小型农业机械发展驱动因素及开发方向

尚小龙，王 博

(1.中国农业机械化科学研究院，北京100083； 2.中工国际工程股份有限公司，北京100080)

0 引言

作为农业生产的基本装备支撑，从古至今，农业机械在确保食物供给、推动文明进步方面始终发挥举足轻重的作用。随着农业机械技术不断进步，其基本动力从人力到机械、功能作用从简易到综合，适用范围从主粮生产到果蔬种植，技术水平从完全机械化到初步智能化，农业机械解放了劳动力，提高了农业生产效率和土地产出率，促进了社会多元化发展。

新中国成立以来，我国逐步建立起适合于我国国情的农机工业体系，经过70多年的发展，截至2019年，我国小麦、水稻和玉米3大粮食作物耕种管收综合机械化率均已超过80%。在主粮作物机械化率不断提高的同时，果蔬等特色经济作物的机械化水平也得到一定提升，尤其是随着丘陵山地宜机化改造耕作的推进，适合小地块、特殊农作区域和特种农作物的小型农业机械受到更多关注。但总体来看，小型农业机械的发展仍相对滞后，未能很好适应人们食物结构、农业生产方式及劳动力转移的变化。

1 小型农业机械的界定与分类方法探讨

近年来，尽管小型农业机械的舆论热度逐年高涨，但从现有的文献资料来看，截至目前，尚未有研究者从技术角度对小型农业机械进行明确界定。按照我国2015年颁布的农业行业标准NYT 1640—2015《农业机械分类》，农业机械共分为15个大类，49个小类，257个品目，并未对大中小型设备进行区分[1]。按照《中国农业机械工业年鉴(2018)》对2017年大中型拖拉机各功率段的市场销售情况统计来看，功率在18.4 kW以上的拖拉机被纳入大中型拖拉机统计范围，这就意味着行业公认的小型拖拉机为功率18 kW以下产品。微耕机方面，根据JBT 10266.1—2001《微型耕耘机 技术条件》要求，微耕机是指主机功率≤7.5 kW、总长<180 cm、整机结构质量(不包括工作部件)<150 kg，可以直接用驱动轮轴驱动旋转工作部件进行田间管理性作业的农业装备，在日常分类中有专家明确将主机功率在4.5 kW以下机型归类为小型微耕机[2]。

综合当前的普遍认识可以看出，小型农业机械是指主机体积小、质量轻、功率低、操作灵活及复杂地形适应能力强，适用于丘陵山地、设施农业和林果菜桑茶等区域特色作物的部分农业机械[3]。但整体上，农业机械的大、中、小只是一种相对概念，对其界定与分类尚处在模糊阶段，但为便于小型农业机械的应用推广、更好适应田间道路及现有特殊种植条件，建议相关部门尽快借鉴乘用车分类标准，探讨通过设备功率、外观尺寸和整机质量等对产品进行标准界定，如A0级、A级、B级和C级等，在此基础上通过推广补贴、税后优惠等方式促进其快速发展。

2 发展现状及制约因素

由于我国现代农业机械技术起步较晚，对区域特色农产品关注度不够等原因，目前小型农业机械新技术新产品供给不足，“无机可用”“有机难用”的问题长期存在，究其原因，主要是观念上重视不够、需求上应对不快、技术上配套不全和政策上支持不足。

2.1观念层面

观念层面对小型农业机械的重视程度不够。从我国农业机械化事业发展历程来看，1950年我国开始筹办国营机械化农场，这些农场绝大部分集中在黑龙江、新疆、安徽和河南等平原地区，适合统一规划、集中种植，适合大规模机械化作业[4]。为适应当时历史条件及国营农场追求“高产、高效”的实际需要，我国农业机械的科研、生产一开始就走上了追求大型化的发展道路。

相比之下，由于政策层面对特色农业的重视程度不够，人们始终将小型农业机械等同于简易农机具，对其研究、生产和应用的重视程度不够，现实中几乎成了低次品、传统农业的标志性符号，影响小型农业机械甚至特色农业的发展。

2.2需求层面

需求层面农业生产方式与种植模式过快变化。随着人类营养结构的不断变化，农业种植结构也始终处于变化中，新种植作物、新种植方式的出现都必然要求新的农业机械产品与之配套。以近年来规模逐渐扩大的云南大理食用玫瑰种植为例，其种植规模已经从2014年的250多hm2发展到660多hm2。但到目前为止，仍然没有鲜花采摘的成熟技术与装备，其采摘仍依赖人工，采摘效率、质量一致性都受到明显制约，一些适合当地自然地理条件、种植面积相对较小和种植栽培模式各异的小宗特色作物机械短缺尤为明显。

