崔凱，馮獻

（1. 中國社會科學院農村發(fā)展研究所，北京 100732；2. 北京市農林科學院信息技術研究中心，北京 100097）

農機裝備是引領農業(yè)變革的重要引擎，伴隨數(shù)字技術與智能制造等在農業(yè)中應用，智能農機裝備將物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、人工智能等引入農業(yè)生產過程，使作業(yè)場景與數(shù)字環(huán)境密切關聯(lián)，實現(xiàn)土壤監(jiān)測、水肥控制、農業(yè)遙感、無人作業(yè)、自動駕駛、智能控制等[1-2]，為優(yōu)化農業(yè)系統(tǒng)提供方案。作為先進農業(yè)生產工具的代表，智能農機裝備引領全面機械化、自主化和無人化作業(yè)，加快數(shù)字技術對農業(yè)的改造，推動數(shù)據(jù)要素驅動下的農業(yè)生產力變革[3]，為加快實現(xiàn)農業(yè)農村現(xiàn)代化提供全面支撐。

國外相關研究前沿聚焦于數(shù)字技術引領下的農業(yè)變革形態(tài)，特別是數(shù)字農業(yè)技術與農業(yè)生產系統(tǒng)、價值鏈和糧食系統(tǒng)的聯(lián)系[4]，在對農業(yè)機械化的數(shù)字化轉型保持關注的同時，對有關國家物聯(lián)網、無人機等在農業(yè)的應用效果進行了分析和評估[5-6]。國內智能農機裝備總體尚處于試驗示范階段，相關研究大多從技術流程、實踐類型等視角來聚焦智能農機裝備，涉及農業(yè)遙感、智能控制技術、裝備技術等[7-8]，亦或針對某類智能農機的發(fā)展現(xiàn)狀分析，如農業(yè)機器人、無人機等[9-10]。從既有研究的理論邏輯和實踐聚焦來看，國內研究尚缺乏立足農業(yè)未來形態(tài)，對智能農機裝備應用涉及的理論基礎、國內外實踐和具體場景的系統(tǒng)歸納，這就限制了對國內農機智能化轉型未來趨勢的理解和把握，也不利于結合農業(yè)變革需求進行戰(zhàn)略謀劃。

本文將國內外實踐與中國未來發(fā)展路徑進行統(tǒng)籌考慮，拓展現(xiàn)有研究范圍，面向農業(yè)4.0和智慧農業(yè)形態(tài)，立足發(fā)展經濟學視角，從理論上明確智能農機裝備應用的邏輯。基于國內外政策和實踐，從現(xiàn)實層面對智能農機裝備的應用場景進行聚焦。在研判智能農機裝備未來技術發(fā)展和應用趨勢基礎上，提出加快智能裝備推廣應用的對策建議，從而將理論分析與對策研究進行整合，來回應農業(yè)變革以及農機升級的現(xiàn)實需求。

1 農業(yè)4.0與智能農機裝備應用

1.1 從農業(yè)4.0到智慧農業(yè)

從實現(xiàn)手段看，農業(yè)1.0是以體力、畜力等勞動作業(yè)為主的農業(yè)，農業(yè)2.0是以機械化、設施化作業(yè)為主的農業(yè)，農業(yè)3.0是以自動化、信息化為主的農業(yè)，農業(yè)4.0是數(shù)字農業(yè)革命的產物[11-12]，它以現(xiàn)代信息技術與先進農機裝備應用為特征[13]，采用精準農業(yè)（PA）、遙感（RS）、機器學習（ML）、人工智能（AI）、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網（IOT）等前沿技術[14]，為農業(yè)生產經營提供由遙感器、無線傳感器網絡（WSN）、虛擬化系統(tǒng)、云計算和最終用戶應用程序等組成的綜合系統(tǒng)[15]，以減少投入（水，化肥，農藥等），應對氣候變化和增加農民利潤，從而實現(xiàn)更高效生產的農業(yè)形態(tài)[16]。

