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中国农机化导报
农机化导报 2017年10月30日 星期一

山东农机院的新时代创新之路——

打造农机“中国芯”激发农业新动能

《 农机化导报 》( 2017年10月30日   07 版)

    气吸式高速玉米施肥精播机

    智能玉米籽粒联合收获机

    玉米穗茎兼收打捆一体联合收获机

    程娟/摄影

    ■本报记者陈斯通讯员程娟

    ○编者按:

    在近期举办的“黄淮海玉米全程机械化技术装备演示会”现场,安装了“中国芯”的玉米高速精密播种机,实现了智能化作业,可比肩世界顶级装备;玉米穗茎兼收打捆一体联合收获机把穗茎吞下,吐出一个个方形草捆,填补了国内空白;粮食干燥机械实现自动化,干燥效率和粮食品质得到大大提升,传统能耗大、效率低的“痛点”已不见踪影……山东省农业机械科学研究院(下称山东农机院)与相关企业产学研联合推出的这些装备,涵盖了玉米生产的耕、种、管、收到烘干、青贮等环节,在演示会上成为了亮眼的“新星”,展示了我国在玉米生产全程机械化科技创新上取得的重大成就,引领了我国玉米机械的发展方向。

    “作为农机科研院所,我们始终坚持把科技创新和市场需求放在第一位,两者紧密结合,互相促进。科研是我们的‘饭碗’,市场是我们的‘食粮’。以科研为基础,努力把自主创新技术做到行业领先;以市场需求为导向,不断推出打破制约现代农业发展瓶颈的‘拳头产品’。”拥有58年历史的农业机械“老兵”,何以能焕发出如此青春激昂的活力?山东农机院理事长兼党委书记范本荣研究员一语道破谜底。

    自主研发为农机装上“中国芯”

    一台播种机能否对不同形状、不同尺寸的种子进行精确定量播种,关键取决于其机身上安装的排种器。作为播种机的核心部件,排种器始终是精密播种技术的重要研究方向,研发成本占到整机的60%,这项核心技术一直掌控在欧美农机巨头企业手中。

    “由于核心技术的缺失,我国生产的排种器多是仿制,在高速作业条件下,无论是排种精确性还是工作稳定性都与进口装备差距很大,导致现有国产的高效播种机不得不依赖进口国外的排种器来满足作业性能需求。”作为山东省农机院排种技术研究团队带头人,史嵩博士深有感触。

    “我们要突破核心技术,抢占科技制高点。只有把核心技术掌握在自己手中,才能真正掌握竞争和发展的主动权。”范本荣告诉记者,专家团队经过深思熟虑,决定把这个重担放在年轻小伙史嵩的肩上。“史嵩是毕业于中国农业大学的高材生,在读硕博期间,他就对排种技术有着深入的理论研究,来院后课题又获得了国家自然科学基金的支持,由他担此重任,显然再合适不过”。据介绍,为支持史嵩团队的研发工作,院里先后投入上千万元建设了国内一流的实验室,并购买大量先进仪器设备供这些年轻人施展才华。

    优越的科研条件无疑让具有强烈创新意识的史嵩团队“如鱼得水”,他们以提高排种器性能作为研究的切入点,展开了夜以继日的科研攻关。功夫不负有心人,在经过几千次试验之后,史嵩团队获得成功:一种结构简单、工作稳定、高速作业性能优良的气吸式精密排种器诞生了!

    “我们研制的排种器取消了传统气力式排种器复杂的种子搅拌装置,并采用智能驱动与控制技术,突破了‘扰动高效充种’、‘双侧浮动清种’、‘柔性密封润滑’等多项核心技术。”据史嵩介绍,该排种器台架试验验证作业速度可达12km/h,相应粒距合格指数高达97%,该产品已获得4项国家专利,可逐步实现对国外产品的替代。

    众所周知,黄淮海地区新收获的玉米一般水分含量高达30%—35%,又有苞叶,在脱粒时极易受损,且因来不及晾晒或晾晒贮藏不当,会造成粮食霉变、发芽,因此收获机械和干燥机械的水平直接关系到我国粮食的品质及安全。