在农业种植结构不断变化的同时，耕地性质也不断处于变化中，2009—2016年，在全国耕地内部净转换中，水田净转入71.56万hm2，其中0.25%来自水浇地，99.75%来自旱地；旱地净转出92.87万hm2，其中76.86%转为水田，23.14%转为水浇地[5]。从这种变化可以看出，因耕地性质的变化，农业生产对农业机械的需求结构、品类也在不断变化，但农业机械的发展对这种变化应对不足。

2.3技术层面

技术层面产品设计制造体系不够完善。如前所述，我国农业机械长期以追求大型化为主流，直至“包产到户”以后，小型农业机械才逐渐受到重视。从“十一五”“十二五”和“十三五”时期国家科技支撑计划给予农业机械行业的国拨科研经费投入比例来看，针对小型农业机械的经费占比不超过10%。与此同时，由于原创性产品开发难度大、产品附加值低和配套体系不完善等原因，相关机构大规模科研、生产投入的意愿不足，在全行业2 000余家规模以上企业中，除喷雾器、田园微耕机之外，从事其他小型机械制造的企业极少。这就使得现有很多产品仅仅是大型设备的小型化、简易化改型，对特殊种植方式和特殊种植环境，如田间道路宽度、丘陵山地坡度和土壤黏性等系统性考虑较少，设备本身功能单一、稳定性不高，适用性往往较差。

2.4政策层面

政策层面对现实需求及应用推广支持力度不足。2004年，我国出台《中华人民共和国农业机械化促进法》，并开始实行农机购置补贴政策，受此推动，农业机械化事业进入“黄金十年”，到2014年，我国农机总动力增长至10.8亿kW，10年间增幅68.5%，到2018年底，中央财政累计投入补贴资金2 000多亿元，扶持农民和各类农业生产经营主体购置农机具4 000多万台(套)。但从补贴设备机型、补贴金额来看，小型农业机械的补贴规模和力度十分有限。

以《2018—2020年农机购置补贴机具补贴额一览表》为例，公示的16个“耕整地机械”分档中，9个分档上调了补贴金额，5个下调补贴金额，“上调”明显多于“下调”，而且下调的多是“小型”机具。“施肥种植机械”与此类似，“小型”播种机补贴金额下调，“大型”上调。尽管大型机具补贴上调更有利于促进因“土地流转”等形成的农业规模化经营质量和发展速度，但相比之下，小型农业机械适用的丘陵山地、特色经济作物生产地区，由于经济落后、农业生产效率低下和青壮年劳动力不足等原因，对补贴的需求和依赖程度更高。

3 产品市场需求驱动因素变动及开发重点

目前，我国已经发展成为世界农业机械制造和使用大国，但“大而不强”“无机可用”和“有机难用”的问题依然突出，本质上是农业机械发展所创造的新型生产力没有赶上农业生产关系的变化，技术及产业的发展没有完全与耕地变迁、种植方式变化、劳动力转移及人们生活方式的转变相适应。

3.1丘陵山地成为重要的农业资源依托

丘陵山地由于土地总体规模、地理和气候环境特殊、大规模开垦少、环境污染有限和种植方式简单，农产品质地优良，是我国最重要后备耕地资源，随着平原优质耕地资源产能增长极限的趋近，丘陵山地农业迎来了前所未有的发展机遇。丘陵山地占我国国土总面积的66%，提升丘陵山地农作效率的关键在于“宜机化改造”，2005年我国实施“坡改梯”工程达26万hm2，改造后的农田土壤肥力、机耕条件明显改善。从区域看，以重庆为例，截至2018年底，重庆市共投入财政补助资金9 300万元，在32个区县完成了6 600余hm2农田的宜机化改造。从机械化程度来看，目前全国农作物耕种管收的综合机械化率超过67%，农业机械动力平均5.7 kWhm2，而南方低缓丘陵地区和西南地区丘陵山地的综合机械化水平仅为46.79%和26%，机械化程度偏低。

如图1所示，从农业生产方式选择的决定性因素(土地自然条件、资本劳动要素比例及农产品商品化率)来看：土地平整度好、资本劳动要素比例高和农产品商品化率高的地区，一般都实行规模化生产；土地平整度差、资本劳动要素比例高和农产品商品化率高的地区，就要在要素获得和产品销售环节规模化，在生产环节实行分散生产；而在资本劳动要素比例低、农产品商品化率低的时期，就应该选择分散生产。根据这个分类，丘陵山区农业显然最适合分散生产，分散生产所需的农机具往往以小型化为主[6]。