農業(yè)4.0催生以信息和知識為核心要素的智慧農業(yè)[17]。智慧農業(yè)源于精準農業(yè)實踐[12]，是集成互聯(lián)網、物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能等現(xiàn)代信息技術與智能農機裝備，融合農業(yè)生產者的知識和經驗，實現(xiàn)對農業(yè)的信息感知、數(shù)據(jù)分析、智能調控、科學管理、精準決策和定制服務等的新型農業(yè)生產經營管理方式。以智能農機裝備為載體，使智慧農業(yè)模式廣泛體現(xiàn)在土壤監(jiān)測、水肥一體化投入、無人機器作業(yè)、智能溫室控制、決策服務等領域，成為農業(yè)4.0的基本形態(tài)[18]。

1.2 智能農機裝備應用的邏輯理路

在農業(yè)1.0到農業(yè)4.0的歷次變革中，農機裝備歷經從機械化到自動化再到智能化的階段性升級過程。智能農機裝備基于遙感、導航、現(xiàn)代通信、物聯(lián)網、人工智能等前沿信息技術在農業(yè)領域的應用，集合數(shù)據(jù)的采集、分析、控制和決策等作業(yè)流程，具有數(shù)字化、自動化和智能化特征。較之傳統(tǒng)農機具，智能農機裝備產品形態(tài)豐富，包括智能精準播種機、自動控制系統(tǒng)、自動駕駛機、無人植保機、農業(yè)機器人等，全面發(fā)揮農情感知、數(shù)據(jù)分析、自主決策等功能，覆蓋農業(yè)生產全過程，實現(xiàn)提升農業(yè)生產效率，應對農業(yè)生產風險，節(jié)約投入成本等目標。智能農機裝備應用推廣的基本邏輯，體現(xiàn)在規(guī)模經營的實現(xiàn)手段，技術進步的路徑選擇、要素替代的多種形式、產業(yè)融合的有效載體等方面。

1.2.1 突破經營規(guī)模限制 舒爾茨認為農業(yè)生產要素間配置關系存在“假不可分性”[19]，大型拖拉機和大規(guī)模農場的組合并不必然提高效率，追求要素投入回報率的提升，需要視耕作規(guī)模來增加適用性農機供給。農機裝備向多樣化和智能化轉型，能夠為不同規(guī)模的農業(yè)經營提供手段，如基于導航系統(tǒng)的中大型農機跨區(qū)連片作業(yè)，通過數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)農場精細化作業(yè)，在智能溫室中進行自動化作業(yè)等。特別是在地塊分散的小規(guī)模經營模式下，借助激光平地機等提高土地平整精度，可降低不同屬性地塊間的流轉和交易成本，提高農機服務效率。傳統(tǒng)農機局限于固定的作業(yè)功能和服務模式，智能農機裝備借助決策系統(tǒng)[20]，能夠匹配不同土地規(guī)模開展生產任務，將農業(yè)產出落實到具體地塊和作業(yè)場景中，全方位改進農業(yè)生產效率。

1.2.2 保持技術進步的彈性空間 由于各國人地關系與資源稟賦差異，農業(yè)技術進步呈現(xiàn)出有偏性特征，速水和拉坦比較各國農業(yè)現(xiàn)代化進程，指出北美國家尋求節(jié)約勞動力的機械化發(fā)展道路，而亞洲國家以節(jié)約土地的生物技術革命為主導。事實上，在產出效益目標導向下，兩類技術進步在各國農業(yè)增長中相互交織。作為農業(yè)技術創(chuàng)新前沿，智能農機裝備是技術集成的產物，在追求農機技術進步對于節(jié)約勞動力要求的同時，能夠以更加精準化的實現(xiàn)形式，與現(xiàn)代農業(yè)生產要素有機結合。如智能設施系統(tǒng)由專業(yè)管理人才控制，在農業(yè)數(shù)據(jù)和模型支持下，根據(jù)作物生長條件和土壤條件進行水肥投入設定，實現(xiàn)精準定量投入和產出控制，來維持資本、物質、土地和勞動力等要素投入間的比例平衡關系。因此，智能農機裝備帶來的技術進步路徑并不單一，而是能夠兼容有偏或者中性的實現(xiàn)方式，優(yōu)化農業(yè)投入產出結構[21]。

