“當(dāng)前，我國正處于機(jī)械化、信息化與智能化深度融合的快速發(fā)展階段，農(nóng)機(jī)青年科學(xué)家應(yīng)進(jìn)一步聚焦自己的研究領(lǐng)域，堅持自主創(chuàng)新和守正創(chuàng)新，在農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮積極的作用?！苯?，在第五屆中國農(nóng)機(jī)青年科學(xué)家論壇上，中國科學(xué)院院士、中國機(jī)械工業(yè)集團(tuán)科技委副主任閆楚良表示。

今年是“十四五”的開局之年，也是全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興、加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化建設(shè)的關(guān)鍵之年。為此，此次論壇以“‘雙強(qiáng)行動’科技賦能鄉(xiāng)村振興共同富?！睘橹黝}，全面搭建面向全國農(nóng)機(jī)和農(nóng)機(jī)化系統(tǒng)青年科技工作者相互了解、交流合作和共同提高的開放平臺，為助力鄉(xiāng)村全面振興提供智力支撐。

研發(fā)更精準(zhǔn)的土壤消毒機(jī)

土壤是不可再生資源，我國耕地面積有限，土壤狀況堪憂。

西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院博士馬浩霖提供的數(shù)據(jù)顯示，我國高附加值經(jīng)濟(jì)作物連作概率大，由此導(dǎo)致土傳病害發(fā)作面積不斷擴(kuò)大，嚴(yán)重時可減產(chǎn)50%~60%。

為土壤尋求消毒設(shè)備成為農(nóng)機(jī)領(lǐng)域繞不開的話題。現(xiàn)有的土壤消毒方式有自走火焰土壤消毒機(jī)、蒸汽注射消毒機(jī)、氯化苦覆膜注射一體機(jī)等。但遺憾的是，缺少棉隆大田作業(yè)精準(zhǔn)施用土壤消毒設(shè)備。

“棉隆是國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的固態(tài)土壤熏蒸劑，已經(jīng)應(yīng)用于生姜、草莓、三七等高價值作物防治姜瘟病、根腐病和枯萎病等?！瘪R浩霖表示，棉隆消毒技術(shù)具有高效、低殘留、儲運(yùn)安全等優(yōu)勢。

而棉隆機(jī)械施藥現(xiàn)狀卻是：手動撒藥均勻性差；撒藥后再進(jìn)行旋耕，容易造成漂移，危害人畜安全；機(jī)器作業(yè)幅寬有限，作業(yè)速度低，效率相對較低。此外，其價格約為傳統(tǒng)化肥的十倍，限制其應(yīng)用推廣。

鑒于此，在中國工程院院士趙春江的帶領(lǐng)下，西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院研發(fā)了固態(tài)熏蒸劑土壤消毒機(jī)。

“我們基于物聯(lián)網(wǎng)的固態(tài)熏蒸劑土壤消毒機(jī)精準(zhǔn)監(jiān)控系統(tǒng)，采取電機(jī)轉(zhuǎn)速和排藥速率自適應(yīng)變化的控制方法，將固態(tài)熏蒸劑精準(zhǔn)施藥，并且反復(fù)進(jìn)行田間試驗，最終證實了該設(shè)備控制系統(tǒng)穩(wěn)定性和撒藥的準(zhǔn)確性。”馬浩霖說，去年11月，該設(shè)備在山東省安丘市土壤消毒演示會上取得了良好效果。

加快農(nóng)業(yè)機(jī)械與智能化程度

如果土壤問題是農(nóng)業(yè)的根本，那么如何實現(xiàn)糧食作物的播種保收烘等環(huán)節(jié)的全程機(jī)械化便是又一重要話題。

我國是世界上最大的糧食生產(chǎn)國和消費(fèi)國，糧食產(chǎn)量從2000年的4.6億噸增長到2019年的6.6億噸。其中，種植是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而我國農(nóng)作物種植總體機(jī)械化率超過70%。

“種植質(zhì)量直接影響糧食產(chǎn)量?！敝袊r(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司高級工程師?？当硎?，我國農(nóng)作物種植存在漏播損失率高、化肥投放效率低、機(jī)械智能化程度低等問題。

牛康認(rèn)為，播施作業(yè)智能化是解決漏播、過量施肥的關(guān)鍵。其中，光電式傳感器是目前市場主流的漏播監(jiān)測手段，壓電、微波等檢測手段可有效消除高塵環(huán)境影響。

具體而言，他們團(tuán)隊將種肥參數(shù)感知技術(shù)與作業(yè)自動控制技術(shù)作為研究重點。圍繞多種類型播種機(jī)種肥定量檢測技術(shù)開展研究，研發(fā)出顆粒種肥流量檢測技術(shù)、玉米播種量檢測技術(shù)、氣流式播種機(jī)流量檢測技術(shù)、馬鈴薯播種機(jī)漏播檢測技術(shù)、馬鈴薯播種機(jī)自補(bǔ)種技術(shù)、變量施肥控制技術(shù)、播深調(diào)控技術(shù)等。