    破解农民遇到的难题,就是山东省农机院科研攻关的精准方向。

    针对黄淮海地区玉米收获时籽粒含水率高,籽粒脱粒极易受到损伤的问题,该院收获技术研究团队设计了国内领先的玉米脱粒清选试验台对脱粒和清选技术进行研究,通过对各种参数的调整匹配,经过优化的脱粒关键部件在对30%含水率的玉米进行脱粒试验时,玉米籽粒破碎率仅为3%,采用该关键技术的玉米籽粒联合收获机已经完成样机试验。玉米籽粒脱粒关键技术的解决,为提高山东乃至全国玉米生产机械化水平提供装备和关键技术支撑,对有效解决抢收抢种矛盾,确保玉米适时收获和小麦及时播种,实现玉米、小麦生产双丰收具有重大意义。

    针对当前现有谷物干燥成套设备的匹配性差、干燥能耗大、效率低、干燥废气对环境造成污染影响等问题,山东农机院农产品加工团队整合科技力量,研发出了适合低温循环与高温连续干燥成套设备,一举攻克多年来困扰山东乃至全国在谷物干燥方面的技术难题。“新技术不仅提升了谷物干燥的效率和粮食品质,同时也提升了能源利用率,降低了碳排放量以及谷物翻晒的损失率、污染率,可谓一举多得。”据研发团队主任李寒松介绍,谷物干燥实现机械化、自动化,将大大提高山东乃至全国谷物干燥装备的市场竞争力,对粮食储藏结构调整,推进农业节本增效,增加农民收入,保障国家粮食安全等具有重要的现实意义。

    收获了玉米,秸秆怎么办?如果焚烧,会严重污染环境,还田虽然方便,但过量还田会造成种子发芽率下降、扎根不牢、与幼苗争夺养分。秸秆处理成了令农民们头疼的大事。收获技术研究团队周进主任和同事们从玉米穗茎兼收收获、玉米秸秆固化成型以及规模化青黄贮应用等关键技术入手,研发设计出了玉米穗茎兼收与秸秆打捆一体机,为玉米秸秆回收综合利用找到了新的出路。不仅如此,青贮技术研究团队针对国内现有玉米种植模式和作业要求,及青贮玉米的收获要求,开发出一种集切割、粉碎、收集于一体的青饲料收获机,为玉米秸秆的回收提供了较为完备的解决方案。该产品经过两年的推广应用,在收获青贮玉米、甜高粱中发挥出巨大威力,同时与打捆机、裹包青贮机配套联合应用,大幅度提高了生产效率,节约了生产成本。

    玉米高速精密播种机、智能玉米植保机、智能玉米籽粒联合收获机、玉米穗茎兼收打捆一体联合收获机、青贮玉米收获机、粮食干燥机……作为国内最早开展玉米播种与收获机械研发的科研机构之一,山东省农机院创新团队研发出的一项项先进科技成果,彻底打通了玉米从种植到收获乃至秸秆回收利用的完整产业链,大大提高了生产效率和产品质量,为山东乃至我国主要粮食作物实现全程机械化奠定了坚实的基础。

    勇立潮头突破智能农机传感技术

    精准化生产是农业现代化发展的必然趋势,但当前粮食作物生产中粗放式管理仍是难以祛除的“通病”。“我国在机械化施肥过程中,在施多少、施的位置、深度、层次上都缺少精准控制,这就导致肥料利用率不高。不仅施肥,在机械化播种、机械化灌溉和病虫害防治上也都面临类似的难题,如何做到恰到好处?这正是我们要研究的。”山东省农机院智能化技术研究团队主任孙宜田告诉记者,“办法总比困难多,我们为此找到了‘良药’,那就是要靠智能化来解决”。

    让农机装备感知环境,像拥有人的大脑一样充满“智慧”地播种、施肥、灌溉、喷药,这是孙宜田团队的大胆设想。

    设想很快变为了现实。

    通过潜心钻研,孙宜田团队最终给农机具装上自主研发的传感器,如同安上了一双双明亮的“眼睛”,使其可以随时探知地上地下发生的情况,并将数据实时传输到操作端,接受操作人员的“发号施令”。

