简述西南地区微耕机面临的三大新挑战及对策

1引言我国西南地区的地形以丘陵、山地为主，土地狭小零碎分散，土壤类型及植被多种多样，缺乏机耕道，农机田间转移极为不便。这一地区田间耕作机械化的发展迄今为止大致经历了两个阶段。在20世纪90年代以前，田间耕作主要由人畜力完成，手扶拖拉机犁耕机组、旋耕机组主要由于田间转移不便不能得到广泛应用;机耕船适宜于水田但无法用于旱地也未推广。20世纪90年代中期，双轴螺旋水耕机时兴了一阵子，但其旱地作业效果不佳也没有得到较长时期的应用。20世纪80年代末至90年代中期，我国开始引进、消化、吸收国夕卜技术，研制微耕机。早期产品由于材料、工艺等方面造成的质量问题及售后服务不佳，微耕机的应用受到挑战。随着制造企业增多，企业间竞争加剧，相关技术标准的制定与落实以及科学技术的进步，微耕机作业稳定性、安全性、适应性、可靠性、美观性、随机技术文件和工具的齐全规范性等方面在较短时间内均得到大幅度提升，售后服务体系和企业生产条件得以完善。微耕机使用情况总体较好，得到了用户的认同，由此开启了微耕机耕作时代。微耕机的推广使用有效地解决了农村劳动力及耕牛严重缺乏的田地耕作面临的难题，大大推进了丘陵山区的耕作机械化。例如，在地形以丘陵、山地为主的重庆，2003,2006,2011年微耕机的推广量分别是2000,14500,114875台，而耕作机械化水平由2003年的11.30%迅速提高到2011年的60%。目前，微耕机己经成为西南地区最主要的、不可或缺的农业机械。然而，随着农村劳动力的转移、农村劳动力老龄化趋势加强、农业生产全程机械化的推进、农业可持续发展战略的实施以及节能减排任务的加重，微耕机在我国西南地区的应用（或者说西南地区耕作机械化）正面临着新的挑战。这主要表现在微耕机作业存在的振动强烈、劳动强度大、利用率较低及长期耕作造成土壤板结等问题。2面临的三大新挑战2.1微耕机作业振动强烈微耕机自配动力，耕作时刀辊既是工作部件，又是驱动部件及行走部件:一方面具有质量轻、田间转移方便等特点;另一方面，由于耕刀周期性地入土、切土、出土过程形成的土壤反力几乎全部通过机架传递至把手，使操作者承受强烈的振动。试验表明，其振动远远超过普通手扶拖拉机旋耕机组。在欧洲，微耕机偶尔短期使用，主要用于园林景观地块，很少作为大田农业机械。因而，微耕机振动的问题并不突出。相反，在我国，尤其是在西南丘陵山区，微耕机是主要的田地耕作机械。在耕作季节，操作者长时间使用，振动严重影响其身体健康，降低生产率。L.Ragni等人的研究表明，正常工作条件下每天使用微耕机，3年后将会有10%的人出现白指病。在西南地区，微耕机解放了牛，累死了人是操作者的普遍反映。熟练操作者工作一天甚至半天后，手都不能自如地掌控筷子。近年来，随着农村劳动力转移，农村劳力老龄化趋势明显。文献的抽样调查表明，在重庆，微耕机操作者年龄在49岁以下的占38.81%，50岁以上的占61.19%，操作者优秀年龄为73岁。因此，微耕机振动强烈的问题显得更加突出。随着我国各行各业工作条件的改善和生活水平的提高，微耕机的振动问题己成为操作者越来越不能忍受的折磨。2.2微耕机利用率较低在西南地区，除耕作外，微耕机很少用作他用，即使有部分微耕机具有动力输出轴，仍然如此。随着微耕机的推广，微耕机自用比例越来越大，而每台年均作业量逐年减少。根据文献，在重庆市，微耕机自用为主的用户占74.13%，自用兼经营用户占17.91%而经营为主的仅占7.96%。抽样调查表明，在重庆，2008年，每台微耕机平均年作业量1.87hm2，年作业时间59h;2009,2010年及2011年这两个数据分别为:1.47hm2,52h;1.47hm2,47h;1.07hm2,35h。事实上，微耕机功能单一、利用率低是其在一些地方推而不广的主要原因。目前，一些文献所称的多功能微耕机实际上就是微型拖拉机，并不是严格意义上的微耕机。因此，如不改变这种状态，随着丘陵山区农业作业全程机械化的推进，势必造成不少作业机械与动力机械直接匹配成专门针对某一作业的机组，动力机械不能或不易用作他用。这样，将使机具增添不少，机械化水平提高不多;但利用率低，机具一次性投资和使用成本增加，使本来农业机械结构不合理的状况更趋恶化。2009年我国南方丘陵山区平均每台拖拉机的配套农具仅为1.16部，低于全国的1.63部。如不认真解决这一问题，丘陵山区的农业机械化将付出高昂的代价，这显然不符合可持续发展及全社会节能减排战略的要求。