2017咨询工程师继续教育农业工程技术集成与模式优化

第一部分农业工程技术概述

一、农业工程技术概述

农业工程

是由若干技术要素与非技术要素构成的集成性知识体系，它是为农业规模化、专业化、持续化生产而构建的生产系统或服务系统，是农业知识体系转化为现实生产力过程的关键环节。

农业工程技术

是构成农业工程系统的技术支撑要素，它是综合应用工程、生物、信息和管理科学原理与技术而形成的一门多学科交叉的综合性科学与技术。农业工程技术以复杂的农业系统为对象，研究农业生物、工程措施、环境变化等的相互作用规律，并以先进的工程和工业手段促进农业生物的繁育、生长、转化和利用。

农业工程技术是农业科技的重要组成部分，是农业生物技术推广应用的实现途径。

任何一项先进的农业生物技术，必须物化于农业设施装备或工程设施，才能推广应用到农业生产领域。所以说，农业工程是实现农业现代化的重要物质基础和技术保障，是实现农业现代化的必然选择。农业工程技术研究领域大体可归纳为以下几个方面:

1、农业机械化工程

2、农业水土工程

3、农业生物环境工程

4、农业电气信息与自动化工程

5、农产品加工工程

6、农村能源工程

7、土地利用工程

8、农业系统工程

1-农业机械化工程

综合应用机械、农学、经济、资源环境和管理知识，研究机器与土壤和作物间相互作用规律、资源与环境相互作用规律，农牧业机器设计与运用的理论与技术、农牧业机械化生产与管理理论与技术、农牧业机械设计制造理论与技术以及机器运用修理，农业机械化战略规划与政策等。

2-农业水土工程

以土壤学与作物学、水文气象学、水力学、工程力学为理论基础和技术基础，重点研究灌溉排水理论与新技术、农业水资源可持续利用理论与技术、农业水土环境保护与修复理论及关键技术、农业水土工程建设理论与新技术、高新技术在农业水土工程现代化管理中的应用和农业水土工程经济政策及技术标准等。3-农业生物环境工程

主要研究农业生物与环境因子及环境工程间相互作用的规律，并利用高效、经济、节能的工程技术手段为动植物生长发育提供最有利的环境条件，涉及可控环境下的动植物生产工艺模式、动植物生长环境、农业建筑设施、节能型环境调控、农业废弃物资源化无害化利用等。

4-农业电气信息与自动化工程

重点研究农村电力系统自动化理论与技术，农村电网新技术、新装备，应用于农业生物生产过程和农业装备的自动控制与管理及农业资源与灾害监测的农业信息技术，基于农业智能化的信息与网络技术，农村电气化和农业信息化发展战略等。

5-农产品加工工程

重点研究农产品收获后的干燥、保鲜、清选、分级、包装与贮藏等产地商品化处理技术，种子、饲料、肥料等加工工艺和装备，农产品加工理论与新原理、新技术和新设备，农产品质量分析检测与安全性评价仪器装备等。

6-农村能源工程

主要研究对象是农村地区所特有、可以就近开发利用的能源资源。研究内容包括农村生活节能和农村生产节能理论与技术，农业废弃物能源化利用，太阳能、风能、地热能等新能源和可再生能源的开发与利用，农村能源经济、政策、规划与标准等。

7-土地利用工程

以生态系统平衡为理论依据，因地制宜地采用工程措施和生物措施，对土地进行科学评价、开发、利用、治理和保护。研究内容主要包括水蚀、沙化土壤的防治，盐渍化、沼泽化、贫瘠化土壤的改良，污染土壤的修复，耕地保护与利用，以及土地的集约节约利用等。

8-农业系统工程

运用运筹学、控制理论、经济计量学、投入产出分析、系统模拟等理论和方法，研究农业区划、农业发展战略和发展规划、农业生产力布局、农机具优化设计与合理配备、农村建筑优化设计、水利工程和土地利用工程优化规划设计等。基于近百年来农业工程科学技术在农业生产中广泛应用所引发的农业生产方式和农民生活方式的根本性变革，农业生产效益和生产能力的大幅度提高、农村社会的不断进步以及对世界农业发展和食物安全的突出贡献，1999年底，美国工程院评选出的20世纪对人类社会进步起巨大推动作用的20项工程技术中，“电气化”、“水利化”和“农业机械化”分别列居第1、4、7位，这些领域恰恰是农业工程科学研究和技术应用核心。

这一评价客观反映出农业工程技术在人类社会发展和农业现代化进程中的重要地位和作用。

过去半个多世纪以来，我国以不足世界7%的耕地养活了超过世界22%的人口并逐步进入小康社会，农业工程技术的发展和应用起到了重要作用，它为我国农业农村经济发展和现代农业建设提供了大量现代化的设施装备。

农业工程技术在我国的应用和发展

1.提高了我国农业从业人员的素质、农业生产过程的工业化水平和农产品的产量、质量与产值；

2.提高了农民收入，改善了农民生活水平；

3.消化和转移了2亿多农村劳动力，推进了我国的城镇化进程；

4.奠定了我国农业现代化的基础；

5.对国家粮食安全和国民经济的可持续发展做出了重要贡献。

第二部分国内外农业工程技术发展现状

二、国外农业工程技术发展现状

2.1农业工程学科的发展

世界农业工程学科的建立，可以追溯到百年前以美国农业工程师学会成立（1907）为标志。

20世纪初，为适应农业现代化的需要，美国一些高等院校相继设立了农业工程系，研究方向涉及了农业动力机器、农业机械、农业机械化、农业电气化、农产品加工、农业生物环境控制与农业建筑、水土控制、食品工程、森林工程等。

