現(xiàn)代農(nóng)藝與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備農(nóng)業(yè)工程概論教學(xué)課件

1、16 現(xiàn)代農(nóng)藝與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備一、為免耕農(nóng)藝服務(wù)的農(nóng)機(jī) 二、為地膜覆蓋農(nóng)藝服務(wù)的農(nóng)機(jī)三、為節(jié)水農(nóng)業(yè)服務(wù)的農(nóng)機(jī)四、為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)服務(wù)的智能化農(nóng)機(jī) 五、為設(shè)施園藝服務(wù)的農(nóng)機(jī)六、農(nóng)業(yè)機(jī)器人 農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程1Generality of Agricultural Engineering 一、為保護(hù)性耕作服務(wù)的現(xiàn)代農(nóng)機(jī)具1.保護(hù)性耕作的概念 我國(guó)自然氣候條件：北方:旱（雨水少）、日照短、溫差大、風(fēng)力大；而南方:為濕（雨水多）、日照長(zhǎng)、溫差小、風(fēng)力小。 適用的機(jī)械：北方主要是旱作機(jī)械，南方主要是水田機(jī)械農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程2Generality of Agricultural Engineering保護(hù)性耕作的內(nèi)涵：

2、針對(duì)保護(hù)性耕作的基本要點(diǎn)，可以用4句話(huà)概括其主要內(nèi)容：秸稈覆蓋、免耕播種、以松代翻、化學(xué)除草。保護(hù)性耕作是相對(duì)于傳統(tǒng)翻耕的一種新型耕作技術(shù)。 定義：在前茬作物收割后不經(jīng)土壤耕作或耕作減少到只要能保證種子發(fā)芽即可的耕作技術(shù)。由于它有利于保水保土，所以稱(chēng)為保護(hù)性耕作。農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程3Generality of Agricultural Engineering2.保護(hù)性耕作的背景現(xiàn)象：近幾十年來(lái)，我國(guó)機(jī)械耕作活動(dòng)增強(qiáng)，農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量大幅度上升，但河流泛濫、沙塵暴猖獗、土壤退化、作業(yè)成本上升已是不爭(zhēng)的事實(shí)。農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程4Generality of Agricultural Engineering 機(jī)械化

3、作為一項(xiàng)生產(chǎn)工具，可以破壞環(huán)境、也可以保護(hù)環(huán)境。 對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化來(lái)說(shuō)，機(jī)械化保護(hù)性耕作是從提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和土地生產(chǎn)率,到既發(fā)展生產(chǎn)又保護(hù)資源與環(huán)境的革命性變化。農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程5Generality of Agricultural Engineering 保護(hù)性耕作是在保留地表覆蓋物的前提下免耕播種，以保留土壤自我保護(hù)機(jī)能和營(yíng)造機(jī)能為目的，由單純改造自然到與自然協(xié)調(diào)發(fā)展的革命性的變化。 發(fā)展保護(hù)性耕作是機(jī)械化由單純承擔(dān)生產(chǎn)任務(wù)向承擔(dān)生產(chǎn)和環(huán)保任務(wù)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，是一場(chǎng)機(jī)械化耕作技術(shù)的革命。農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程6Generality of Agricultural Engineering 保護(hù)性耕作的起源治理沙

4、塵暴、保護(hù)耕地、保護(hù)環(huán)境。 十九世紀(jì)中期，美國(guó)拉開(kāi)了西部大開(kāi)發(fā)的序幕，美國(guó)鼓勵(lì)移民大面積開(kāi)荒種地，采用大型耕作機(jī)具，大面積的機(jī)械化翻耕，加快了土地開(kāi)發(fā)的力度，獲得了幾十年不錯(cuò)的好收成。但由于過(guò)度耕作和頻繁攪動(dòng)土層，土壤侵蝕嚴(yán)重，水土流失加劇，植被嚴(yán)重破壞，農(nóng)田肥力日趨衰竭。到1935年5月，發(fā)生了兩次震驚世界的黑風(fēng)暴，自西向東，橫掃美國(guó)2/3的田地。黑風(fēng)暴過(guò)后，大地被刮去530cm厚的表土，30萬(wàn)ha以上的良田遭到毀壞。黑風(fēng)暴驚醒了美國(guó)人，是自已錯(cuò)誤的耕作方式招來(lái)的后果。為此，美國(guó)成立了土壤保護(hù)局，就此開(kāi)始了對(duì)各種保水、保土的耕作法研究即保護(hù)性耕作的研究。同樣的問(wèn)題在澳大利亞、英國(guó)、前蘇聯(lián)等國(guó)

