“當(dāng)前，我國正處于機械化、信息化與智能化深度融合的快速發(fā)展階段，農(nóng)機青年科學(xué)家們應(yīng)進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�日，在第五屆中國農(nóng)機青年科學(xué)家論壇上，中國科學(xué)院院士、中國機械工業(yè)集團科技委副主任閆楚良在致辭中表示。

　　今年是“十四五”的開局之年，也是全面推進鄉(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“‘雙強行動’科技賦能 鄉(xiāng)村振興共同富裕”為主題，全面搭建面向全國農(nóng)機和農(nóng)機化系統(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)更精準的土壤消毒機

　　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)院博士馬浩霖在論壇上提供的數(shù)據(jù)顯示，我國高附加值經(jīng)濟作物連作幾率大，由此導(dǎo)致土傳病害發(fā)作面積不斷擴大，嚴重時可減產(chǎn)50%~60%。

　　為土壤尋求消毒設(shè)備成為農(nóng)機領(lǐng)域繞不開的話題�，F(xiàn)有的土壤消毒方式有自走火焰土壤消毒機、蒸汽注射消毒機、氯化苦覆膜注射一體機等。但遺憾的是，缺少棉隆大田作業(yè)精準施用土壤消毒設(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、儲運安全等優(yōu)勢。

　　而棉隆機械施藥現(xiàn)狀卻是：手動撒藥均勻性差;撒藥后再進行旋耕，容易造成漂移，危害人畜安全;機器作業(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。

　　“我們基于物聯(lián)網(wǎng)的固態(tài)熏蒸劑土壤消毒機精準監(jiān)控系統(tǒng)，采取電機轉(zhuǎn)速和排藥速率自適應(yīng)變化的控制方法，將固態(tài)熏蒸劑精準施藥，并且反復(fù)進行田間試驗，最終證實了該設(shè)備控制系統(tǒng)穩(wěn)定性和撒藥的準確性�！瘪R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)作物種植總體機械化率超過70%。

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

　　�？嫡J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)、氣流式播種機流量檢測技術(shù)、馬鈴薯播種機漏播檢測技術(shù)、馬鈴薯播種機自補種技術(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力支撐，還提高了播種施肥作業(yè)信息化監(jiān)管水平。”�？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)入手進行了分析。

　　糧食干燥環(huán)節(jié)具有防腐爛、便運輸、便加工、減損失等作用。上世紀80年代，美、日、加拿大等發(fā)達國家的糧食干燥機械化程度已達95%以上。而我國糧食總產(chǎn)量達6億多噸，80%在農(nóng)村，干燥機械化程度卻總體不足20%。

　　黎斌表示，目前糧食干燥機存在技術(shù)與能量評價方法兩方面的問題，主要表現(xiàn)在干燥過程解析理論不完整、物系能效評價方法不科學(xué)、評估指標過多。此外，一些評估指標僅考慮人為因素卻忽略環(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)院教授趙立軍團隊經(jīng)過多年探索提煉出其中的共性問題：不同能量形式之間可以相互轉(zhuǎn)換的那部分——。

　　“對于企業(yè)來講，干燥的最終目的是以最低成本實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化�！崩璞笳f，以5HP-50雙塔循環(huán)玉米干燥裝備為例，基于所構(gòu)建的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)圖，采用改進生產(chǎn)結(jié)構(gòu)分析法構(gòu)建經(jīng)濟成本矩陣，求解得出各流單位經(jīng)濟成本，從能量和效益兩方面揭示各用能薄弱環(huán)節(jié)，并給出優(yōu)化方案，實現(xiàn)糧食烘干過程“透明化”。比如，從高濕玉米中去除1公斤水的經(jīng)濟成本僅為0.38元。

　　無損精準感知馬鈴薯品質(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)于我國絕大多數(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行品質(zhì)快速無損檢測很有必要，在保障我國糧食安全、緩解資源環(huán)境壓力、改善民眾膳食結(jié)構(gòu)和促進農(nóng)民增收和農(nóng)業(yè)發(fā)展有重要意義�！焙贾蓦娮涌萍即髮W(xué)數(shù)字農(nóng)業(yè)研究院副教授陳豐農(nóng)在題為《基于跨模態(tài)融合技術(shù)的馬鈴薯品質(zhì)快速無損精準感知》的報告中指出。