在农业工程科研教育事业发展的带动下，人类广泛应用农业工程技术改造传统农业生产方式，推动农业产业技术革命取得了伟大成就。

1940年美国基本实现了农业机械化，较早建成了高度发达的农业。

1953年，前苏联和原联邦德国分别基本实现了农业机械化。

日本从20世纪50年代加快了农业机械化的发展，用17年的时间实现了整地、排灌、植保、脱粒、运输和加工机械化，之后又用10年解决了水稻育秧、插秧、收获、烘干等机械作业问题。2.2世界农业工程技术的发展现状

从19世纪末20世纪初以来，随着世界经济的迅速发展和工业化进程的加快，各国的传统农业都逐步向现代农业转变，农业工程科技得到了长足的发展。

1、农业工程基础设施建设投入大，发展充分

在以美国、澳大利亚、加拿大、俄罗斯等国家为代表的经济、科技和资源都很强大、丰富的规模型农业中，农业工程基础设施建设投入大，发展充分。体现在农业机械化、电气化程度高，农田水利和水土保持工程建设完善，农业生态和环境工程建设也得到高度重视。

同时，各种高新和尖端科技在农业工程中也加以运用，为发展“节劳型”农业提供保障。如19世纪20年代以来，美国依靠科技进步，实行农业机械化以替代大量劳动力，改良土壤，兴修水利，投入大量现代科技要素，使农作物产量迅速提高。

进入80年代后，美国将一些高新科学技术应用到农业工程中，利用全球定位系统（GPS）、遥感系统（RS）及地理信息系统（GIS）的“3S”等高新技术，快速而准确地获取农业系统的多维信息，精确地指导农业生产，使从事生物性生产的农业的分散性、地域性、变异性、经验性以及稳定性和可控程度差等弱质性得到全面改善，美国农业的劳动生产率、土地产出率再次大幅度提高。

此外，工程技术与生物技术的结合，使得分子育种、胚胎移植等技术突飞猛进，优良品种得以迅速繁育、推广，全美约60%-70%的奶牛是通过胚胎移植技术获得的，良种牛胚胎移植研究走出了实验室并形成产业，每年移植成功多达20万头以上。数以万吨计的植物良种的大规模加工、精选、包衣以及育苗工厂化都受到了各国政府的高度重视。2、先进的农业工程技术和综合性农业工程措施得以充分运用

在以荷兰、以色列、日本等国家为代表的科技先导型农业中，先进的农业工程技术和综合性农业工程措施得以充分运用，极大地提高了土地、水资源等自然资源的利用效率，是发展“节地型”农业模式的关键。

3、农业工程技术在发展中国家得到了快速发展

2.3农业工程技术发展方向与趋势

进入21世纪，生物技术与信息技术快速发展，正在引导着一场新的农业科技革命。农业工程学科在新的农业科技革命与经济全球化的推动下，已突破传统模式，在材料、产品、工艺、装备、手段等方面不断更新，在学科基础、时间域和空间域多方向上的变化趋势日趋明显。

1、学科交叉与融合更加广泛

除了传统的机械、土木、水利、电气工程技术与农业生物、资源、环境学科的结合外，微电子学、人工智能、信息技术、新材料、生物化学、近代物理、现代数学等与新兴生物技术、生态学、农业经济与管理学科密切结合渗透，成为现代农业工程技术创新的生长点。

尤其是生物技术、计算机科学和信息技术的发展冲击着农业工程学科的每个研究领域，正成为现代农业工程学科发展和推动农业高新技术研究和产业化应用的先导技术，对农业工程各分支学科的发展与技术创新实践发生着重要的影响。

3、研究领域进一步拓展

4.研究内容更加纵深化和精细化

第三部分农业工程技术集成的重要意义

3.1集成创新的提出

集成创新就是把已有的知识、技术创造性地加以集成，获得新产品、新工艺、新服务或者新的经营管理模式的创新方式。它虽然使用了非原始创新的组成要素，但是使用了新颖的集成方式与方法。集成创新已成为实现知识更新，促进新技术、新产品产生的有效途径，成为自主创新的重要模式之一

国家中长期科技发展纲要（2006～2020）

我国科技工作的指导方针是，自主创新，重点跨越，支撑发展，引领未来。明确提出了科学完整的自主创新概念内涵包括三方面的含义：一是原始性创新，在科学技术领域努力获得更多科学发现和技术发明。二是集成创新，使各种相关的技术有机融合，形成具有市场竞争力的产品和产业。三是在广泛吸收全球科学成果、积极引进国外先进技术的基础上，充分进行消化吸收的二次创新。

新形势下，以习近平为总书记的新一届中央领导集体，高度重视农业科技发展的战略规划与布局。

3.2农业科技集成是历史发展的必然

世界各国农业的发展，都离不开科技进步和技术变革的推动。

实践证明，农业科技创新技术的综合化、集成化创新与应用将是现代农业建设的必然趋势。

近年来，现代农业科技通过基因技术、生物工程技术、遥感遥测技术、耕作技术、节水灌溉技术、精准农业技术、电子计算机技术以及激光技术等多学科最新科学技术方法在农业生产过程中的综合应用，并与其他众多门类的自然科学、社会科学、技术科学、经济科学不断渗透、交融，形成新的科学交叉点和生长点，从而得到了更加完善并且具有更加明显效果的技术。

一是由于现代农业科学研究具有交叉融合的特性。一项大的、有突破性的创新需要多学科、多专业的交叉融合，要求极宽的知识背景。虽然专业化是发展的趋势，但不同专业的人协同工作对创新的成败却具有决定性作用。