1.2.3 提供要素替代的新進路 要素替代是優(yōu)化資源配置，提高產出的必然過程。智能農機裝備對于農業(yè)發(fā)展的重要意義在于能夠推進多種形式的要素替代來實現(xiàn)要素整合與重構，帶來要素配置層面的改善。一是勞動替代，這是智能農機應用最直接的表現(xiàn)，除自動駕駛應用于大田耕種收以外，借助農業(yè)機器人還可以進行采摘、除草、噴藥和修剪等精細化作業(yè)，滿足復雜作業(yè)需求，進一步釋放農業(yè)勞動力。二是工具替代，依托前沿數(shù)字技術，尤其農業(yè)大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能等集成應用，將數(shù)據(jù)要素與農業(yè)作業(yè)工具緊密結合，引入數(shù)據(jù)感知、采集、分析和決策的系列流程，推動生產工具的持續(xù)更新和迭代，為農業(yè)增長提供可持續(xù)方案[20]。

1.2.4 成為產業(yè)融合的應用載體 現(xiàn)代信息技術、智能制造技術與農業(yè)深度融合，改進傳統(tǒng)農業(yè)生產方式和組織形態(tài)，例如傳統(tǒng)農機和專家系統(tǒng)相結合，加載物聯(lián)網架構、大數(shù)據(jù)平臺等的集成應用，為農業(yè)智慧轉型和生產工具升級奠定制造業(yè)基礎，催生體現(xiàn)工農融合理念和前沿技術特征的智能農機裝備。智能農機裝備將現(xiàn)代工藝引入農業(yè)生產，圍繞服務于農業(yè)生產經營的目標，通過現(xiàn)代工業(yè)手段解決數(shù)據(jù)收集、處理等多個維度同時作業(yè)的高成本問題，改造相對封閉的傳統(tǒng)生產方式，為實現(xiàn)工業(yè)反哺提供了新方式，成為工業(yè)化、信息化引領農業(yè)發(fā)展的重要切入點。

2 國內外智能農機裝備應用的實踐探索

2.1 智能農機裝備正成為各國農機未來發(fā)展重點

隨著各國農業(yè)現(xiàn)代推進，傳統(tǒng)農機正被一系列智能設備和農業(yè)機器人所替代[16]，塑造智慧農業(yè)范式，這符合智能農機裝備應用的基本邏輯。世界范圍內，發(fā)達國家大力支持智能農機裝備在農業(yè)中的應用，以智能農機裝備為代表的農業(yè)生產方式正在蓬勃興起，國際農機巨頭等市場主體也都將智能化轉型作為農機變革的重要方向，加快農機裝備在全球的應用和推廣。中國積極出臺相應政策加快全國和地方層面的布局，在無人機、自動駕駛系統(tǒng)的推廣方面取得初步進展，農機智能化水平逐步提升。

2.1.1 世界農業(yè)強國和跨國企業(yè)引領農機智能化 發(fā)達國家和地區(qū)已經充分認識到智能農機裝備在提高農業(yè)生產率，提高農產品品質、節(jié)省勞動力投入等方面的作用，通過重大戰(zhàn)略規(guī)劃來支持智能農機技術發(fā)展。美國農業(yè)部發(fā)布的2020—2025年科技藍圖中[22]，人工智能、自動化和遙感等技術被列為未來農業(yè)科技行動計劃的重點。利用人工智能和機器學習進行數(shù)據(jù)分析和預測，研發(fā)農業(yè)機器人、作物和土壤監(jiān)測裝置等。同時自動化和遙感技術推動農場管理方式轉變，提高農業(yè)生產率。歐盟高度重視數(shù)字技術在農業(yè)中的應用，認為未來歐洲農業(yè)的發(fā)展方向是現(xiàn)代信息技術與先進農機裝備應用為特征的農業(yè)4.0[12]。歐盟在《2023—2027年共同農業(yè)政策》臨時協(xié)議中明確提出結合農業(yè)知識信息系統(tǒng)（AKIS），支持和促進數(shù)字農業(yè)、精準農業(yè)等創(chuàng)新項目發(fā)展。日本農林水產省專門針對智慧農業(yè)設置財政預算，并在2019年實施智慧農業(yè)示范工程，加快機器人、人工智能和物聯(lián)網等在農業(yè)中的應用。農機企業(yè)等市場主體在推廣智能農機和智慧農業(yè)系統(tǒng)建設中發(fā)揮著重要作用，如約翰迪爾、愛科集團、克拉斯等知名跨國企業(yè)在世界范圍內進行廣泛布局，加快農機智能化升級和示范（表1），不斷發(fā)掘智能農機裝備在亞非國家的推廣應用潛力，改造傳統(tǒng)農業(yè)生產方式。