5、也先后發(fā)生，自此，以美國(guó)、澳大利亞、英國(guó)、前蘇聯(lián)展開(kāi)了各種保水、保土的保護(hù)性耕作的研究。農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程7Generality of Agricultural Engineering3. 保護(hù)性耕作的增產(chǎn)機(jī)理 保護(hù)性耕作與傳統(tǒng)耕作相對(duì)照，使農(nóng)作物增產(chǎn)的主要因素有兩方面，即土壤水分的增加與土壤肥力的提高。 土壤水分增加由于地表的保護(hù)，減少了水分蒸發(fā) 旱作農(nóng)業(yè)沒(méi)有灌溉，土壤水分基本上來(lái)自天上的降雨。雨水消耗分三部分：第一是徑流的消耗，它是指在降雨的時(shí)候，雨水還沒(méi)有入滲到地里，就在地表上流走了，是無(wú)用的損失；第二是地表的蒸發(fā)，也是無(wú)用的消耗；第三才是供給作物生長(zhǎng)的有效耗水。農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程8Genera

6、lity of Agricultural Engineering 根據(jù)測(cè)定，我國(guó)北方地區(qū)平均降雨徑流占降雨的10%左右、坡地可以達(dá)到30%多，蒸發(fā)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，只能減少?gòu)搅?、減少蒸發(fā)。農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程9Generality of Agricultural Engineering 保護(hù)性耕作減少?gòu)搅?經(jīng)多年的測(cè)定，徑流最大的是剛翻過(guò)的地，其次是沒(méi)有覆蓋也沒(méi)有翻耕的地，徑流最小的是免耕覆蓋和淺松覆蓋地。保護(hù)性耕作累計(jì)徑流量比傳統(tǒng)翻耕地減少60%左右。 保護(hù)性耕作減少蒸發(fā) 秸稈覆蓋使地面溫度降低、風(fēng)速減小，從而減少蒸發(fā)。 土壤肥力提高

7、 保護(hù)性耕作使大量秸稈殘茬通過(guò)覆蓋的方式還田，直接增加有機(jī)質(zhì)、減少耕作，特別是取消翻耕，可以間接增加有機(jī)質(zhì)。農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程10Generality of Agricultural Engineering4.保護(hù)性耕作的生態(tài)環(huán)境保護(hù)機(jī)理 保護(hù)性耕作減少土壤水蝕 保護(hù)性耕作減少土壤風(fēng)蝕、防治沙塵暴 裸露的農(nóng)田和退化是沙塵暴的重要來(lái)源。 粗沙粒不會(huì)被風(fēng)吹離地面，只會(huì)在大風(fēng)下沿地面滾動(dòng)。 細(xì)土粒會(huì)被風(fēng)吹離地面，但不可能升上高空，而是在近空躍動(dòng)前進(jìn)，風(fēng)大時(shí)躍起來(lái)，風(fēng)小時(shí)落下來(lái)。粗沙粒和細(xì)土粒都不可能長(zhǎng)途移動(dòng)。 只有塵微粒才能被風(fēng)吹到高空，運(yùn)移千里外，是沙塵暴的主要成分。農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程11Generali

8、ty of Agricultural Engineering二、為地膜覆蓋農(nóng)藝服務(wù)的農(nóng)機(jī) 地膜覆蓋特點(diǎn):保墑與提高地溫農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程12Generality of Agricultural Engineering 我國(guó)年平均降水總量約6.188萬(wàn)億立方米，年水資源總量約2.7萬(wàn)億立方米，居世界第六位，但人均占有量?jī)H2250立方米，只有世界平均水平的1/4，按畝均算只有1300立方米，只有世界平均水平的一半。 三、為節(jié)水農(nóng)藝服務(wù)的現(xiàn)代農(nóng)機(jī)具 目前，全國(guó)已有600多座城市缺水，每年城鎮(zhèn)缺水200億立方米以上，而農(nóng)業(yè)用水每年虧缺300億立方米，農(nóng)村有2000萬(wàn)人口飲水困難。 1.節(jié)水農(nóng)業(yè)提出的背景農(nóng)

9、業(yè)機(jī)械化工程13Generality of Agricultural Engineering 由于輸水方式、灌溉方式、農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施、耕作制度、栽培方式等方面的問(wèn)題，我國(guó)農(nóng)業(yè)用水的利用率很低，渠道灌溉區(qū)只有30%40%，機(jī)井灌溉區(qū)也只有60%，和一些發(fā)達(dá)國(guó)家（達(dá)80）相比有很大差距。以色列高達(dá)95的利用率。每單位凈耗水的糧食生產(chǎn)效率不足1kg/m3，和一些發(fā)達(dá)國(guó)家單位凈耗水23kg/m3的水平相比差距很大。 農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程14Generality of Agricultural Engineering 目前黃河流域農(nóng)業(yè)用水占總用水量的92%，大約有4/5的面積是大水漫灌，節(jié)水灌溉面積僅227

