丘陵山区农业机械智能化改造及适应性研究

一、引言

我国丘陵山区农田约占全国耕地总面积的 1/3 ，涉及近 3 亿农业人口，是粮油糖和特色农产品的重要生产基地。然而，目前丘陵山区省份农作物耕种收综合机械化率仅 53.5% ，比全国平均水平低约 20 个百分点。随着劳动力成本上升和农业现代化需求增加，提高丘陵山区农业机械化水平迫在眉睫。传统农机难以适应丘陵山区复杂地形和多样化种植模式，智能化改造成为提升农机适应性和作业效率的关键路径。

二、丘陵山区农业机械化面临的挑战

2.1 地形复杂

丘陵山区地形起伏大，坡度普遍在15° - 30° ，部分区域超过 30^∘ ° ，耕地“狭、小、散、陡” ，地块平均面积0.5 - 2 亩 ，田块间高差1 - 5 米 ，且形状不规则。这种地形限制大型农机通行和作业，农机易发生侧翻等安全事故，同时也难以进行大规模机械化作业，导致机械化水平难以提升。

2.2 专用农机匮乏

现有丘陵农机多由平原农机改造而来，适应性差。如在丘陵地区使用的小型拖拉机，功率一般在 10 - 25 马力 ，动力不足，作业效率低，难以满足深耕、深松等作业需求；且缺乏针对丘陵山区特色作物（如茶叶、油茶、中药材等）的专用农机，如茶叶采摘机采摘效率低、破损率高，无法满足产业发展需求。

2.3 技术性能待提升

与先进国家相比，我国丘陵农机研发起步晚，产品综合性能不高。发动机高功率低排放设计制造技术、刀具抗损降耗优化设计技术、车架轻量化设计技术等关键技术仍有较大提升空间，导致农机能耗高、故障率高、使用寿命短。根据李小明等人在《我国丘陵山区农业机械化发展现状与对策研究》中的研究发现，国内部分丘陵农机的能耗相比国外先进农机高出20%-30% ，平均无故障工作时间缩短了 30%-40% ，严重影响农机使用体验和经济效益。

2.4 农业生产特征制约

丘陵山区种植结构复杂，农作物品种丰富，既有水稻、玉米、小麦等粮食作物，又有茶叶、水果、蔬菜、中药材等经济作物，且多采用间作、套作等种植模式，农艺流程繁杂，对农机多样化和通用性要求高。例如西南地区马铃薯与玉米间作，需要农机能同时满足两种作物不同生长阶段的作业需求，增加农机研发难度。

2.5 农机与农艺不协调

丘陵地区农艺要求与传统农机作业不匹配。如在坡地作业时，农机爬坡、越障能力不足；在精准作业方面，传统农机难以实现按作物生长需求进行变量施肥、施药等作业，导致农机作业效果不佳，影响推广应用。在王芳等人的《丘陵山区农机与农艺融合发展的问题与对策》研究中提到，由于农机与农艺不协调，导致部分丘陵地区农田作业效率降低 20%-30% ，农产品质量和产量也受到不同程度影响。

三、丘陵山区农业机械智能化改造措施

3.1 提高复杂地形作业能力

利用人工智能（AI）的深度学习和计算机视觉技术，搭载多传感器（如激光雷达、摄像头、倾角传感器等）的农机可实时感知地形、作物信息和障碍物。通过建立地形模型和作业路径规划算法，自动规划出适应复杂地形的作业路径，动态调节行驶速度和作业深度。例如，在坡度较大区域，自动降低行驶速度，提高作业稳定性；遇到障碍物时，自动避让或停止作业。采用轮足式、履带式等特殊底盘设计，提高农机在复杂地形的通过性和稳定性。轮足式机器人结合轮式和足式优点，能在不平坦地面保持稳定，轻松越过小障碍物；履带式底盘接地面积大、压强小，适合在松软、泥泞或坡地行驶。

3.2 提升小地块作业效率

具身智能技术可提升农机灵活性和精确控制能力。通过高精度定位系统（如差分 GPS、北斗高精度定位）和智能控制系统，实现小地块内精确路径规划和作业控制，农机可在小地块间自由移动，利用障碍物检测和空间感知能力避免碰撞和失误。如小型智能插秧机在小地块作业时，可根据田块形状和边界信息，自动规划插秧路径，提高插秧效率和均匀度，减少漏插和重插现象。