表1 世界領先農機企業(yè)智能化的探索Table 1 Intelligent exploration of the world’s leading agricultural machinery enterprises

2.1.2 中國積極發(fā)展智能農機裝備 面向世界農業(yè)科

技和現(xiàn)代化前沿，近年來中央和地方政府積極謀劃，在涉農類政策中列入與智能農機裝備有關的針對性措施。全國層面，2021年中央一號文件明確“提高農機裝備自主研制能力，支持高端智能、丘陵山區(qū)農機裝備研發(fā)制造”。2021年11月國務院印發(fā)的《“十四五”推進農業(yè)農村現(xiàn)代化規(guī)劃》，提到“加強大中型、智能化、復合型農業(yè)機械研發(fā)應用”和“加大對智能、高端、安全農機裝備的支持力度”等。有關部委也相繼部署，在《農機裝備發(fā)展行動方案（2016—2025）》《數(shù)字鄉(xiāng)村發(fā)展行動計劃（2022—2025年）》《“十四五”全國農業(yè)農村科技發(fā)展規(guī)劃》《“十四五”全國農業(yè)機械化發(fā)展規(guī)劃》等文件中，共同聚焦智能農機裝備研發(fā)，以及農機智能技術創(chuàng)新等。就地區(qū)層面來看，吉林、山東、河南、江蘇、浙江等地圍繞農業(yè)農村現(xiàn)代化出臺的“十四五”規(guī)劃中，均涉及到發(fā)展智能農機裝備、加快農機裝備智能化改造等內容（表2）。

表2 各地政策中對智能農機裝備發(fā)展的支持內容Table 2 Local policies to support the development of intelligent agricultural machinery equipment

2020年中國小麥耕種收綜合機械化率穩(wěn)定在95%以上，水稻、玉米耕種收綜合機械化率分別超85%和90%。根據(jù)農業(yè)農村部統(tǒng)計，截至2019年，中國農機裝備產業(yè)企業(yè)總數(shù)超過8 000家，規(guī)模以上企業(yè)超過1 700家，農機裝備制造基本涵蓋各個門類，能夠生產14大類50個小類4 000多種農機產品。作為農機裝備制造大國，中國農機研發(fā)規(guī)模世界第一，專利申請量世界第二，近年來農機裝備智能化水平顯著提升，農業(yè)無人飛機保有量加速增長，2021年達16萬架。200馬力級以上拖拉機、60行大型播種施肥機、水稻精量直播機、高含水率玉米收獲機、精量植保機械等重大裝備基本實現(xiàn)自主化?；诒倍?、5G的無人駕駛農機、無人植保機、無人插秧機、無人聯(lián)合收割機等智能農機的示范應用正加快推進。

2.2 國內外智能農機裝備應用的場景聚焦

基于典型國家和地區(qū)實踐，綜合前沿研究成果，當前智慧農業(yè)主要技術包括遙感、物聯(lián)網、農情監(jiān)測、決策支持和人工智能等[23-25]。這些技術匹配相應需求解決方案，形成應用層面的智能農機裝備作業(yè)場景，涉及信息的采集、分析、控制和決策等流程，涵蓋不同作業(yè)環(huán)節(jié)（圖1），并因智慧農業(yè)技術廣泛滲透而呈現(xiàn)交互性。本文立足國內外實踐，綜合農機類型、作業(yè)環(huán)節(jié)和技術特征等方面，對智能農機裝備在自動導航、投入控制、數(shù)據(jù)采集、無人作業(yè)等領域的實踐場景進行總結。

