地被刮去530cm厚的表土，30万ha以上的良田遭到毁坏。黑风暴惊醒了美国人，是自已错误的耕作方式招来的后果。为此，美国成立了土壤保护局，就此开始了对各种保水、保土的耕作法研究即保护性耕作的研究。同样的问题在澳大利亚、英国、前苏联等国

5、也先后发生，自此，以美国、澳大利亚、英国、前苏联展开了各种保水、保土的保护性耕作的研究。农业机械化工程7Generality of Agricultural Engineering3. 保护性耕作的增产机理 保护性耕作与传统耕作相对照，使农作物增产的主要因素有两方面，即土壤水分的增加与土壤肥力的提高。 土壤水分增加由于地表的保护，减少了水分蒸发 旱作农业没有灌溉，土壤水分基本上来自天上的降雨。雨水消耗分三部分：第一是径流的消耗，它是指在降雨的时候，雨水还没有入渗到地里，就在地表上流走了，是无用的损失；第二是地表的蒸发，也是无用的消耗；第三才是供给作物生长的有效耗水。农业机械化工程8Genera

6、lity of Agricultural Engineering 根据测定，我国北方地区平均降雨径流占降雨的10%左右、坡地可以达到30%多，蒸发占降雨的60%80%，是主要的消耗，作物有效耗水占10%20%。要想增加有效水分，只能减少径流、减少蒸发。农业机械化工程9Generality of Agricultural Engineering 保护性耕作减少径流 经多年的测定，径流最大的是刚翻过的地，其次是没有覆盖也没有翻耕的地，径流最小的是免耕覆盖和浅松覆盖地。保护性耕作累计径流量比传统翻耕地减少60%左右。 保护性耕作减少蒸发 秸秆覆盖使地面温度降低、风速减小，从而减少蒸发。 土壤肥力提高

7、 保护性耕作使大量秸秆残茬通过覆盖的方式还田，直接增加有机质、减少耕作，特别是取消翻耕，可以间接增加有机质。农业机械化工程10Generality of Agricultural Engineering4.保护性耕作的生态环境保护机理 保护性耕作减少土壤水蚀 保护性耕作减少土壤风蚀、防治沙尘暴 裸露的农田和退化是沙尘暴的重要来源。 粗沙粒不会被风吹离地面，只会在大风下沿地面滚动。 细土粒会被风吹离地面，但不可能升上高空，而是在近空跃动前进，风大时跃起来，风小时落下来。粗沙粒和细土粒都不可能长途移动。 只有尘微粒才能被风吹到高空，运移千里外，是沙尘暴的主要成分。农业机械化工程11Generali

8、ty of Agricultural Engineering二、为地膜覆盖农艺服务的农机 地膜覆盖特点:保墒与提高地温农业机械化工程12Generality of Agricultural Engineering 我国年平均降水总量约6.188万亿立方米，年水资源总量约2.7万亿立方米，居世界第六位，但人均占有量仅2250立方米，只有世界平均水平的1/4，按亩均算只有1300立方米，只有世界平均水平的一半。 三、为节水农艺服务的现代农机具 目前，全国已有600多座城市缺水，每年城镇缺水200亿立方米以上，而农业用水每年亏缺300亿立方米，农村有2000万人口饮水困难。 1.节水农业提出的背景农

9、业机械化工程13Generality of Agricultural Engineering 由于输水方式、灌溉方式、农田水利基础设施、耕作制度、栽培方式等方面的问题，我国农业用水的利用率很低，渠道灌溉区只有30%40%，机井灌溉区也只有60%，和一些发达国家（达80）相比有很大差距。以色列高达95的利用率。每单位净耗水的粮食生产效率不足1kg/m3，和一些发达国家单位净耗水23kg/m3的水平相比差距很大。 农业机械化工程14Generality of Agricultural Engineering 目前黄河流域农业用水占总用水量的92%，大约有4/5的面积是大水漫灌，节水灌溉面积仅227

10、6万亩，占总灌溉面积的20%。我国西部地区普遍缺水，其中西北干旱少雨，西南土层瘠薄，农业生态环境脆弱。 农业机械化工程15Generality of Agricultural Engineering 据预测，在2030前后我国人口将达到16亿高峰，需要粮食增长到6.47.2亿吨才能满足需求，按照现有水平预测，为了满足这种粮食需求，灌溉面积需要发展到9.0亿亩，此时，用水量将从现状的4000亿m3增长到6650亿m3。 以色列60年内农业产量增加12倍，而农业用水量只增加了3倍。从当时1个农民养活17个人，到2005年可以养活95个人。农业机械化工程16Generality of Agricul

11、tural Engineering 要提高水资源的利用效率，节水农业的发展是必由之路。 目前，我国的耕地灌溉率已经高达40%，农田灌溉用水总量36003800亿m3，占全国总用水量的65%。据中国工程院预测，在不增加灌溉用水的条件下，2030年全国缺水高达13002600亿m3，其中农业缺水500700亿m3。 如果我们把农业灌溉水的利用率由目前的0.45提高到发达国家的0.7，则仅节水灌溉一项即可节水900950亿m3！不仅可以解决7亿吨左右食物生产的用水，还可以富裕出400500亿m3的水用于国民经济的其它重要领域。 农业机械化工程17Generality of Agricultural