3.3 促进农机与农艺融合

AI 技术可深度学习不同作物的农艺要求，根据作物生长阶段、气候变化和土地状况，动态调整作业参数。如智能施肥机可通过土壤传感器实时监测土壤养分含量，结合作物不同生长阶段需肥规律，自动调整施肥量和施肥位置，实现精准施肥；智能植保无人机可根据作物病虫害监测数据，精准控制施药剂量和施药范围，提高防治效果，减少农药浪费和环境污染。

3.4 实现空地协同与资源优化

利用无人机与地面农机协同作业，无人机可快速获取农田地形、作物生长状况（如作物株高、叶面积指数、病虫害情况等）等信息，并将数据实时传输给地面农机。地面农机根据这些信息进行精准作业，如变量施肥、施药、灌溉等。例如在大面积果园，无人机先进行病虫害监测，标记出病虫害发生区域，地面喷药机器人根据标记信息进行精准施药，提高作业效率和资源利用率。

四、丘陵山区农业机械适应性研究方向

4.1 农机装备研发

研发丘陵山地及水田专用拖拉机，功率在 20 - 50 马力 ，采用四轮驱动、窄轮距、低重心设计，提高爬坡能力和稳定性；研发山地多功能动力平台，可搭载不同作业机具，实现耕地、播种、植保、收获等多种作业；研发果菜茶药轻简采收等适用农机装备，如小型轻便的茶叶采摘机，采用柔性采摘机构，减少茶叶破损；研发小型智能水果采摘机器人，利用机器视觉

和机械臂实现水果精准采摘。

4.2 关键技术突破

研究农机装备与动植物、土壤环境互作规律及种植养殖生产调控新原理新方法；开发关键算法、人工智能模型、农业传感器、农机卫星网联技术、高压共轨系统、耐磨低阻入土部件、双结打结器等核心零部件、技术和系统；提高农机智能化、自动化水平，实现农机远程监控、故障诊断、智能调度等功能。在赵强等人发表的《丘陵山区农业机械关键技术研究进展》中指出，通过对农机关键技术的突破，可有效提升农机智能化水平 30%-50% ，作业效率提高25%-40% 。

4.3 农田宜机化改造

通过土地平整、坡改梯、修建机耕道等措施，改善农机作业条件。将小块分散土地整合，建设适应机械化作业的高标准农田；在坡地修建水平梯田，降低坡度，提高农机作业安全性；修建机耕道，连接各田块，方便农机通行。同时，在农田规划中充分考虑农机作业需求，预留农机掉头、转弯空间。据刘辉等人在《农田宜机化改造对丘陵山区农业机械化发展的影响研究》中的分析，实施农田宜机化改造后，丘陵山区农机作业覆盖率可提高 35%-50% ，机械化作业效率提升 30%-45% 。

五、结论

丘陵山区农业机械化是我国农业现代化的重要组成部分，虽然面临诸多挑战，但通过智能化改造和适应性研究，可有效提升农机在丘陵山区的作业能力和适应性。未来应加大政策支持和资金投入，加强产学研合作，加快技术创新和成果转化，推动丘陵山区农业机械化和现代化进程，促进农业增效、农民增收。

参考文献

[1] 李小明， 张红， 等. 我国丘陵山区农业机械化发展现状与对策研究[J]. 农业工程学报，2022， 38（15）： 1-10.

[2] 王芳 ， 陈刚 ， 等 . 丘陵山区农机与农艺融合发展的问题与对策 [J]. 农机化研究 ， 2023，45（8）： 258-263.

[3] 赵强 ， 孙阳 ， 等 . 丘陵山区农业机械关键技术研究进展 [J]. 农业机械学报 ， 2024， 55（6）：1-12.

[4] 刘辉 ， 黄丽 ， 等 . 农田宜机化改造对丘陵山区农业机械化发展的影响研究 [J]. 中国农机化学报 ， 2023， 44（9）： 1-8.