2.2.1 耕種收自動導航作業(yè) 自動導航系統(tǒng)能夠提升農機作業(yè)質量和效率，美國等發(fā)達國家自20世紀80年代中期就開展了農業(yè)機械自動導航技術的研究[26]。國內外大型農機公司相繼開發(fā)自動導航產品，并應用于拖拉機、聯(lián)合收獲機和噴霧機等農機上，如美國約翰迪爾的Green Star TM 3和凱斯紐荷蘭工業(yè)的AFS Guide TM等，中國司南導航的AG300北斗/GNSS和聯(lián)適導航的AF300北斗/GNSS等。配備自動導航系統(tǒng)的農機無需農民監(jiān)控，通過遠程輔助指導進行路徑自主識別，還可以與遙感、數(shù)據(jù)感知、人工智能等技術一并使用，用于精細耕播、規(guī)模種植和聯(lián)合收割等。

中國農機自動導航研究和應用起步較晚但發(fā)展迅速，目前與世界領先水平差距并不大，在農機自動導航定位技術、導航控制技術和導航作業(yè)系統(tǒng)集成技術等方面取得創(chuàng)新[27]，創(chuàng)制了可自動導航和遠程調度的播種機、旋耕機、噴霧機和收獲機等，適用于旱地和水田作物的耕種收等環(huán)節(jié)。華南農業(yè)大學的研究表明，中國水田作業(yè)機械自動導航系統(tǒng)居國際領先水平。采用自動導航的農機可提高作物產量2%~3%，還可以24小時不間斷作業(yè)，顯著降低生產成本和提高土地利用率[26]。在新疆，基于中國自行研制的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，拖拉機可根據(jù)設計路徑在作業(yè)過程中實現(xiàn)自動駕駛，進行精量播種、深松深耕作業(yè)監(jiān)測等，2020年已有超1萬臺農機裝備使用北斗導航系統(tǒng)服務，棉花等作物的機采率得到顯著提升。

2.2.2 水肥藥投入智能控制 在作業(yè)過程中通過調節(jié)壓力或流量大小等智能控制手段，無需人工即可按目標施肥施藥量進行作業(yè)，實現(xiàn)水、肥、農藥等投入的高精準性和高靶向性。部分發(fā)達國家如瑞士EcoRobotix公司開發(fā)的田間除草裝備，可準確識別雜草并進行除草劑噴灑，使農藥施用量降低20倍。愛爾蘭MagGrow開發(fā)的農藥噴灑裝備使用永久性稀土磁體產生電磁荷，可解決農藥漂移問題，減少65%~75%的農藥施用量[17]。澳大利亞昆士蘭科技大學研發(fā)的Agbott II機器人可針對不同類別的雜草自動選擇機械剪除或化學施藥的方式來清除[1]，避免化學品的盲目施用，極大提高農資投入效率。

中國在水肥藥智能控制的農機裝備關鍵技術緊跟國際前沿，部分技術迭代成熟實現(xiàn)應用，具備高效施肥、水肥一體化、節(jié)水灌溉等功能的智能農機裝備正加快集成研發(fā)，施肥播種機、精量噴藥植保機等田間管理裝備逐步實現(xiàn)智能化升級[28]。如水肥一體化技術與傳感器控制技術相結合，打造同步播種施肥機、變量施肥機、地面和航空噴霧系統(tǒng)等智能灌溉與施肥系統(tǒng)，顯著提高了水、肥、藥的利用率，在農業(yè)生產特別是設施農業(yè)中得到推廣和應用，大幅提升農業(yè)的集約化、高效化水平。根據(jù)國家農業(yè)信息化工程技術研究中心的全國調查數(shù)據(jù)，設施栽培中應用水肥一體化、精準施藥和生產環(huán)境智能化控制技術的經營主體占比均超過1/3[29]。

2.2.3 數(shù)據(jù)采集和決策服務 將農業(yè)活動信息轉化為特定形式的數(shù)據(jù)，以海量數(shù)據(jù)為基礎優(yōu)化作物生長模型，為農業(yè)生產經營提供評估和決策。智能農機裝備進行精準作業(yè)的前提，是實現(xiàn)對土壤條件、水分養(yǎng)分、作物長勢、病蟲害等各類農情信息的快速感知和獲取。農業(yè)傳感器與深度學習、人工智能等技術相結合，匯集播種、收獲、銷售等環(huán)節(jié)中產生的數(shù)據(jù)，解決人工采集數(shù)據(jù)的高成本問題，其應用范圍涵蓋溫室智能控制、農業(yè)機械收耕、病蟲害識別、農產品溯源等領域，發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｎ磥?~10年，研發(fā)準確、精密、便攜的傳感器和生物傳感器將是各國農業(yè)傳感器創(chuàng)新發(fā)展的重點領域。美國、德國和日本等國家在農業(yè)傳感器領域處于領先地位，幾乎壟斷了感知元器件、環(huán)境傳感器、動植物生命信息傳感器等相關產品[17]。這些國家在農業(yè)傳感器領域的專利申請、轉讓、生產銷售等方面已形成較為成熟的產業(yè)模式。