10、6萬(wàn)畝，占總灌溉面積的20%。我國(guó)西部地區(qū)普遍缺水，其中西北干旱少雨，西南土層瘠薄，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境脆弱。 農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程15Generality of Agricultural Engineering 據(jù)預(yù)測(cè)，在2030前后我國(guó)人口將達(dá)到16億高峰，需要糧食增長(zhǎng)到6.47.2億噸才能滿(mǎn)足需求，按照現(xiàn)有水平預(yù)測(cè)，為了滿(mǎn)足這種糧食需求，灌溉面積需要發(fā)展到9.0億畝，此時(shí)，用水量將從現(xiàn)狀的4000億m3增長(zhǎng)到6650億m3。 以色列60年內(nèi)農(nóng)業(yè)產(chǎn)量增加12倍，而農(nóng)業(yè)用水量只增加了3倍。從當(dāng)時(shí)1個(gè)農(nóng)民養(yǎng)活17個(gè)人，到2005年可以養(yǎng)活95個(gè)人。農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程16Generality of Agricul

11、tural Engineering 要提高水資源的利用效率，節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展是必由之路。 目前，我國(guó)的耕地灌溉率已經(jīng)高達(dá)40%，農(nóng)田灌溉用水總量36003800億m3，占全國(guó)總用水量的65%。據(jù)中國(guó)工程院預(yù)測(cè)，在不增加灌溉用水的條件下，2030年全國(guó)缺水高達(dá)13002600億m3，其中農(nóng)業(yè)缺水500700億m3。 如果我們把農(nóng)業(yè)灌溉水的利用率由目前的0.45提高到發(fā)達(dá)國(guó)家的0.7，則僅節(jié)水灌溉一項(xiàng)即可節(jié)水900950億m3！不僅可以解決7億噸左右食物生產(chǎn)的用水，還可以富裕出400500億m3的水用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的其它重要領(lǐng)域。 農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程17Generality of Agricultural

12、Engineering5節(jié)水農(nóng)業(yè)(Water-Saving Agriculture )綜合技術(shù) 節(jié)水農(nóng)業(yè)指的是在相同生產(chǎn)效果的前提下，以各種省水農(nóng)業(yè)技術(shù)為主的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)體系。這些省水農(nóng)業(yè)技術(shù)包括：省水種植技術(shù)與方法、節(jié)水灌溉技術(shù)與方法、節(jié)水作物品種培育技術(shù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水回收再利用技術(shù)、降低不可回收水的技術(shù)與方法等。 2.節(jié)水灌溉技術(shù)與裝備3.防止溝渠滲水技術(shù)4.節(jié)水耕地技術(shù)與裝備農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程18Generality of Agricultural Engineering四、為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)服務(wù)的智能化農(nóng)機(jī) 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是80 年代初期國(guó)際農(nóng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)的一門(mén)跨學(xué)科新興的綜合技術(shù)。它是通過(guò)使用基于平

13、方米級(jí)的田塊區(qū)別管理耕地的方式，來(lái)確定最經(jīng)濟(jì)、最合理、最科學(xué)的各種農(nóng)業(yè)投入，高效地利用各類(lèi)農(nóng)業(yè)資源，并改善環(huán)境，從而獲得經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等方面最佳回報(bào)的一種管理策略和技術(shù)體系。 是一種新的農(nóng)業(yè)科學(xué)管理的理念和戰(zhàn)略思想。農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程19Generality of Agricultural Engineering 為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)服務(wù)的智能化農(nóng)機(jī)主要是指采用變量投入技術(shù)VRT（Variable Rate Technology）的農(nóng)機(jī)，即指安裝有計(jì)算機(jī)、DGPS(差分校正全球衛(wèi)星定位技術(shù))等先進(jìn)設(shè)備的農(nóng)機(jī)具，根據(jù)它所處的耕地位置自動(dòng)調(diào)節(jié)物料箱里某種農(nóng)業(yè)物料投入速率的一種技術(shù)。變量投入系統(tǒng)通常主要包含流動(dòng)作業(yè)機(jī)

14、具、調(diào)節(jié)實(shí)際物流速率的控制器、定位系統(tǒng)和對(duì)應(yīng)耕地的理想物料應(yīng)用描述圖。 農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程20Generality of Agricultural Engineering 智能農(nóng)機(jī)系統(tǒng)主要包括： 帶定位系統(tǒng)和產(chǎn)量測(cè)量的聯(lián)合收割機(jī) 帶有定位系統(tǒng)和處方圖讀入設(shè)備， 控制播深和播量的谷物精密播種機(jī)； 控制施肥量的施肥機(jī)； 控制劑量的噴藥機(jī)； 控制水量的噴灌機(jī) 其它智能作業(yè)機(jī)械農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程21Generality of Agricultural Engineering 2.變量施肥機(jī) 根據(jù)田塊的不同要求，有針對(duì)性地撒施不同配方及不同量的混合肥。具體工作如下：田間各小區(qū)所需肥料的比率及單位面積施用量，都事