“經(jīng)過試驗證實，新技術(shù)不僅為智能化播種裝備提供強(qiáng)力支撐，還提高了播種施肥作業(yè)信息化監(jiān)管水平?！迸？嫡f。

而重慶文理學(xué)院智能制造工程學(xué)院教師黎斌則從糧食干燥理論及技術(shù)入手進(jìn)行了分析。

糧食干燥環(huán)節(jié)具有防止腐爛、便于運(yùn)輸、便于加工、減少損失等作用。上世紀(jì)80年代，美、日、加拿大等發(fā)達(dá)國家的糧食干燥機(jī)械化程度已達(dá)95%以上。而我國糧食總產(chǎn)量達(dá)6億多噸，80%在農(nóng)村，干燥機(jī)械化程度總體不足20%。

黎斌表示，目前糧食干燥機(jī)存在技術(shù)與能量評價方法兩方面的問題，主要表現(xiàn)為干燥過程解析理論不完整、物系能效評價方法不科學(xué)、評估指標(biāo)過多、忽略環(huán)境對干燥效果的影響。針對上述諸多問題，重慶文理學(xué)院智能制造工程學(xué)院教授趙立軍團(tuán)隊經(jīng)過多年探索從能量和經(jīng)濟(jì)兩個角度提煉出其中的共性問題：不同能量形式之間可以相互轉(zhuǎn)換的有用能部分，即?；干燥的最終目的是以最低成本實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，即成本。

黎斌以5HP-50雙塔循環(huán)玉米干燥裝備為例，構(gòu)建生產(chǎn)結(jié)構(gòu)圖，采用改進(jìn)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)分析法構(gòu)建?經(jīng)濟(jì)成本矩陣，求解得出各?流單位?經(jīng)濟(jì)成本，從能量和成本兩方面揭示出各?流時空分布情況及各用能薄弱環(huán)節(jié)，并給出優(yōu)化方案，實現(xiàn)玉米烘干過程“透明化”。比如，從高濕玉米中去除1公斤水的?經(jīng)濟(jì)成本僅為0.38元。

無損精準(zhǔn)感知馬鈴薯品質(zhì)

作為世界上馬鈴薯種植面積最大、總產(chǎn)量最多的國家，2020年，中國馬鈴薯產(chǎn)量為1.3億噸，產(chǎn)量占全球24.91%。馬鈴薯幾乎適應(yīng)我國絕大多數(shù)的種植環(huán)境。

“隨著國家對馬鈴薯主糧化的加快，在加工前對每一個馬鈴薯進(jìn)行品質(zhì)快速無損檢測很有必要，對保障我國糧食安全、緩解資源環(huán)境壓力、改善民眾膳食結(jié)構(gòu)和促進(jìn)農(nóng)民增收和農(nóng)業(yè)發(fā)展有重要意義。”杭州電子科技大學(xué)數(shù)字農(nóng)業(yè)研究院副教授陳豐農(nóng)指出。

目前，市場上馬鈴薯分選機(jī)非常多，但絕大多數(shù)是簡單分選，也有部分用機(jī)器視覺進(jìn)行分選。不過，依然缺乏對馬鈴薯內(nèi)部品質(zhì)進(jìn)行快速無損精準(zhǔn)分級的設(shè)備。此前，中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院研究員楊炳南團(tuán)隊在馬鈴薯品質(zhì)上做了大量的工作。國外也有不少廠家制造了馬鈴薯品質(zhì)的機(jī)器，但主要集中在機(jī)器視覺的外部品質(zhì)檢測，且價格昂貴，在售后服務(wù)方面缺乏有效保障。

陳豐農(nóng)表示，他們團(tuán)隊基于機(jī)器視覺和近紅外光譜技術(shù)，采用深度學(xué)習(xí)和光譜分析等對馬鈴薯表面和內(nèi)部缺陷、重量大小、內(nèi)部物質(zhì)含量等進(jìn)行快速無損精準(zhǔn)感知。

這其中包括馬鈴薯腐爛、綠皮、發(fā)芽、機(jī)械損傷共4 類表面缺陷，黑心病和空心病等內(nèi)部缺陷，淀粉含量，糖度和酸度等指標(biāo)。

“經(jīng)過實際驗證，我們可以實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)算法對其外部品質(zhì)的檢測速度單個通道可達(dá)60pc/秒，光譜分析方法對其內(nèi)部品質(zhì)檢測速度可達(dá)50pc/秒?！标愗S農(nóng)表示，該設(shè)備能結(jié)合馬鈴薯外部與內(nèi)部品質(zhì)進(jìn)行綜合分析，還可以根據(jù)客戶的需求任意增加和減少功能，實行產(chǎn)品差異化。目前第一代產(chǎn)品已經(jīng)開發(fā)成功，正在進(jìn)行第二代產(chǎn)品開發(fā)。

  來源：《中國科學(xué)報》