國內一般性環(huán)境類農業(yè)傳感器（水、光、溫、氣等）可基本實現(xiàn)國內生產，但智能化程度還不高，高質量傳感元器件以進口為主[30]。當前高校和科研院所在農業(yè)數(shù)據(jù)采集、分析利用和決策支持等領域的水平逐年提升，如國家農業(yè)信息化工程技術研究中心研發(fā)出土壤耕深監(jiān)測系統(tǒng)，可準確測定深松深度和面積，中國農業(yè)大學開發(fā)可準確獲取土壤水分和土壤壓實狀況的車載式傳感器，吉林大學研發(fā)出溫室環(huán)境信息智能傳感器，可實時監(jiān)測溫室大棚內的環(huán)境信息[31]。農業(yè)決策服務方面，華南農業(yè)大學成功研究出可測定田面水層深度和水田土壤含水量的無線傳感器，為水稻生產自動灌溉提供支持[26]。

2.2.4 機器人作業(yè)和無人農場 機器人作業(yè)在枯燥任務、惡劣環(huán)境和危險任務領域具有獨特優(yōu)勢，得益于智能傳感器、深度學習和人機協(xié)作能力的進步，農業(yè)機器人能夠在沒有直接人工干預的情況下自主執(zhí)行不同重復的農業(yè)任務（從整地到收割）[20]，例如在山區(qū)或偏遠地區(qū)，小型田間機器人和無人機可實現(xiàn)作物測繪、田間監(jiān)測、遙感和雜草檢測等，來監(jiān)測和評估作物生長狀況。有研究表明，使用機器人進行雜草控制和精確噴灑，除草劑使用量僅為地毯式噴灑的5%~10%[21]。當前圍繞果蔬采摘、嫁接、灌溉、施肥和噴藥等環(huán)節(jié)，以及養(yǎng)殖業(yè)中飼喂、屠宰、擠奶、清糞和捕撈等工序，工業(yè)化國家已經或正在實現(xiàn)機器人作業(yè)[32]。美國、日本、荷蘭和以色列等國家正積極研發(fā)溫室機器人，主要用于番茄、彩椒、黃瓜和蘆筍等作物的采摘，預計到2024年全球將有70萬~100萬臺農業(yè)機器人在田間工作[13]，無人農場作業(yè)模式將在各地涌現(xiàn)。

農業(yè)機器人具有廣泛適用性，在發(fā)展中國家的應用潛力巨大。特別是在亞洲國家，基于特色小型農機具和農機服務業(yè)的發(fā)展，使用傳感器和智能裝置，將傳統(tǒng)農業(yè)設備轉換和組裝為無人作業(yè)系統(tǒng)，可低成本有效實現(xiàn)農機裝備智能化[16]。中國農業(yè)機器人研究起步于20世紀90年代[13]，目前無人植保機、割草機器人、小型農業(yè)移動平臺、嫁接機器人、移栽機器人等在部分地區(qū)得到應用，集成農業(yè)機器人的無人農場在廣東、山東和江蘇等地開始試點建設，部分試點的作物產量高于所在地區(qū)平均產量[27]，應用推廣潛力巨大。

3 智能農機裝備的發(fā)展和應用趨勢研判

從發(fā)展進程看，農機制造是最能體現(xiàn)農業(yè)發(fā)展水平的技術應用領域之一，預計2035年基本實現(xiàn)農業(yè)農村現(xiàn)代化時，農作物耕種收綜合機械化率達85%以上，主要農作物的全程機械化程度達到中等發(fā)達國家的平均水平[33]。就農機智能化轉型趨勢看，多數(shù)前沿智慧農業(yè)技術仍在試驗示范階段，智能農機裝備核心零部件還落后于美國、德國和日本等發(fā)達國家[17]，中國邁入農業(yè)4.0階段仍需要一個長期的歷史過程。根據(jù)羅錫文等[2]預計，到2035年，農業(yè)生產向智能化方向發(fā)展，到2050年，農業(yè)生產實現(xiàn)智能化。