二是随着科学技术的迅速发展、技术越来越逼近极限，依靠单项技术突破来提高农业效率的难度不断增大，资源、实力的相对有限性日益成为制约创新成功的瓶颈。例如，据有关研究表明，世界粮食单产年均增速已由20世纪60年代的2.7%，下降到目前的0.9%，到2030年将进一步放缓。粮食单产增长速度的减缓，表明科技成果缺少创新突破。集成创新的特征在于能打破空间和层次界限，实现优势互补和资源共享，开放式地解决创新问题，获得外部规模效应,实现节约型、循环型、生态型农业发展转变。

三是农业技术的复杂性及市场需求的复杂性，使农业科技创新日益成为一种复杂的社会活动，而不仅仅是科研活动。单个科研团队不可能独自完成越来越复杂的创新活动，必须与其他科研团队和市场主体构成相应的集成网络。

例如，我国的粮食丰产科技工程，在从品种、水肥施用、耕作栽培技术、种植管理技术等方面开展粮食持续稳定增产的集成研究的同时，还必须开展涉及科研院所、农业企业、农民合作组织、农户等不同主体、多层次、多元化的农业经营体系、科技推广体系研究，才可能将科学技术与农业生产有效的连接起来，真正达到提高粮食综合生产能力的目标。3.3农业工程技术集成的必要性

背景

作为农业工程中最重要的要素，农业工程技术的水平直接影响到工程建设的水平。

成就

近年来，党中央、国务院高度重视农业基础设施建设，大幅度增加了农业投入，我国农业工程技术创新的力量在加强，农业工程建设领域技术进步工作取得了很大的成就。

问题

但是也应该看到，农业工程创新工作的力度、科技的投入和工作的成效在地区之间、部门之间、专业之间还存在较大差别，与发达国家相比还有很大差距，农业基础设施薄弱、农业综合生产能力不稳的问题依然突出，已成为传统农业向现代农业跨越的主要制约因素。

主要表现

农田集中度低且地力逐年下降，农田有效灌溉率较低，难以支撑农业增收和可持续发展的需要；

农业机械化刚刚进入中期发展阶段，加快发展更加需要科技支撑；

设施农业的迅速发展对产品安全与效益及节能减排等提出了迫切的工程科技需求；

产地加工技术与装备水平低、基础弱、效果差，农产品原料品质难以保证，每年农产品收获后损失达数百亿元；

农产品现代物流体系尚未建立，农民卖难问题依然突出，农产品优质优价还没有得到充分体现；

农产品生产环境状况仍在恶化，外部对农业的污染和农业对外部的污染互相渗透，农业面源污染形势严峻；

农业公共服务尚不到位，直接影响到农业发展的后劲。

同时，长期以来，我国农业建设和投资项目由于缺乏系统、科学的研究和规划，缺乏农业工程设施装备技术和建设模式的支撑，长期存在小、杂、散、乱和重复建设等问题，影响了国家和各级政府、社会与企业以及农民对农业基础设施与装备条件的投入。

因此，农业工程中的技术集成，不能理解为技术的简单堆砌和组合。它是集成各种技术要素来实现某一工程目标的行为过程，换言之，各种技术要素围绕着某一工程整体目标进行优化组合的动态过程，才是工程技术集成。

针对农业工程技术研究较为薄弱和农业工程项目建设不规范等问题，根据农业工程的技术特点，将农业工程视作一个整体系统，采用系统分析的方法，提出农业工程技术集成的理论与方法，逐步研究形成现代农业工程建设的关键技术、技术路线、建设模式、建设标准等集成技术成果，促进农业工程系统的高效建设与运营，为我国农业现代化提供全面的工程科技支撑，显得十分重要和迫切。4

第四部分农业工程技术集成路线

四、农业工程技术集成路线

农业工程技术集成

集成从本质上说是一种以系统论为指导的思想及方法，它强调人的主动行为和集成后的功能倍增性与适应进化性，是解决复杂系统问题和提高系统整体功能的方法。

研究农业工程技术集成问题，就是研究农业工程技术要素如何有机地集成在一起，充分实现优势、功能及结构的互补，从而使集成体发生质的跃变，使农业工程系统的整体效果极大提升。

虽然人们已经进行了大量的农业工程技术集成实践，但由于农业工程受到多种社会因素广泛影响和制约，学界和产业界仍然缺乏对技术集成进行系统的研究并建立起科学的理论方法体系，实践更多表现出经验型的特征。

因此，我们立足于系统论视角，从农业工程服务农业生产的特点出发，从技术因素、组织管理因素、社会环境因素等方面来研究农业工程技术集成问题，形成农业工程技术集成的路线和方法体系，将对工程系统论有所丰富和发展。我国长期从事冶金工程技术与理论研究的殷瑞钰院士指出，工程技术集成创新分为两个层次。

第一个层次

第一个层次是技术要素层次，工程创新活动需要对多个学科、多种技术在更大的时空尺度上进行选择、组织和集成优化，即工程技术评价集成阶段。

第二个层次

第二个层次是技术要素和经济、社会、管理等要素在一定边界条件下的优化集成，即工程技术模式优化阶段。

（1）农业工程技术评价集成

1.农业工程有着既定的目标，农业工程技术集成必须在明确了工程系统的全局目标后进行。

2.即在明确的系统目标范围内，根据国内外技术发展所提供的各种技术可能，通过技术集成来筛选合适的技术来源，从而构成一个由众多类型的技术组成的技术复合体（技术方案）。

3.技术集成中的技术来源可以划分为不同的类型，为了全面整体的收集技术来源，我们可以运用结构功能分析方法，根据各单项技术在农业工程技术方案中的不同地位和作用以及他们之间的相互关系，构建起农业工程技术分类集群，明确围绕该农业工程的相关技术范围和方向，这是有效的技术集成开始。技术要素层面集成的目的是提供可选技术方案。

