土壤植物機(jī)器系統(tǒng)技術(shù)國家重點實驗室是2008年經(jīng)國家科技部批準(zhǔn)、首批依托企業(yè)建設(shè)的36個國家重點實驗室之一。依托單位是中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，于2010年8月通過國家科技部組織的驗收。

　　該實驗室以提高企業(yè)為主體自主創(chuàng)新能力、為行業(yè)提供基礎(chǔ)性、共性關(guān)鍵技術(shù)為宗旨，以農(nóng)業(yè)機(jī)械與土壤、植物、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入物和環(huán)境的相互作用效應(yīng)及機(jī)理為研究對象，生產(chǎn)生態(tài)協(xié)調(diào)為主線，設(shè)立了田間工況模擬、農(nóng)業(yè)霧化工程技術(shù)和農(nóng)業(yè)裝備智能化技術(shù)研究室3個研究單元。

　　城市里的人們在超市里拿起一袋袋米面時，可能再難體會到“鋤禾日當(dāng)午，汗滴禾下土”的勞作艱辛，也時常會忽略農(nóng)業(yè)之于每個人生活的重要性。但我們關(guān)心的——蔬菜水果里的農(nóng)殘能否少一點，大米里有沒有重金屬污染……這些問題無不取決于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展質(zhì)量。

　　土壤植物機(jī)器系統(tǒng)技術(shù)國家重點實驗室的主要任務(wù)就是為了摸清土壤和植物的習(xí)性，實現(xiàn)有針對性的個性化施肥、除草滅蟲等精準(zhǔn)田間管理，達(dá)到高效、低耗、減排的目標(biāo)，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展；制造出先進(jìn)適用的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與設(shè)施，全面提升我國農(nóng)業(yè)裝備制造業(yè)的自主創(chuàng)新能力，支撐農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展。

　　 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)力：農(nóng)田作物實現(xiàn)個性化管理

　　“我們實驗室總的來說可以分為三大研究方向，即精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、智能化農(nóng)業(yè)裝備和農(nóng)業(yè)機(jī)器人?！睂嶒炇覍W(xué)術(shù)委員張小超告訴科技日報記者。

　　精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要發(fā)展方向，其目標(biāo)是對農(nóng)田及作物實現(xiàn)個性化管理，以減少農(nóng)藥化肥的使用并同時提高產(chǎn)量。與這一技術(shù)在我國的發(fā)展同步，土壤植物機(jī)器系統(tǒng)技術(shù)國家重點實驗室從設(shè)立之初就將精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)列為一項核心研究課題。

　　土壤養(yǎng)分的自動測量就是其代表成果之一。張小超說，測量出土壤養(yǎng)分就能得知其營養(yǎng)狀況及養(yǎng)分吸收情況，實現(xiàn)個性化施肥?！耙郧爸饕咳斯げ蓸幽玫綄嶒炇覝y量，以東北農(nóng)墾地區(qū)為例，過去只能一公頃取一個樣，就這樣要完成一個農(nóng)場的采樣測量也需要兩三個月的時間。”張小超說，“十二五”期間，實驗室研發(fā)出一種快速檢測設(shè)備，在田間地頭就能完成這一工作。

　　值得一提的還有免耕播種技術(shù)。免耕播種是國家重點推廣的保護(hù)性耕作技術(shù)之一，長期實施免耕種植技術(shù)，對治理沙塵、改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有實際意義。針對東北壟作區(qū)玉米長期未實現(xiàn)免耕種植的現(xiàn)狀，實驗室先期開發(fā)出2行玉米免耕精密播種機(jī)，并根據(jù)不同用戶的需求，研發(fā)出4行、6行等系列播種機(jī)型。

　　目前，這一成果主要用于我國東北、西北等干旱半干旱地區(qū)免耕精密播種玉米，目前玉米免耕精密播種機(jī)系列產(chǎn)品已銷售1800余臺，實現(xiàn)銷售收入1億多元，利稅總額2450多萬元。

　　此外，實驗室還研究了播種、施肥、中耕、植保、收獲等環(huán)節(jié)作業(yè)裝備的精準(zhǔn)智能變量測控技術(shù)，取得了多項創(chuàng)新性成果。研制了小麥、玉米變量免耕播種機(jī)、水稻智能對行插秧機(jī)、變量自動配肥施肥機(jī)、智能化自動對靶除草機(jī)、大型智能化變量噴藥機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)智能測產(chǎn)系統(tǒng)等智能化農(nóng)業(yè)裝備，研究成果實現(xiàn)了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)智能變量作業(yè)裝備技術(shù)的重要突破，其中播種量和施肥量在線檢測技術(shù)、插秧機(jī)自動行走對行技術(shù)、施肥重量反饋控制技術(shù)、聯(lián)合收割機(jī)測產(chǎn)技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。

　　智能化農(nóng)場：“北斗”定位奠定技術(shù)基礎(chǔ)

　　以導(dǎo)航技術(shù)為核心的自走裝備、農(nóng)機(jī)作業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理是農(nóng)業(yè)裝備智能化的代表性技術(shù)?！笆崭顧C(jī)、插秧機(jī)等設(shè)備，人工操作走的路線肯定沒有導(dǎo)航機(jī)器走得直。尤其是北斗系統(tǒng)建成后，我們的一項重要工作是利用北斗系統(tǒng)來定位農(nóng)機(jī)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程管理和診斷，為將來的智能化農(nóng)場奠定技術(shù)基礎(chǔ)?！睆埿〕f。