3.2居民膳食结构变化引发种植结构和模式变化

2l世纪以来，我国居民食物消费结构进一步优化，除谷物种食物消费略有下降外，所有食物都呈现出数量迅速增长的态势，其中增幅最快的是水果、奶类和木本坚果类，分别增长了1.1、2.3和2.1倍；蔬菜、肉类、鱼类和水产增幅较大，分别增长了48.1%、37.2%、30.6%和73.4%；相比之下，谷物类增长最慢，只有19.8%[7]。2014年，国务院印发《中国食物与营养发展纲要(2014—2020年)》，从其推荐量(表1)看，蔬菜、水果和奶类的消费量将持续增长，而口粮的消费量将持续下降[7]。食物消费结构的变化必然导致农业种植模式及种植结构的变化，这也是近年来我国设施农业高速发展、粮改饲、土豆主粮化和推动丘陵山地特色机械化工程启动的根本原因。

设施农业方面，目前我国拥有大中拱棚以上的设施农业面积370万hm2，占世界设施农业(国外习惯称设施园艺)面积的80%。其中设施水平最高的玻璃温室，我国有9 000 hm2，仅次于荷兰10 800 hm2，位居世界第2位[8]。从居民消费结构变化较大的蔬菜种植来看，我国目前设施蔬菜播种面积400万hm2，占蔬菜播种面积的17%，产量近3亿t，占蔬菜总产量的38%，产值9 800亿元，占农业总产值的17.9%。但从生产效率看，设施蔬菜单产不足荷兰等发达国家的15%，集约化经营盈利水平低下，装备和装备集成不足是主要瓶颈之一。按耕、播、收、灌溉和环控5环节综合测算，2017年我国设施农业机械化水平仅为33.12%，其中机耕机械化率最高，达74%；机采运机械化率最低，仅为9%[9]。

表1 2020年人均食物消费推荐量与2014年实际消费比较

相比于谷物机械化，蔬菜等农副产品的生产精细度高、劳动力需求大，更需要精致高效适用的小型设备支持。温室大棚中的蔬菜生产、规模化设施养殖、嫁接育苗、微量播种、辣椒剪把和蘑菇采摘等特殊生产作业环节、特殊质量要求，都需要机械动作精细程度与复杂程度更高的小型设备支持[10]。

居民食物消费结构的变化所激发的农业机械需求不仅限于设施农业领域，因土豆主粮化工程带动的丘陵山区马铃薯种植等对设备的需要同样旺盛。据联合国粮农组织统计，我国是马铃薯最大的生产国，1961年到2017年马铃薯产量和种植面积几乎呈直线上升，2017年我国马铃薯产量达到0.992亿t，比1961年增长了13.01%，占全世界马铃薯总产量的20.35%，但单产与世界平均水平存在着很大差距，机械化水平不高就是其中一个重要制约因素[11]。2019年，全国马铃薯种植平均机耕率63.7%，机播率25.98%，机收率24.7%，区域分布上，北方一作区规模连片种植区机械化率较高，西南丘陵山地混作区、南方小水田冬作区的马铃薯总产量、种植面积占全国50%左右的地区，其机播机收率不足5%。

3.3农村劳动力转移造成生产力阶段性不足

我国是世界上人口最多的国家，一直以劳动力资源丰富为傲，但近年来我国人口年龄结构和城乡人口构成均发生了重大变化。根据《中国人口和就业统计年鉴(2018年)》，2017年我国乡村地区65岁及以上人口占总人口的比例达13.22%，老年抚养比指标达19.62%，两个指标均显示我国乡村地区人口出现了严重的老龄化现象。与此同时，相关调查表明，我国基层农村劳动力依然在以每年平均1 000万的数量向外转移，两个变化因素相互叠加，导致从事农业生产的劳动力数量和质量均呈现负向改变，尤其是经济欠发达省份及农业发展落后地区，留守老人被迫成为农业生产的核心力量。

这种情况下，只有充分发挥农业机械降低劳动强度、提高农作效率和解放生产力的独特优势，才能逐步解决农业劳动力数量与质量阶段性下降的问题，确保农业生产保持在合理水平。

3.4人们生活方式的转变与农业机械属性的变化

随着人们生活方式的改变，阳台种菜、楼顶大棚和城市农园已成为城市人安享田园情趣的独特生活方式，这种方式集农业生产、节能环保、休闲娱乐、美化环境和绿色生活为一体，越来越受到城市人群的欢迎。

从文化发展角度看，在城市不断壮大的同时，人们的“恋农情结”也会越来越重，传统农家小院“房前屋后种瓜点豆”的生活习惯会逐渐成为人们休闲乃至退休生活的最大向往。2017年中央1号文件指出，要“发展富有乡村特色的民宿和养生养老基地”，随着乡村的发展，融居住、种植和休闲于一体的“田园式养老”或农业田园的多重功能性发展已经成为可能和时尚[12]。这就意味着，越来越多的人会拥有自己的“一亩三分地”，并将种植作为一种休闲方式，体验劳作的乐趣、食用放心的食材，彼时，有一部分小型农业机械就会像欧洲人庭院中的割草机器人一样，突破生产资料的属性限制，作为生活资料更多更广地流行起来。