在技术集成的过程中，一个非常重要的步骤是对可供选择相关的技术进行评价，从而做出合理选择。

技术评价的内容包括技术的先进性、成熟性、经济性和配套性等。经过评价优化，形成了工程技术集成方案。

即通过收集、调研、分析农业工程技术领域的技术信息，采用线性分类的技术分类方法对农业工程技术按照大类、中类、小类和子类的层次进行分类，构建反映我国农业工程领域技术类型与特征的农业工程技术集群；

在技术分类的基础上，采用技术经济评价方法，通过对优选技术的组合配套和集成关键技术与设施装备的研发，形成农业工程各领域的技术集成方案（可行方案）；

将技术可行方案加入典型区域的社会、经济、产业环境条件和不同经营主体等约束条件，进行进一步综合评价集成，获得区域性农业工程技术集成模式，并在典型地区进行验证、示范与完善，最终形成优化的农业工程技术模式。技术路线见图1

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第五部分农业工程技术分类

通过技术分类研究能够揭示技术体系的全貌以及典型特征、内部构成、相互关系等，为促进农业工程学科发展和农业工程技术集成创新与成果转化提供理论基础。

5.1分类方法

5.2分类体系

由于工程技术的综合性、交叉性特点，按照技术属性和技术形态来进行农业工程技术分类不仅会形成过多的技术交叉，也难以反映技术的目的。

因此，将实现农业工程的完整功能作为技术分类的基本依据，按照技术链与产业链融合、技术内容涵盖产业链全过程的思想来指导农业工程技术分类更为合理。

按照线分类方法，我们提出农业工程技术分类在层级数量上，采用大类、中类、小类、子类四个层次，分别反映农业工程技术链、技术环节、技术功能、具体技术手段等属性，层次关系见图2。

图2技术分类层次关系图综上分析，按照农业生产的产前、产中和产后环节所涉及的主要工程技术领域，我们将农业工程技术体系划分为七个技术大类。

农田基础设施工程技术

农业机械化工程技术

设施农业工程技术

农产品产地初加工与储藏工程技术

农产品流通工程技术

农产品生产环境保护工程技术

农业信息化工程技术

图3农业工程技术大类示意图

逐步细分为39个中类、151个小类、369个子类

图4农业工程技术大类、中类划分图5.3分类结果

1、农田基础设施工程技术分类体系

包含了以“田、水、路、林、电”等为主要技术内容的6个中类技术。

2、农业机械化工程技术分类体系

包括种子处理技术、耕整地技术、种植技术、田间管理技术、收获技术、产后处理技术等为主体的6个中类技术。

3、设施农业工程技术分类体系

将设施园艺工程技术和设施养殖工程技术分别从设施生产、产地物流和综合管理三个技术环节入手，分成了9个中类技术。

4、农产品产地加工储藏工程技术分类

形成了包括产品处理技术、储藏处理技术、安全检测技术和综合管理技术等4个中类的技术体系。

5、农产品流通工程技术分类

形成了包括商品化处理技术、物流技术、交易技术和质量检测技术等4个中类的技术体系。

6、农产品生产环境保护工程技术分类体系

从农业废水处理技术和农业固体废弃物资源化技术两个方面入手，形成了包括农业废水预处理技术、生物处理技术和生态处理技术，农业固体废弃物资源化利用的收集运输技术、预处理技术、转化技术和后处理技术等7个中类的匪类体系。

7、农业信息化服务工程技术分类体系

包括信息获取技术、信息处理信息、信息传输技术和信息应用技术等4个中类。

研究成果比较详细的体现出了农业工程技术全貌，比较完整的构建了农业工程技术体系，弥补了农业工程领域技术分类研究的空白。

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第六部分农业工程技术评价与集成

评价集成

技术集成是要素整合的过程，是一个输入——转化——输出的系统过程。

*农业工程技术集成输入的是农业工程单项技术（子类、小类、中类等），输出的是优选的农业工程技术集成方案。

*转化过程是一个评价组合的过程，即通过恰当的分析评价，可以确定某一技术流程（输入）下，成本更低、效率更高的最佳技术集合配置（输出），从而带来降低交易成本、提高收益等经济效果。

*将各单项技术集成匹配形成技术集成系统（或模块）的过程就是技术集成。

6.1集成方法

农业工程技术集成是一个系统工程方法论的问题，其一般方法为确定目标、构建方案、评价方案和优选方案。研究形成有以下三种集成方法。方法一

（1）初构——评价——优化法

在农业工程技术分类基础上，从生产流程和技术环节角度，筛选农业工程单项技术（子类、小类、中类等），初步构成集成技术方案，即备选方案；对备选方案进行综合评价，根据评价结果获得农业工程技术集成可行方案。

图5农业工程技术“初构—评价—优化”集成方法流程图

方法二

（2）评价——初构——优化法

在农业工程技术分类基础上，针对各技术环节中的技术进行评价，根据评价结果构建高、中、低三个等级的集成技术备选方案，之后结合生产实际和专家经验推荐出不同约束条件下的可行性方案。

图6农业工程技术“评价—初构—优化”集成方法流程图

方法三

（3）目标——评价——优化法

在农业工程技术分类基础上，从生产流程和技术环节角度，构建农业工程技术最佳集成方案；构建农业工程集成方案评价指标体系，并对实际应用的集成方案进行评价；将评价结果与农业工程技术的最佳集成方案进行比较，提出实地农业工程集成方案的优化内容。

图7农业工程技术“目标—评价—优化”集成方法1流程图6.2集成方案

按照上述技术集成思路，我们形成了涵盖农田基础设施工程、农业机械化工程、设施农业工程、农产品产地初加工与贮藏工程、农产品流通工程、农产品产地环境保护工程与农业信息工程等在内的71个区域性农业工程技术集成可行性方案。

1.农业机械化工程技术集成方案

采用“目标——评价——优化法”，在农田基础设施工程技术分类基础上，从田块工程、灌排工程、道路工程、防护工程及农电工程5个方面，构建了平原区、丘陵区和现代灌溉地区农田基础设施工程技术集成方案。