　　玉米、棉花、大豆、油菜、甘蔗等高稈和中耕作物在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有極其重要的地位。這些作物生長中后期植株較高，拖拉機(jī)配套施藥機(jī)械離地間隙較低而難以進(jìn)入目標(biāo)地進(jìn)行噴藥作業(yè)。由于缺乏地隙高、田間通過性好的自走式施藥機(jī)械，長期以來，高稈和中耕作物生長中后期的病蟲害始終是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)迫切需要解決的瓶頸難題。

　　為了解決這些問題，中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院從2005年6月份開始致力于高地隙自走式噴桿噴霧機(jī)技術(shù)研究、產(chǎn)品開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化推廣工作，土壤植物機(jī)器系統(tǒng)技術(shù)重點實驗室承擔(dān)了前期的研發(fā)工作。

　　田間工況實驗室負(fù)責(zé)人劉立晶說，經(jīng)過多年努力，該實驗室對機(jī)械驅(qū)動型高地隙自走式底盤、全液壓驅(qū)動型高地隙自走式底盤以及高效施藥技術(shù)與裝備進(jìn)行了開創(chuàng)性研究，在基于電液防滑控制的全液壓同步驅(qū)動技術(shù)、機(jī)械驅(qū)動型自走式底盤動力傳遞系統(tǒng)、高地隙和超高地隙自走式底盤的行走穩(wěn)定性控制技術(shù)、輪距和地隙液壓調(diào)控技術(shù)、柔性桁架式噴桿自動平衡及減振系統(tǒng)、風(fēng)幕式氣流輔助穿透性噴霧技術(shù)、基于作業(yè)速度實時檢測的自動變量噴霧控制技術(shù)、噴霧機(jī)作業(yè)過程機(jī)電液中央控制技術(shù)等產(chǎn)業(yè)共性和關(guān)鍵技術(shù)上取得重大突破和創(chuàng)新；完成了科技成果轉(zhuǎn)化研究，實現(xiàn)了產(chǎn)品批量生產(chǎn)。

　　此外，集成開發(fā)的多功能聯(lián)合收割機(jī)應(yīng)用于小麥、水稻、大豆、玉米收獲，采用液壓四輪驅(qū)動，雙縱軸流脫粒分離，雙動篩分風(fēng)選，喂入量作業(yè)速度自控調(diào)節(jié)，喂入量可達(dá)10公斤/秒。6行采棉打包機(jī)研制成功，3行通用型采棉機(jī)批量投產(chǎn)，可實現(xiàn)自動導(dǎo)航，火警預(yù)報，集中潤滑，故障檢測，成功運(yùn)用于新疆棉花主產(chǎn)區(qū)，解決了采棉勞動力缺乏的問題，實現(xiàn)及時收獲，保障棉花品級。秸稈撿拾打捆機(jī)實現(xiàn)了玉米秸稈碎斷、撿拾、預(yù)壓、填料、打捆，采用相位耦合傳動技術(shù)，密度檢測可調(diào)控，已形成系列設(shè)備。暗管改堿成套裝備采用北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航，激光高程監(jiān)控，完成了開溝、鋪管、埋砂、覆土作業(yè)，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，通過工程技術(shù)手段深度開發(fā)利用鹽堿地資源，在提高耕地資源區(qū)域保障能力方面具有重要作用。

　　農(nóng)業(yè)機(jī)器人：搭上“中國制造2025”的快車

　　劍橋大學(xué)奶牛場，擠奶工作全部由機(jī)器人獨(dú)立完成，無需任何手工，機(jī)器人安裝在奶牛圈舍旁邊，奶牛一旦需要擠奶，會自動排隊等待機(jī)器人服務(wù)；育苗工作大部分內(nèi)容都是把盆栽作物搬來搬去，單調(diào)而枯燥，浪費(fèi)人力而且效率不高，美國波士頓的育苗機(jī)器人很好地解決了這個問題，這種育苗機(jī)器人由滾動輪胎、抓手和托盤組成。工作人員只要實現(xiàn)在觸摸屏上設(shè)定地點參數(shù)，機(jī)器人就能感應(yīng)盆栽，并自動把它們移動到目的地。

　　沒錯，農(nóng)業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用越來越廣泛。這一新興領(lǐng)域也成為土壤植物機(jī)器系統(tǒng)技術(shù)國家重點實驗室的研究方向。

　　張小超說，實驗室目前主要研發(fā)了采摘機(jī)器人和消毒機(jī)器人?！?a href="http://app.www.zhonghuixigou.com/stock/cate/detail.php?symbol=400128162" target="_blank" title="蘋果 400128162">蘋果和西紅柿的采摘、套袋等，消毒機(jī)器人主要用于畜牧業(yè)，比方說雞舍里某只雞發(fā)熱了，機(jī)器人可以通過傳感器感應(yīng)到，并進(jìn)行處理。”

　　但由于造價昂貴及農(nóng)戶的認(rèn)識程度不夠等諸多原因，目前農(nóng)業(yè)機(jī)器人在我國的應(yīng)用遠(yuǎn)沒有工業(yè)機(jī)器人廣泛?！稗r(nóng)業(yè)機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人最大的不同是它面臨的是開放的工況，以及非結(jié)構(gòu)化的操作對象，比方說，對于采摘機(jī)器人來說，每個蘋果的大小、色澤和形狀都不同，識別難度出來比工業(yè)零部件要大多了?！敝袊r(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)研究院副院長、總工程師方憲法解釋道。

　　“但這無疑是未來的發(fā)展方向，通過農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究，我們可以突破一批傳感、機(jī)器視覺等關(guān)鍵技術(shù)。”方憲法說。