　　目前，市場上馬鈴薯分選機非常多，但絕大多數(shù)是簡單分選，也有部分用機器視覺進行分選。不過，依然缺乏對馬鈴薯內(nèi)部品質(zhì)進行快速無損精準分級的設(shè)備。此前，中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院研究員楊炳南團隊在馬鈴薯品質(zhì)上做了大量的工作。國外也有不少廠家也做了馬鈴薯品質(zhì)的機器，但主要集中在機器視覺的外部品質(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，他們團隊基于機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)含量等進行快速無損精準感知。

　　這其中包括馬鈴薯腐爛、綠皮、發(fā)芽、機械損傷共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。

　　“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60pc/秒，光譜分析方法對其內(nèi)部品質(zhì)檢測速度可達50pc/秒。”陳豐農(nóng)表示，該設(shè)備能結(jié)合馬鈴薯外部與內(nèi)部品質(zhì)進行綜合分析，并且還可以根據(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，正在進行第二代產(chǎn)品開發(fā)，并期望國內(nèi)外同行試用和批評指正。

　　新檢測系統(tǒng)提升蔬果品質(zhì)

　　糧食固然重要，蔬菜和水果在我國的獨特地位也不容忽視。

　　數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，2011年我國蔬菜產(chǎn)量、產(chǎn)值均超糧食，首次成為第一大農(nóng)產(chǎn)品。2019 年我國蔬菜種植面積20863千公頃。

　　“其中，旱作移栽技術(shù)不僅能提高作物生長的抗災(zāi)抗逆能力，還能保證作物增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，最終提高蔬菜品質(zhì)�！焙幽峡萍即髮W(xué)農(nóng)業(yè)裝備工程學(xué)院教師馬義東在論壇上表示。高速作業(yè)是當(dāng)前自動移栽機發(fā)展瓶頸。

　　如何研發(fā)出一種對移栽作業(yè)狀態(tài)進行實時、高精度、專用檢測裝置勢在必行。為此，河南科技大學(xué)農(nóng)業(yè)裝備工程學(xué)院副院長金鑫團隊研發(fā)出了新型缽苗移栽機及作業(yè)狀態(tài)檢測系統(tǒng)，包括：基于PSD的取苗機械手空間位姿特性檢測系統(tǒng)、基于PVDF的取苗夾取力檢測傳感器、缽苗栽插直立度視覺檢測系統(tǒng)、缽苗栽深超聲波檢測系統(tǒng)等。

　　“上述檢測系統(tǒng)突破了機械手空間位姿特性高精度實時檢測技術(shù)，解決了夾取力檢測裝置安裝空間小等難題，提升了夾取力實時檢測精度，為移栽機優(yōu)化、智能升級等提供基礎(chǔ)�！瘪R義東說。

　　提到水果，我國的產(chǎn)量居世界首位，但優(yōu)質(zhì)高檔果率不足30%，遠低于發(fā)達國家的水平(85%)。

　　“提質(zhì)已成為果業(yè)發(fā)展的優(yōu)先主題。”華東交通大學(xué)副教授孫旭東的報告題目是《水果最佳采收期NIRS預(yù)測》，他指出，采收期NIRS預(yù)測源于精準農(nóng)業(yè)的理念，以地塊為單位，實時無損監(jiān)測樹上水果典型性狀變化規(guī)律，預(yù)測最佳采收期。

　　這其中涉及到吸光度校正、生物物料光特性、微量成分檢測、溫度校正、數(shù)學(xué)模型等關(guān)鍵技術(shù)。

　　“NIRS能與其他技術(shù)融合互補，在果業(yè)的育種、種植、儲運、加工環(huán)節(jié)發(fā)揮更大的作用�！睂O旭東表示，NIRS是最為實用的光譜技術(shù)之一，NIRS應(yīng)用越靠近價值鏈前端，價值越高，其譜圖信息將于與園藝知識深度交叉融合，其采收期預(yù)測與智能化分選協(xié)同應(yīng)用將有廣闊市場。

（責(zé)任編輯：華康）