2.设施农业工程技术集成方案

采用“初构——评价——优化法”，以玉米、小麦和水稻等三大粮食作物为研究重点，按照生产环节将全程机械化技术进行分解、比较、将单环节技术进行重构，构建了玉米、小麦和水稻田间关键环节机械化工程、田间全程机械化工程和全程机械化工程技术集成方案。

3.农田基础设施工程技术集成方案

采用“初构——评价——优化法”，从设施生产、产地物流和综合管理三个方面对设施园艺工程主要技术进行重构，形成了塑料大棚、日光温室和连栋温室设施工程技术集成方案。

4.农产品产地初加工与储藏工程技术集成方案

采用“初构——评价——优化法”，从主要农产品产地初加工生产流程和技术环节入手，构建了玉米、马铃薯、香蕉和花生等四种作物的产地加工与储藏工程技术集成方案。

农业信息化工程技术集成方案

5.采用“评价——初构——优化法”，重点从采收环节、商品化处理环节、预冷环节、搬运与装卸环节、储藏环节、运输环节、交易环节、质量监控环节和检测环节等流通环节出发，形成了果蔬、淡水活鱼和禽蛋的高级、中级和低级流通工程技术集成方案。

6.农产品产地环境保护工程技术集成方案

采用“初构——评价——优化法”，从农业废水处理和农业固体废弃物处理2个方面构建农业废弃物资源化利用技术集成方案，形成了农业废水处理工程技术集成方案和农业固体废弃物燃料化、肥料化、饲料化、基料化和材料化利用技术集成方案。

7.农产品流通工程技术集成方案

采用“评价——初构——优化法”，针对农产品生产质量安全监管和农业信息服务的不同环节及控制点技术，形成了水产品养殖业质量安全监管、蔬菜质量安全监管和农业信息服务的高级、中级和低级技术集成方案。

7第七部分农业工程模式构建与优化

七、农业工程技术模式构建与优化

因此，要因地制宜，实事求是去优化研究区域的农业工程技术模式，提高农业工程主体组织、服务对象、产业类型、技术装备之间的内在匹配、协同程度，建立起适合当地经济发展的农业工程技术模式，促进农业转型与升级。7.1模式构建

农业工程技术模式是一个具有特定目标、功能、结构的整体。其构成包括主体、对象、技术、组织方式、环境条件等基本要素。

我们基于系统论、产业链和价值链等理论，提出了技术模式、组织模式、产业模式耦合形成完整可运行的工程技术模式系统的方法。

模式耦合形成完整可运行的工程技术模式系统.

其中-技术模式

技术模式是总体模式构建的基础，通过技术集成获得可行方案集；组织模式主要是运营主体的组织方式。当前，以家庭农场、专业大户、农民专业合作组织和农业龙头企业为代表的新型农业经营主体的培育是农村改革发展的重大任务，具有巨大的生机与潜力。

因此，我们聚焦于不同规模（家庭农场、专业大户、农民专业合作组织和农业龙头企业）、不同发展阶段（新建、改建、扩建）的新型经营主体的组织方式。

其中-产业模式

产业模式则要综合考虑区域产业布局、产业发展环境、产业支撑保障能力等要素的设置。模式的耦合就是要将技术、组织、产业3个系统在更高层次系统影响下具体化和有组织化的过程，使3种模式能够在相互支撑的前提下呈现出新的系统涌现性，即单项模式所无法获得的功能与效用，从而获得适应于不同规模和尺度要求的农业工程技术集成模式。

7.2模式优化的方法

模式优化是在模式构建的基础上对初构模式进行可行性分析的过程，是一个决策的过程。

农业工程技术模式的优化是在技术集成的基础上，将技术集成方案与运营服务主体、社会经济发展和环境生态可持续作为大系统整体研究，通过模式构建、评价分析、试验示范、完善优化等四个阶段（图8），研究提出适宜不同区域、不同主体、不同产业、不同规模的农业工程技术模式，使农业工程各要素在工程设计、项目建设、资源分配等方面发挥最佳经济效益、社会效益和生态效益。

图8农业工程技术模式优化流程图7.3模式优化评价

模式的优化选择是一个决策过程。由于农业工程技术模式涉及的区域众多、运营主体层次复杂、内容关联度大、技术综合性强，具有较典型的复杂巨系统的特性，必须建立模式的评价体系来检验模式的效果、促进模式的完善与发展。

复杂系统的综合评价问题涉及的因素多，必须综合考虑技术、经济、社会和环境的协调统一，其评价过程中常包含着许多不确定性、随机性和模糊性，若要按照严格、精确的方法进行评价还有不少困难。