2.3微耕机长期使用可能使土壤板结在丘陵山区，微耕机作业耕深大多为10~15cm。长期使用微耕机，将在土壤耕层底部形成坚硬的犁底层，导致土壤板结，严重影响作物根系发育，并降低土壤蓄水保水能力，从而使作物抗旱、抗倒伏能力差，产量降低。目前，在重庆和贵州等地，烟农及烟草公司己普遍要求对长期使用微耕机耕作的烟地实施深耕或深松。3丘陵山区耕作机械化的对策研究上述微耕机面临的挑战，实际上是我国西南丘陵山区耕作机械化面临的问题，仅从微耕机自身的缺陷找到解决问题的途径是不可能的。总体来说，随着我国工业化、城镇化的推进，农村劳动力转移到城市，农村劳力不足的现实强烈要求农业机械化，首先是劳动强度大的田间耕作机械化。这时，原本仅用于小范围、短时间园林作业的欧洲微耕机被引进我国，经消化吸收再创新后，成功地解决了西南丘陵山区大面积农田耕作的难题。然而，由于微耕机自身的功能定位及其结构特点，使其在我国西南地区农业和农业机械化发展过程中只能充当一过渡角色。随着经济社会的发展，农业机械化必然会从重要作业环节（如耕、种、收）的机械化向全程机械化转变，因而应该有更适宜的农业机械及农业机器系统来取代微耕机。当然，由于丘陵山区农业机械化的复杂性和艰巨性，这一过程将是相当漫长的。3.1适宜的农业机器系统的研发和示范针对西南丘陵山区典型地形、农作物结构及栽培制度，由易向难地研发适宜的农业机器系统。农业机器系统是指完成农业生产全过程的成套机器设备。这样一个机器系统应尽可能满足以下要求：1） 与作物栽培、育种等环节良好融合，以推动生产、经济、技术、社会和生态这5大系统相互协调发展，也就是推动农业的可持续发展。2） 在系统中，动力机械应尽量少，并应和各作业机械组成各种动力性能和经济性能均好的农业机组，以安全、低耗、高效、优质、环保完成各种不同的农业作业。除稻麦联合收获机、水稻插秧机等少数自走式机组外，耕地、播种、果园开沟、施肥和田间运输等移动作业都要由类型和数量均较少的通用拖拉机来提供动力。3） 尽量采用多工序联合作业机组以及复式作业机组。4） 机器的系列化、标准化、通用化程度高。在研发农业机器系统的同时，应注重其示范和推广，以此来提高机器系统的性能及促进农机与农艺的结合。3.2农业机械化基础设施建设目前，西南丘陵山区的农业机械化己经发展到这样一个阶段:如果不尽快制定并有计划进行诸如田地整治、机耕道修建等农业机械化基础设施建设，农业机械化的进一步发展将非常艰难，上述的微耕机在这一地区面临的挑战将日益严峻，普及于发达国家和地区的农业机械作业模式将难以实施。因此，应该学习借鉴丘陵、山地占有较大比重的先进国家和地区（如日本、韩国及我国台湾）在此方面的经验，考量田地功能划分、经济实力、农业生产等因素，有步骤、按计划、稳健地搞好农机化基础设施建设，为又好又快地推进丘陵山区农业生产全程机械化创造条件。3.3通过政策引导，提高农机利用率通过制定科学合理的政策，如协调好购机补贴和作业补贴的关系，支持和鼓励农机专业合作社和农机大户的发展，完善和创新相关机制，促进在一定区域内农业机械的共同使用，提高其利用率，降低其作业成本。3.4微耕机自身的升级换代可以预料，由于丘陵山区田地整治的艰巨性和长期性，在今后相当长一段时间内，微耕机依然会是这一地区农田耕作的主要机型。因此，在推进农业机械化基础实施建设和研发适宜于丘陵山区的农业机器系统的同时，怎样通过技术进步改善微耕机的作业性能，也应得到充分的重视。对于减轻微耕机的振动，可以考虑两种策略:一是操作者不直接接触微耕机，而是通过遥控装置控制、调节微耕机作业。这一策略的难点在于如何保证微耕机行走的直线性、耕深的稳定性、作业参数获取的精确性、控制的及时性和准确'险。目前有文献报道了遥控微耕机的研制，有的采用履带行走装置，属于微型耕作拖拉机，而不是严格意义上的微耕机;有的详细论述了微耕机远程控制的硬、软件设计，但控制效果如何目前还不得而知。二是研究微耕机的振动机理，找到其作业时振动强烈的原因，并从设计制造方面加以克服或减轻。这一策略可能有一些作用，但作用有限。其原因在于引起微耕机振动的主要振源是刀辊，但刀辊上的耕刀周期性地入土、切土和出土的作业模式以及主要依据土壤及地表状况确定的耕刀（弯刀、凿形刀、直角刀等）的几何形状难以根本改变。4结语微耕机引入我国西南地区，成功地应对了由于工业化、城镇化而出现的农村劳动力转移，用于耕作的人畜力严重缺乏的挑战。然而，随着农业机械化的发展，微耕机正面临着作业时振动