15、先已編程存入計(jì)算機(jī)；獲取田間當(dāng)前位置信息；控制撒播施肥量。農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程22Generality of Agricultural Engineering 根據(jù)處方圖和DGPS定位，調(diào)節(jié)藥量和霧滴大小。例如，當(dāng)駕駛拖拉機(jī)在田間噴施農(nóng)藥時(shí)，駕駛室中安裝的監(jiān)視器顯示噴藥處方圖和拖拉機(jī)所在的位置。駕駛員監(jiān)視行走軌跡的同時(shí)，數(shù)據(jù)處理器根據(jù)處方圖上的噴藥量，自動(dòng)向噴藥機(jī)下達(dá)命令，控制噴灑。3.變量噴藥機(jī)農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程23Generality of Agricultural Engineering 4.變量灌溉機(jī) 采用主從微處理器分布控制，臂長(zhǎng)達(dá)392m，隨時(shí)調(diào)節(jié)噴灑流量，以適應(yīng)各小區(qū)土壤質(zhì)地、耕層深度、地

16、形及產(chǎn)量潛力不同對(duì)水分的不同要求。5、變量播種機(jī) 按小區(qū)（肥力、墑情、土質(zhì)差異）的不同實(shí)際需要，在播種作業(yè)中隨時(shí)調(diào)整播種量和播深，渴望達(dá)到整塊農(nóng)田出苗整齊茁壯之目的。農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程24Generality of Agricultural Engineering五、為設(shè)施園藝服務(wù)的農(nóng)機(jī)微耕機(jī)設(shè)施環(huán)境下空間有限，因此機(jī)械作業(yè)范圍有限，只能使用小型農(nóng)機(jī)具。農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程25Generality of Agricultural Engineering 農(nóng)業(yè)機(jī)器人具有“感覺(jué)”、“判斷”等更高的功能。它具有如下幾種特點(diǎn)：程序性、適應(yīng)性及通用性。程序性即改變程序軟件，就能變更判斷基準(zhǔn)，變更動(dòng)作順序；適應(yīng)性即

17、根據(jù)環(huán)境與機(jī)械本身的情況，能自動(dòng)進(jìn)行作業(yè)量或質(zhì)的調(diào)整；通用性是指只要改變部分軟硬件即可另作它用。六、農(nóng)業(yè)機(jī)器人1. 農(nóng)業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)與開(kāi)發(fā)要點(diǎn) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程26Generality of Agricultural Engineering由于農(nóng)業(yè)機(jī)器人的作業(yè)對(duì)象是動(dòng)植物，因此在研究開(kāi)發(fā)上要考慮多種客觀(guān)因素。首先，由于作業(yè)對(duì)象的多種多樣，它們的形態(tài)、生長(zhǎng)環(huán)境的不同，因此就要考慮作業(yè)對(duì)象的基本特征、力學(xué)特征及光學(xué)特征等。其次，要考慮到機(jī)器人的工作環(huán)境，如溫度、照度等因素。最后，應(yīng)考慮到操作者的安全性、方便性、舒適性，以及成本價(jià)格問(wèn)題。 農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程27Generality of Agricult

18、ural Engineering2.農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀與種類(lèi) 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大致可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是在大面積農(nóng)田中進(jìn)行作業(yè)的土地利用型農(nóng)業(yè)，在此工作的機(jī)器人又稱(chēng)為行走系列農(nóng)業(yè)機(jī)器人；另一類(lèi)是在溫室或植物工廠(chǎng)中進(jìn)行作業(yè)的設(shè)施型農(nóng)業(yè)，在此工作的機(jī)器人又稱(chēng)為機(jī)械手系列機(jī)器人。農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程28Generality of Agricultural Engineering 對(duì)于一般的耕耘、收獲等作業(yè)，用拖拉機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械的效率已經(jīng)很高，所以對(duì)于這些作業(yè)的機(jī)械主要研究的是無(wú)人駕駛、自主行走、導(dǎo)航等問(wèn)題，即研究的重點(diǎn)不是在作業(yè)部件上，而是把側(cè)重點(diǎn)放在信息的采集、處理、傳遞及機(jī)器工作部件的調(diào)控等方面。 而對(duì)于應(yīng)用于蔬菜、水果生產(chǎn)作業(yè)的機(jī)器人，研究的重點(diǎn)是目標(biāo)的識(shí)別和定位以及機(jī)器的核心工作部件機(jī)械手。 農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程29Generality of Agricultural Engineering 行走系列農(nóng)業(yè)機(jī)器人 行走系列農(nóng)業(yè)機(jī)器人的主要功能是自主行走，邊行走邊作業(yè)，其作業(yè)條件受地理環(huán)境的影響，因此要保