目前，主要是依靠定性与定量相结合、客观统计与主观描述并重的综合评价方法对事物进行评价，较常用的是层次分析法、模糊综合评价方法、多属性和多目标决策方法等。

7.4典型模式优化

基于模式优化、示范验证的结果，针对不同区域的经济、社会、自然条件要求和不同投资运营主体的需求，优化形成了32种可供验证和示范推广的典型农业工程技术模式。

表1农业工程技术模式汇总表序号模式名称1农田基础设施工程技术优化模式东北平原一年一熟制水田建设模式2华北平原一年两熟制水田建设模式3西北干旱区农田建设优化模式4现代灌溉工程集成技术模式5农业机械化工程技术优化模式大型合作社玉米全程机械化生产工程模式6中型合作社小麦/玉米田间全程机械化生产工程模式7中型合作社小麦/玉米全程机械化生产工程模式8大型龙头企业小麦/玉米全程机械化生产工程模式9大型合作社水稻/小麦田间关键环节机械化生产及产后处理工程模式10中型合作社水稻/油菜田间关键环节机械化生产工程模式11小型合作社水稻/小麦田间关键环节机械化生产工程模式12小型合作社水稻田间关键环节机械化生产工程模式13保护性耕作模式东北垄作一年一熟区（主要作物玉米）黄土高原一年一熟区（主要作物小麦）华北一年两熟区（主要作物：小麦、玉米）续表1农业工程技术模式汇总表序号模式名称15设施农业工程技术模式西北地区合作组织下日光温室蔬菜生产模式16华北地区企业组织下自动化连栋温室盆花生产模式17西南地区舍饲健康养猪技术模式17农产品产地加工与储藏工程技术模式花生产地加工储藏工程模式18马铃薯产地贮藏模式19玉米产地加工模式20香蕉产地商品化处理模式21华南冬春菜田头市场工程模式22“公司+农户”禽蛋流通工程模式23东南沿海名优淡水活鱼流通工程模式24长江流域大宗淡水活鱼流通工程模式25浙闽粤蜜柚流通工程模式26农产品产地环境保护工程技术模式公益性农产品生产环境保护模式27市场化内循环农产品生产环境保护工程模式28半公益性外循环农产品生产环境保护模式29现代农业公共服务工程技术模式农业信息服务模式30农产品质量安全检测实验室建设模式31水产品养殖质量安全监管信息化技术集成模式32蔬菜质量安全监管信息化技术集成模式7.5模式示范推广效益

我们根据不同区域实际情况，针对不同生产经营主体，将优化后的集成技术及模式带入到生产实践中，在北京、天津、内蒙古、吉林、河北、山西、甘肃、重庆、广西等22个省市的46个示范点进行示范推广

获得综合经济效益90285万元；带动相关生产的农户7.52万户，农民收入增加4421.97万元/年。

选用本成果模式的示范点，无论从技术方案选择，还是组织模式创新，还是产业发展导向上，都成为各个区域代表性的农业工程应用模式和发展样板，对当地现代农业发展产生了积极而深远的影响，示范效应十分明显。

1.农业基础设施工程的“西北干旱区农田建设优化模式”在石羊河流域永昌灌区、清源灌区和金羊灌区等地进行了示范与推广

机井的运行管理费用降低了20%，地下水回升速率为0.1～0.2m/year；

应用末级渠系支持系统的新型渠道设计管理方案使渠系输水损失减少25%，使末级渠系工程费用降低15%；

采用地面灌水技术参数和畦田规格对灌区田块进行规划整治后，田间灌水均匀度提高了15%～20%，农机工作行程率提高了l0%～15%，田块单位面积净效益增加20%，有效缓解了石羊河流域的水资源紧缺状况。

2.农业机械化工程的“水旱轮作区全程机械化生产工程模式”在江苏省溧阳市海斌农机专业合作社进行了示范

使得海斌农机专业合作社为11个行政村的13600余亩土地，提供“耕地、整地、育秧、机栽、植保、收割”等一条龙保姆式服务；

让1662名外出务工人员安心工作，农民年增劳务收入1200万元。

3.设施农业工程的“西北地区合作组织下日光温室蔬菜生产模式”

经示范点验证，应用农户人均年收益超过4万元，基本接近当地城镇居民年收益。

4.产品产地环境保护工程中的市场化内循环农产品生产环境保护工程模式在武汉银河生态农业有限公司进行了应用

通过沼气、沼渣与沼液等沼气工程的资源化循环利用，可实现年利润65.9万元，减少了畜禽粪便对环境的污染，产生的沼气供居民使用，每年节约标煤2200吨；

通过竹柳、莲藕种植和鱼塘养殖，消纳了沼液，减少了肥料、饵料的投入，节约了生产成本；

通过养殖蚯蚓，解决沼渣及稻草环境污染问题，生产了高效优质的有机肥料，为项目区内贫瘠土壤的改良提供了充足的肥料资源。

该模式的应用，为附近100余名村民提供就地就业机会，农民人均收入达到1.5万元以上，有效地缓解了农民外出打工造成的留守儿童社会问题；

绿色社区建设，使214户农户住进新楼房，村民居住与生活条件得到显著改善；通过畜禽粪便、秸秆、浮萍等农业有机废弃物的循环利用，带动了周边农民的有机农业种植、水产品养殖、有机肥料生产等相关产业的延伸和发展，为周边地区生态农业发展起到了良好的示范带头作用。

5.利用农产品产地加工储藏工程技术集成研究成果

项目组向农业部提出的“农产品产地初加工补助项目建议”得到中央批复启动实施，2012、2013、2014年国家财政预算奖补资金16亿元人民币，带动投资50多亿元，支持农民建设农产品产地干燥与贮藏设施6万6千余座，产生减损、保供、保质、增收的显著效果，已为农民带来经济效益近50亿元。

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第八部分农业工程技术标准体系框架

八、农业工程技术标准体系框架

8.1标准体系概述

8.2农业工程标准体系框架组成

农业工程技术标准体系就是将包括农业生产的产前、产中、产后全过程的农业工程技术标准按其内在联系形成的结构化的技术标准集，它是规范农业工程建设、管理的技术依据。

我国农业工程技术涉及领域多、范围广、影响因素多，这就要求在构建农业工程技术标准体系时,应综合考虑各方面因素,对标准进行清晰而全面的分类和定位，构建一个综合全面、层次清楚、脉络分明的框架体系，以保证在此基础上制定的标准详细、明确,避免不必要的重复交叉和冲突。

根据GB/T13016-2009《标准体系表编制原则和要求》，可以形象地把农业工程技术标准体系构建成一个三维框架（图10）,即按农业工程的不同专业领域、技术的不同功能环节、标准的不同层次进行划分。