    手握金刚钻,能揽瓷器活。近几年,山东农机院智能化研究团队凭借良好的科研基础和创新能力,先后承担了国家科技支撑计划课题“大型气力式玉米精密播种施肥机种肥监控系统的研制”和四项省级课题,联合相关农机龙头企业研发出“2BMQ-4智能高速气力式玉米免耕精密播种施肥机”、“2BYFZ-4型智能玉米精密播种施肥机”、“3WPZ-650型智能喷杆喷雾机”、“3WZCZ-1300型智能喷雾机”、“雷沃谷神4YZ-3Z型智能玉米收获机”、“雷沃谷神4YZ-4Z型智能玉米收获机”等多项国际先进或国内领先的科技成果。在以智能化技术的推广和使用为标志的新“农业革命”中,山东农机院已经站在了潮头。

    除去烦恼让农业污染变身绿色资源

    我国每年产生蔬菜等农作物秸秆近9亿吨、畜禽粪便38亿吨。山东既是蔬菜种植大省又是畜牧养殖大省,年产各类设施蔬菜秸秆2000多万吨,畜禽养殖每年约产生排泄物2.7亿吨。

    山东农机院齐自成研究员带领的农牧废弃物资源化利用技术团队,研发出全国首创的农牧废弃物资源化无害化处理利用技术及工艺装备,把这些“留之无用”、处处不受待见的蔬菜秸秆和畜禽粪污变成了“宝贝”:一堆堆废弃的蔬菜秸秆,经过粉碎、清塑除杂、混料、发酵等工艺,最终变成了一袋袋优质生物有机肥。

    一边是无处安放的蔬菜等作物秸秆、畜禽养殖随意排放粪便污染环境,一边是化肥过量使用导致耕地酸化、有机质缺乏、农村缺乏绿色能源的难题。该技术的诞生,让农业污染“摇身一变”化为绿色资源,填补了国内农业固体有机废弃物无害化处理、肥料化高效循环利用的空白。山东省农机院与沃泰生物公司抓住有利时机,合作建起了全国规模最大、自动化程度最高、标准化生产最好的利用农牧废弃物制造生物有机肥基地。“该项目每年可处理16万亩大棚产生的废弃蔬菜秸秆60万吨,每年高效利用12万头猪、牛等畜禽粪便8万吨,产出的7.5万吨优质生物肥可以解决20万亩土地改良问题。”齐自成介绍,整个生产过程无“三废”产生,真正实现了作物秸秆与畜禽粪便一体化及无害化处理和综合生态循环利用。如今,沃泰模式已成为科技成果转化为产业的典型示范案例。

    “蔬菜秸秆废弃物是最难处理的一类农牧废弃物,里面含有大量塑料绳、塑料薄膜、石块等杂物,分拣难度比生活垃圾还大。”为此,齐自成团队设计开发了具有自主知识产权的蔬菜秸秆专用大型立式多级粉碎机组和清塑除杂自动化生产线;针对秸秆类废弃物快速好氧发酵难以连续化生产的难题,研发出了秸秆原料自动定量给料机、多轴强力混合搅拌机组、连续化移位翻抛机、连续化自动出料系统等,实现了秸秆、畜禽粪便和发酵菌群的精确调配,自动化多池槽式发酵堆肥的连续化布料和有机肥生产的全程自动智能化、工厂化。同时,还制定了农牧废弃物工厂化集中处理高效生态利用工艺规程。

    “当前,我国农机工业和农业机械化事业已进入快速发展的历史新阶段,我们也面临着科技创新与快速发展的新机遇、新挑战。我们将发挥自身优势,整合科研力量,围绕转方式调结构,以解决全程机械化技术装备关键重大科技问题为主线,推动科技成果快速转移转化,全面构建农业生产全程机械化模式,努力以科技创新引领新旧动能转换,推动农业‘新六产’发展,为实现农业现代化贡献我们的智慧和力量!”范本荣掷地有声的语言里透露出山东农机院阔步发展的雄心与壮志。

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