結合現(xiàn)實需求，中國農業(yè)勞動投入與產出存在結構失衡，農業(yè)勞動力投入已不具備成本上的比較優(yōu)勢，農業(yè)勞動生產率遠低于發(fā)達國家，同時化肥、農藥等化學品的投入強度遠超國際公認的安全上限，更高于世界和中等偏上收入國家的平均水平[34]。智能農機裝備的應用，為解決勞動力低效重復投入、化學品粗放使用、水土資源利用效率低下等問題提供解決途徑，其前景非常廣闊。

立足政策指引，加快智能農機裝備的技術創(chuàng)新、應用示范和作業(yè)管理等，是“十四五”時期農業(yè)機械化智能化的重要任務。“十三五”以來國家重點研發(fā)計劃持續(xù)支持智能農機裝備領域，對智能農機研發(fā)、購置和應用推廣的補貼力度不斷加大，將推動智能農機裝備在耕種收等不同作業(yè)環(huán)節(jié)，以及設施園藝、畜禽水產養(yǎng)殖、農產品初加工等不同行業(yè)的應用。

綜上，智能農機裝備的發(fā)展應以解決農業(yè)現(xiàn)代化面臨的關鍵問題為導向，把握信息技術進步和制造業(yè)變革的契機，深入挖掘農業(yè)生產經營的用戶需求，在引領農業(yè)變革的同時，通過應用創(chuàng)新來提升發(fā)展空間（圖2），對智能農機裝備的應用趨勢作出如下研判。

一是更加契合用戶需求。農機裝備更新?lián)Q代的速度不斷加快，要求智能農機制造系統(tǒng)對各種生產條件變化的適應能力不斷提高。針對農業(yè)生產、管理和服務的具體應用場景，未來智能農機裝備將更加突出農業(yè)生產者個性化需求，基于定制化、模塊化生產、研發(fā)和設計平臺，通過用戶體驗等方式，發(fā)現(xiàn)用戶的現(xiàn)實與潛在需求，實現(xiàn)關鍵零部件標準化、系列化和通用化。

二是實踐場景更加豐富。隨著精細耕整地、精量播種、育苗嫁接、肥水一體化等高效生產配套裝備智能化水平的提升，以及環(huán)境調控、遠程管理、生理信息檢測、個性飼喂等技術不斷突破，能夠適應耕種、收獲、加工等不同環(huán)節(jié)的各類智能農機裝備將不斷涌現(xiàn)，廣泛應用于大田作物、經濟作物、設施園藝、畜禽水產養(yǎng)殖和農產品加工等。

三是制造工藝不斷升級?，F(xiàn)代工業(yè)助力農機制造企業(yè)開展自動化、智能化的研發(fā)生產，特別是隨著工業(yè)機器人、數(shù)控機床、自動裝配檢測等大量應用于農機裝備的生產制造過程，生產流程和管理控制系統(tǒng)的智能化程度大大提升，為農業(yè)裝備智能化提供制造業(yè)基礎，提升核心制造工藝的自主研發(fā)和集成創(chuàng)新能力。

四是與人工智能深度融合。人工智能是未來科技最前沿，在農業(yè)中的應用前景非常廣闊?；跈C器學習模型和深度學習算法，分析所采集的各類數(shù)據(jù)，能夠使作物生長信息感知與調控更為精準，優(yōu)化預測分析和決策模型。加載語言識別、機器視覺、專家系統(tǒng)等各類人工智能技術的農業(yè)機器，將在田間除草、施肥施藥、采摘收割等領域加快示范。

五是多元功能加快集成。為更好地適應各類復雜農業(yè)作業(yè)環(huán)境，智能農機裝備數(shù)量和種類將不斷豐富，實現(xiàn)各類農機功能的系統(tǒng)整合是關鍵。在多目標和任務驅動下，多樣化和集成化的設計方法成為研發(fā)生產的必然選擇，由多元組件構成的特色智能農機裝備，將逐步具備全程化、自主化和協(xié)同化的作業(yè)能力，拓展機器人、無人系統(tǒng)的應用范圍。