图10农业工程技术标准体系三维结构图

（2）功能环节的划分：是技术的功能环节属性

由于标准体系要求框架覆盖整个农业工程技术领域，实现对农业工程建设全过程的质量控制和管理

这就意味着,在该标准的制定、修订以及实施中,应重点考虑其在农业工程建设的技术链上处于哪个具体环节，再结合专业领域和标准层级综合确定。这里主要包括技术标准、产品标准、建设标准和管理标准等

（3）层次结构的划分：通过标准体系的分层，从而比较清楚地掌握哪些标准是基本的，哪些标准是从属的；哪些标准是通用的，通用的范围有多大；哪些标准是专用的，专用到何种程度，以及各种标准之间的配套关系。

8.3农业工程标准体系的构建

体系表共包含农业工程领域的3055条标准

从功能结构角度看：

技术标准1457个；

产品标准581个；

建设标准411个；

管理标准606个；

从专业门类角度看：

农田基础设施工程标准224个；

农业机械化工程标准332个；

设施农业工程标准193个；

农产品加工储藏工程标准576个；

农产品流通工程标准384个；

农产品产地环境保护工程标准386个；

农业信息化工程标准960个。

从层次角度看：基本标准513个，通用标准1456个，专用标准1086个。

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第九部分讨论

九、讨论

（1）简要概述了农业工程技术的内涵、特点、贡献和发展趋势。

（3）共性关键农业工程技术研究

我们以农业工程技术领域的农田基础设施、农业机械化、设施农业、产地加工贮藏和流通、农产品生产环境保护、农业信息化等七个方面为研究内容，涵盖农业全产业链的产前、产中、产后共性关键农业工程技术。

技术方案、解决方案提供

研究成果为不同典型区域、不同产业类型、不同运营主体提供了科学、适用的农业工程技术路线、技术标准和建设方案，为农机农艺相融合、良田良种良法相促进、生产生活生态相协调的农业生产方式调整提供了全面系统的农业工程技术解决方案。

第一部分农业工程技术概述

一、农业工程技术概述

农业工程

是由若干技术要素与非技术要素构成的集成性知识体系，它是为农业规模化、专业化、持续化生产而构建的生产系统或服务系统，是农业知识体系转化为现实生产力过程的关键环节。

农业工程技术

是构成农业工程系统的技术支撑要素，它是综合应用工程、生物、信息和管理科学原理与技术而形成的一门多学科交叉的综合性科学与技术。农业工程技术以复杂的农业系统为对象，研究农业生物、工程措施、环境变化等的相互作用规律，并以先进的工程和工业手段促进农业生物的繁育、生长、转化和利用。

农业工程技术是农业科技的重要组成部分，是农业生物技术推广应用的实现途径。

任何一项先进的农业生物技术，必须物化于农业设施装备或工程设施，才能推广应用到农业生产领域。所以说，农业工程是实现农业现代化的重要物质基础和技术保障，是实现农业现代化的必然选择。农业工程技术研究领域大体可归纳为以下几个方面:

1、农业机械化工程

2、农业水土工程

3、农业生物环境工程

4、农业电气信息与自动化工程

5、农产品加工工程

6、农村能源工程

7、土地利用工程

8、农业系统工程

1-农业机械化工程

综合应用机械、农学、经济、资源环境和管理知识，研究机器与土壤和作物间相互作用规律、资源与环境相互作用规律，农牧业机器设计与运用的理论与技术、农牧业机械化生产与管理理论与技术、农牧业机械设计制造理论与技术以及机器运用修理，农业机械化战略规划与政策等。

2-农业水土工程

以土壤学与作物学、水文气象学、水力学、工程力学为理论基础和技术基础，重点研究灌溉排水理论与新技术、农业水资源可持续利用理论与技术、农业水土环境保护与修复理论及关键技术、农业水土工程建设理论与新技术、高新技术在农业水土工程现代化管理中的应用和农业水土工程经济政策及技术标准等。3-农业生物环境工程

主要研究农业生物与环境因子及环境工程间相互作用的规律，并利用高效、经济、节能的工程技术手段为动植物生长发育提供最有利的环境条件，涉及可控环境下的动植物生产工艺模式、动植物生长环境、农业建筑设施、节能型环境调控、农业废弃物资源化无害化利用等。

4-农业电气信息与自动化工程

重点研究农村电力系统自动化理论与技术，农村电网新技术、新装备，应用于农业生物生产过程和农业装备的自动控制与管理及农业资源与灾害监测的农业信息技术，基于农业智能化的信息与网络技术，农村电气化和农业信息化发展战略等。

5-农产品加工工程

重点研究农产品收获后的干燥、保鲜、清选、分级、包装与贮藏等产地商品化处理技术，种子、饲料、肥料等加工工艺和装备，农产品加工理论与新原理、新技术和新设备，农产品质量分析检测与安全性评价仪器装备等。

6-农村能源工程

主要研究对象是农村地区所特有、可以就近开发利用的能源资源。研究内容包括农村生活节能和农村生产节能理论与技术，农业废弃物能源化利用，太阳能、风能、地热能等新能源和可再生能源的开发与利用，农村能源经济、政策、规划与标准等。

7-土地利用工程

以生态系统平衡为理论依据，因地制宜地采用工程措施和生物措施，对土地进行科学评价、开发、利用、治理和保护。研究内容主要包括水蚀、沙化土壤的防治，盐渍化、沼泽化、贫瘠化土壤的改良，污染土壤的修复，耕地保护与利用，以及土地的集约节约利用等。