4 未来发展方向

从小型农业机械的适用环境、作业对象，以及农业机械本身的技术发展与种植业者的变化来看，其未来技术发展方向主要集中在以下3个方面。

4.1高效智能

农业机械技术发展的核心要义始终是提高农作效率和质量，效率始终是产品发展的最重要方向。但随着农产品质量要求的提高，设备的复杂程度也随着综合作业能力的提升呈正向变化，以杂草清除剂喷洒为例，就要求设备在主动识别杂草的基础上，根据杂草的大小、集聚量自动控制喷雾量以减少药物对农作物品质的影响。变量施肥技术与此类似，设备需要根据作业处方图在行进中自动控制不同区域的肥料种类与施用数量、施用位置，这要求设备本身具有强大的智慧决策系统。

“一机多能”是农业机械，尤其是小型设备发展的另一个重要技术方向，由于丘陵山地、设施大棚和特色果园等作业环境空间狭小低矮，道路条件有限，从便利程度和经济性考虑，“一机多能”是必然选择。以工程机械常见设备挖掘机为例，它可以通过快换接头换装10余种属具，完成挖掘、推土、装载、锯木、夯实、起吊、压实和破碎等工程作业，甚至耙地、松土等种植作业。卡特彼勒为狭小作业空间设计的无尾挖掘机及其系列属具如图2所示。此类设计，对小型农业机械具有重要借鉴意义。

4.2节能环保

根据2018年《非道路移动机械污染防治技术政策》(国家生态环保部第34号文件)的要求，2020年我国非道路移动机械将达到国家第4阶段排放控制水平，按此标准，农业机械的排放标准将进一步严格。众所周知，由于柴油发动机动力特性、燃油价格相对较低，一直是农业机械使用的主要动力，价格方面，“国IV”发动机成本预计比“国III”增加15%～30%，这种情况下，新动力选择也必将成为一个重要方向。从动力需求和动力技术成熟度来看，汽油发动机和电动新能源应该是目前最佳选择方案。

政策层面，2016年农业农村部和工信部、国家发展改革委联合印发的《农机装备发展行动方案(2016—2025)》已经将“清洁燃料与新能源农用动力、电控喷射与新能源拖拉机”列为重点发展主机产品。从实践看，在温室大棚、果园和丘陵山地特殊作业环境中，电动农机对传统农机具有很强的替代性。尽管由于电池性能、电机适应性及经济性等问题，电动农机发展仍然处于初步研究阶段，但随着增程式电动拖拉机等产品和技术的出现，此类产品已经越来越受到用户的重视。

4.3简洁时尚

因大规模人口转移和老龄化造成的农业劳动力数量和质量双双下降问题只是阶段性的社会问题，随着乡村振兴、农业农村现代化等重点国家战略的实施，农业及新型农民职业的吸引力将逐步增强，受教育程度更高、知识结构更合理的复合人才将开始回归农业，尤其是随着90后群体加入，该问题会很快得到解决。由于知识结构的不同，未来新型农民在农业机械选择偏好上，简洁、时尚等与时代相符的特性必然成为基本诉求，为此，未来机械的设计不仅要满足新型农民最基本的生理，或者说单纯的作业功能需求，还要“以人为本”，更多从造型、色彩、材质和交互界面等人机工程方面考虑，满足人的“情感诉求”，满足农民对职业尊重、绿色环保和智能时尚，甚至炫酷、独特的精神追求，通过设备本身的文化承载能力，让使用者不再觉得农民就是“一身土两脚泥”的底层职业。

与此同时，要大胆应用远程监控、智能控制、语音识别和在线社交等互联网技术，增强设备的体验感，并围绕农业机械及农业生产，以机手为核心，开发周边产品，形成良性生态链。

5 结束语

从整体情况来看，我国农业机械行业供给不平衡不充分依然存在，特别是小型农业机械的发展严重滞后于市场需求，一定程度上制约了农业产业现代化进程。要清晰认识制约小型农业机械发展的观念、政策和技术因素，准确分析市场需求，充分把握我国农业种植条件、居民食物结构变化及农民职业发展需要，立足现实需求、着眼未来发展，加快观念创新、思路创新、理念创新、技术创新和应用模式创新，在此基础上，尽快制定行业标准、明确技术路线、明确补贴方式和畅通推广渠道，用新产品、新技术解决当前困境，更快适应农业现代化及乡村振兴的需要。