4 加快智能農機裝備推廣應用的對策建議

順應農業(yè)現(xiàn)代化未來趨勢，把握涉農政策紅利和現(xiàn)實關切，探索智能農機裝備高效化、產業(yè)化、市場化和服務化的應用推廣路徑，要結合技術需求和作業(yè)場景，提升智能農機裝備的適農性，優(yōu)化補貼方式和行業(yè)配套服務，建設創(chuàng)新體系和安排試點示范，全面發(fā)揮智能農機裝備在促進農業(yè)高質高效方面的積極作用。

4.1 結合技術需求分類推進

按照循序漸進，分環(huán)節(jié)、分場景、分階段進行分類推進的思路，統(tǒng)籌農林牧漁部門及種養(yǎng)加等環(huán)節(jié)的技術需求，制定農機裝備智能化技術路線圖，對于物聯(lián)網、生物傳感器、人工智能和機器人等世界前沿技術領域，抓緊攻克和完善相關技術和工藝標準。針對特色、高附加值農業(yè)和特色農產品優(yōu)勢區(qū)，加大適用性智能農機裝備的技術研發(fā)力度，盡快滿足全程全面機械化需求，提升智能農機具的作業(yè)質效。

4.2 提升智能農機裝備適用性

結合地形地貌特征和具體作業(yè)場景，研發(fā)和推廣與作物和農藝相適應的智能農機裝備。如針對大田作物生產，推廣大馬力自動駕駛拖拉機及配套智能播種、施肥和深松機等。在設施環(huán)境中，優(yōu)先研發(fā)中試針對蔬果育苗、移栽、植保和采摘等環(huán)節(jié)的智能機器人。丘陵山區(qū)主要推廣多功能耕整地機、無人精量播種、開溝施肥、對靶噴藥、旋耕除草等中小型適配農機裝備。重視綠色低碳生產工藝的引入和應用，積極推廣清潔、環(huán)保類智能裝備。

4.3 優(yōu)化資金支持與補貼方式

將智能農機裝備以及配套設備納入農機購置補貼，鼓勵各地結合實際和農業(yè)特色，制定智能農機裝備技術和產品購置名錄，建立購置補貼標準。針對家庭農場、農民專業(yè)合作社、農機服務公司等不同類型的生產經營主體，采取差異化補貼方式。積極引導企業(yè)、科研院所、金融機構和社會組織等共同參與，探索租賃補貼、互助補貼、服務補貼等多種補貼手段，加快智能農機具在小農戶中的應用。

4.4 完善農機行業(yè)配套服務

支持農機企業(yè)培養(yǎng)和引進農機裝備研發(fā)和專業(yè)人才，通過自主研發(fā)、自建供應鏈、生產外包、組裝集成等不同方式，研制適用于不同地區(qū)實際的農機產品，加快產品迭代升級速度。完善生產標準、檢測鑒定、供應體系等方面的農機產業(yè)配套服務，打造更多國產農機品牌，提升國產農機的市場影響力。鼓勵社會化服務主體增加對智能農機操作、智能終端使用等方面的培訓，提高農民的現(xiàn)代技術素養(yǎng)，將更多小農戶納入到智能化的農業(yè)作業(yè)流程中。

4.5 支持農機裝備創(chuàng)新體系和試點建設

優(yōu)先考慮在國家級各類涉農園區(qū)和示范區(qū)，組建智能農機裝備產學研聯(lián)盟，統(tǒng)籌農業(yè)企業(yè)、加工制造企業(yè)、科研院校、投融資平臺等資源，深化協(xié)作推進產學研用，加快智能農機具的創(chuàng)制和推廣。鼓勵有條件地區(qū)依托數(shù)字鄉(xiāng)村試點、農業(yè)農村信息化示范等項目，建設智能農機裝備創(chuàng)新和推廣中心，開展不同類型的農機智能裝備集成應用示范，因地制宜探索中小型智能農機協(xié)同作業(yè)、大型智能農機自主作業(yè)等實踐，推進無人農場、智慧農場、智能農業(yè)工廠等建設，形成一批具有復制推廣價值的無人作業(yè)模式，打造智慧農業(yè)應用場景。