12、Engineering5节水农业(Water-Saving Agriculture )综合技术 节水农业指的是在相同生产效果的前提下，以各种省水农业技术为主的农业生产技术体系。这些省水农业技术包括：省水种植技术与方法、节水灌溉技术与方法、节水作物品种培育技术、农业生产用水回收再利用技术、降低不可回收水的技术与方法等。 2.节水灌溉技术与装备3.防止沟渠渗水技术4.节水耕地技术与装备农业机械化工程18Generality of Agricultural Engineering四、为精准农业服务的智能化农机 精准农业是80 年代初期国际农业领域发展起来的一门跨学科新兴的综合技术。它是通过使用基于平

13、方米级的田块区别管理耕地的方式，来确定最经济、最合理、最科学的各种农业投入，高效地利用各类农业资源，并改善环境，从而获得经济、环境等方面最佳回报的一种管理策略和技术体系。 是一种新的农业科学管理的理念和战略思想。农业机械化工程19Generality of Agricultural Engineering 为精准农业服务的智能化农机主要是指采用变量投入技术VRT（Variable Rate Technology）的农机，即指安装有计算机、DGPS(差分校正全球卫星定位技术)等先进设备的农机具，根据它所处的耕地位置自动调节物料箱里某种农业物料投入速率的一种技术。变量投入系统通常主要包含流动作业机

14、具、调节实际物流速率的控制器、定位系统和对应耕地的理想物料应用描述图。 农业机械化工程20Generality of Agricultural Engineering 智能农机系统主要包括： 带定位系统和产量测量的联合收割机 带有定位系统和处方图读入设备， 控制播深和播量的谷物精密播种机； 控制施肥量的施肥机； 控制剂量的喷药机； 控制水量的喷灌机 其它智能作业机械农业机械化工程21Generality of Agricultural Engineering 2.变量施肥机 根据田块的不同要求，有针对性地撒施不同配方及不同量的混合肥。具体工作如下：田间各小区所需肥料的比率及单位面积施用量，都事

15、先已编程存入计算机；获取田间当前位置信息；控制撒播施肥量。农业机械化工程22Generality of Agricultural Engineering 根据处方图和DGPS定位，调节药量和雾滴大小。例如，当驾驶拖拉机在田间喷施农药时，驾驶室中安装的监视器显示喷药处方图和拖拉机所在的位置。驾驶员监视行走轨迹的同时，数据处理器根据处方图上的喷药量，自动向喷药机下达命令，控制喷洒。3.变量喷药机农业机械化工程23Generality of Agricultural Engineering 4.变量灌溉机 采用主从微处理器分布控制，臂长达392m，随时调节喷洒流量，以适应各小区土壤质地、耕层深度、地

16、形及产量潜力不同对水分的不同要求。5、变量播种机 按小区（肥力、墒情、土质差异）的不同实际需要，在播种作业中随时调整播种量和播深，渴望达到整块农田出苗整齐茁壮之目的。农业机械化工程24Generality of Agricultural Engineering五、为设施园艺服务的农机微耕机设施环境下空间有限，因此机械作业范围有限，只能使用小型农机具。农业机械化工程25Generality of Agricultural Engineering 农业机器人具有“感觉”、“判断”等更高的功能。它具有如下几种特点：程序性、适应性及通用性。程序性即改变程序软件，就能变更判断基准，变更动作顺序；适应性即

17、根据环境与机械本身的情况，能自动进行作业量或质的调整；通用性是指只要改变部分软硬件即可另作它用。六、农业机器人1. 农业机器人的特点与开发要点 农业机械化工程26Generality of Agricultural Engineering由于农业机器人的作业对象是动植物，因此在研究开发上要考虑多种客观因素。首先，由于作业对象的多种多样，它们的形态、生长环境的不同，因此就要考虑作业对象的基本特征、力学特征及光学特征等。其次，要考虑到机器人的工作环境，如温度、照度等因素。最后，应考虑到操作者的安全性、方便性、舒适性，以及成本价格问题。 农业机械化工程27Generality of Agricult

18、ural Engineering2.农业机器人的研究现状与种类 农业生产大致可以分为两类：一类是在大面积农田中进行作业的土地利用型农业，在此工作的机器人又称为行走系列农业机器人；另一类是在温室或植物工厂中进行作业的设施型农业，在此工作的机器人又称为机械手系列机器人。农业机械化工程28Generality of Agricultural Engineering 对于一般的耕耘、收获等作业，用拖拉机、联合收割机等农业机械的效率已经很高，所以对于这些作业的机械主要研究的是无人驾驶、自主行走、导航等问题，即研究的重点不是在作业部件上，而是把侧重点放在信息的采集、处理、传递及机器工作部件的调控等方面。 而对于应用于蔬菜、水果生产作业的机器人，研究的重点是目标的识别和定位以及机器的核心工作部件机械手。 农业机械化工程29Generality of Agricultural Engineering 行走系列农业机器人 行走系列农业机器人的主要功能是自主行走，边行走边作业，其作业条件受地理环境的影响，因此要保