8-农业系统工程

运用运筹学、控制理论、经济计量学、投入产出分析、系统模拟等理论和方法，研究农业区划、农业发展战略和发展规划、农业生产力布局、农机具优化设计与合理配备、农村建筑优化设计、水利工程和土地利用工程优化规划设计等。基于近百年来农业工程科学技术在农业生产中广泛应用所引发的农业生产方式和农民生活方式的根本性变革，农业生产效益和生产能力的大幅度提高、农村社会的不断进步以及对世界农业发展和食物安全的突出贡献，1999年底，美国工程院评选出的20世纪对人类社会进步起巨大推动作用的20项工程技术中，“电气化”、“水利化”和“农业机械化”分别列居第1、4、7位，这些领域恰恰是农业工程科学研究和技术应用核心。

这一评价客观反映出农业工程技术在人类社会发展和农业现代化进程中的重要地位和作用。

过去半个多世纪以来，我国以不足世界7%的耕地养活了超过世界22%的人口并逐步进入小康社会，农业工程技术的发展和应用起到了重要作用，它为我国农业农村经济发展和现代农业建设提供了大量现代化的设施装备。

农业工程技术在我国的应用和发展

1.提高了我国农业从业人员的素质、农业生产过程的工业化水平和农产品的产量、质量与产值；

2.提高了农民收入，改善了农民生活水平；

3.消化和转移了2亿多农村劳动力，推进了我国的城镇化进程；

4.奠定了我国农业现代化的基础；

5.对国家粮食安全和国民经济的可持续发展做出了重要贡献。

第二部分国内外农业工程技术发展现状

二、国外农业工程技术发展现状

2.1农业工程学科的发展

世界农业工程学科的建立，可以追溯到百年前以美国农业工程师学会成立（1907）为标志。

20世纪初，为适应农业现代化的需要，美国一些高等院校相继设立了农业工程系，研究方向涉及了农业动力机器、农业机械、农业机械化、农业电气化、农产品加工、农业生物环境控制与农业建筑、水土控制、食品工程、森林工程等。

在农业工程科研教育事业发展的带动下，人类广泛应用农业工程技术改造传统农业生产方式，推动农业产业技术革命取得了伟大成就。

1940年美国基本实现了农业机械化，较早建成了高度发达的农业。

1953年，前苏联和原联邦德国分别基本实现了农业机械化。

日本从20世纪50年代加快了农业机械化的发展，用17年的时间实现了整地、排灌、植保、脱粒、运输和加工机械化，之后又用10年解决了水稻育秧、插秧、收获、烘干等机械作业问题。2.2世界农业工程技术的发展现状

从19世纪末20世纪初以来，随着世界经济的迅速发展和工业化进程的加快，各国的传统农业都逐步向现代农业转变，农业工程科技得到了长足的发展。

1、农业工程基础设施建设投入大，发展充分

在以美国、澳大利亚、加拿大、俄罗斯等国家为代表的经济、科技和资源都很强大、丰富的规模型农业中，农业工程基础设施建设投入大，发展充分。体现在农业机械化、电气化程度高，农田水利和水土保持工程建设完善，农业生态和环境工程建设也得到高度重视。

同时，各种高新和尖端科技在农业工程中也加以运用，为发展“节劳型”农业提供保障。如19世纪20年代以来，美国依靠科技进步，实行农业机械化以替代大量劳动力，改良土壤，兴修水利，投入大量现代科技要素，使农作物产量迅速提高。

进入80年代后，美国将一些高新科学技术应用到农业工程中，利用全球定位系统（GPS）、遥感系统（RS）及地理信息系统（GIS）的“3S”等高新技术，快速而准确地获取农业系统的多维信息，精确地指导农业生产，使从事生物性生产的农业的分散性、地域性、变异性、经验性以及稳定性和可控程度差等弱质性得到全面改善，美国农业的劳动生产率、土地产出率再次大幅度提高。

此外，工程技术与生物技术的结合，使得分子育种、胚胎移植等技术突飞猛进，优良品种得以迅速繁育、推广，全美约60%-70%的奶牛是通过胚胎移植技术获得的，良种牛胚胎移植研究走出了实验室并形成产业，每年移植成功多达20万头以上。数以万吨计的植物良种的大规模加工、精选、包衣以及育苗工厂化都受到了各国政府的高度重视。2、先进的农业工程技术和综合性农业工程措施得以充分运用

在以荷兰、以色列、日本等国家为代表的科技先导型农业中，先进的农业工程技术和综合性农业工程措施得以充分运用，极大地提高了土地、水资源等自然资源的利用效率，是发展“节地型”农业模式的关键。

3、农业工程技术在发展中国家得到了快速发展

2.3农业工程技术发展方向与趋势

进入21世纪，生物技术与信息技术快速发展，正在引导着一场新的农业科技革命。农业工程学科在新的农业科技革命与经济全球化的推动下，已突破传统模式，在材料、产品、工艺、装备、手段等方面不断更新，在学科基础、时间域和空间域多方向上的变化趋势日趋明显。

1、学科交叉与融合更加广泛

除了传统的机械、土木、水利、电气工程技术与农业生物、资源、环境学科的结合外，微电子学、人工智能、信息技术、新材料、生物化学、近代物理、现代数学等与新兴生物技术、生态学、农业经济与管理学科密切结合渗透，成为现代农业工程技术创新的生长点。

尤其是生物技术、计算机科学和信息技术的发展冲击着农业工程学科的每个研究领域，正成为现代农业工程学科发展和推动农业高新技术研究和产业化应用的先导技术，对农业工程各分支学科的发展与技术创新实践发生着重要的影响。

3、研究领域进一步拓展

4.研究内容更加纵深化和精细化

第三部分农业工程技术集成的重要意义

3.1集成创新的提出

集成创新就是把已有的知识、技术创造性地加以集成，获得新产品、新工艺、新服务或者新的经营管理模式的创新方式。它虽然使用了非原始创新的组成要素，但是使用了新颖的集成方式与方法。集成创新已成为实现知识更新，促进新技术、