近年来，智能农机发展迅猛，其工作效率在农业生产中远超人工作业方式，受到越来越多农业生产者的青睐。国家对自动驾驶农机装备的投资热情也日益高涨，智能农机应用正迈入更深层次、更广范围的“深水区”。然而，如何进一步推动智能农机在小麦机械化种植生产中的大规模应用，提升智慧农业发展水平仍面临诸多挑战。本文旨在探讨智能农机在小麦生产中的实践探索，重点关注在小麦机械化种植生产中智能农机的应用方法，为解决农村劳动力短缺、遏制弃耕、提高生产效率等问题提供解决路径，为建设“现代农业强国”打下坚实基础，促进我国小麦产业的高质量发展。
一、智能农机与小麦机械化种植生产概述
智能化农机装备是指将传感器技术、大数据、人工智能技术以及物联网技术等融入传统农业机械，赋予其自主感知、自主决策、自主作业能力的新一代农业装备。智能农机能够根据作物生长情况、土壤环境、气象数据等信息，进行精准作业，减少人力财力，能够智能化管理农业生产过程。例如，智能化播种机可以根据土壤肥力状况进行变量播种；智能化喷药机可以识别作物、杂草，精准喷洒农药；智能化收割机可以自动识别田间路径，自主完成收割作业。在小麦的整个生长周期中，尽可能地利用农业机械替代人工进行各种作业，包括耕地、播种、施肥、喷药、灌溉、收获等环节。小麦的机械化种植也标志着农业生产方式从传统的人力或畜力耕作向现代化、机械化生产的转变。
机械化种植配合智能农机的应用，不仅能够提高生产效率、降低劳动强度，还能助力我国农业发展突破瓶颈，为规模化、标准化农业生产奠定基础。另一方面，智能化农机装备与小麦机械化种植生产的结合，对于解决“谁来种地”和“怎么种好地”这两个难题，以及推动农业现代化发展具有重要意义。随着农村人口向城市转移以及农业人口老龄化加剧，农业劳动力日益短缺，制约了我国的农业发展。应用智能化农机装备，特别是自动驾驶系统的普及，可以大幅减少对人工的依赖，即使在劳动力短缺的情况下也能保证农业生产的顺利进行。例如，配备自动驾驶系统的小麦收割机，可以实现无人化、少人化作业，减轻农民的劳动负担，解决农忙季节劳动力不足的问题。智能农机能够提高小麦的产量和质量。机械化生产可以大幅提高作业效率，缩短生产周期，增加单位面积产量。应用智能化农机装备能够在此基础上更进一步突破以往生产效率的上限。智能化变量施肥机可以根据土壤肥力状况精准施肥，避免了肥料的浪费，同时提高了肥料的利用效率，从而提高了小麦的产量和品质。以往的农业生产方式相对粗放，对资源环境压力较大。应用智能化农机装备也可有效应对此类问题，通过精准作业，能够减少浪费农药、化肥、水资源等投入品，降低农业生产对环境的负面影响。智能化的喷药机可以根据作物生长情况和病虫害发生情况进行精准喷洒，减少农药的使用量，降低对环境的污染。智能化农机装备还可以收集大量的田间数据，辅助农民进行决策。在政策扶持等多重利好因素的综合作用下，我国农机自动驾驶系统研发与生产正在蓬勃发展。围绕现代设施农业建设，以农业增产增效、农民持续增收为智能农机工作的出发点和落脚点，注重抓好智能化农机装备在未来农业生产中的应用，在支撑农作物耕种收关键环节上，延伸服务领域，能够为保障国家粮食安全、推动农业现代化发展做出更大的贡献。
二、智能农机在小麦机械化种植生产中的应用实践
1、整地技术
搭载多光谱相机和电磁感应传感器的智能农机可以采集土壤的理化信息，包括土壤类型、有机质含量、pH值、含水量、养分含量（氮、磷、钾等）以及土壤紧实度等。数据经过人工智能算法的分析处理，可以生成高精度土壤肥力地图，指导变量施肥作业。例如，根据土壤肥力地图，智能变量施肥机可以在播种前期根据不同区域土壤的实际养分需求，控制肥料的施用量和种类。例如，某区域土壤缺氮，智能变量施肥机就可以根据预设的施肥方案，自动增加氮肥的施用量，从每亩80kg增加到100kg；而对于磷钾含量充足的区域，可以减少相应肥料的施用量，从每亩60kg减少到40kg。在耕地环节，智能深松机可以根据预设的耕作深度，如25-30cm，自动调节耕作深度，打破犁底层，改善土壤通透性，提高土壤保水保肥能力。同时，智能深松机还可以根据土壤的紧实度进行变量耕作。例如，在土壤紧实度较高的区域增加耕作深度至30cm，在土壤较为疏松的区域减少耕作深度至25cm。除了上述应用，智能农机还可以配合施用土壤改良剂，例如，根据土壤pH值，施用石灰等改良剂，调节土壤酸碱度pH值至6.0-7.0左右。
2、播种技术
在小麦播种中应用智能农机，能够彻底改变传统的播种方式。以智能化播种机为例，智能播种机配备了高精度传感器，可以实时监测土壤湿度、温度、肥力等关键参数，根据数据自动调整播种深度、播种量和施肥量。在土壤肥力较低的区域，智能播种机会自动增加施肥量，而在土壤肥力较高的区域则会相应减少施肥量，实现精准施肥，避免肥料浪费。通过精准施肥，将肥料利用率提高了15%-20%，同时减少了10%-15%的肥料使用量，降低农业生产成本。智能播种机也可以实现变量播种，根据田间不同区域的土壤条件和作物生长需求，调整播种密度和播种量，实现差异播种。在土壤肥沃、水分充足的区域，适当降低播种密度，而在土壤贫瘠、水分较少的区域，适当提高播种密度，保证了小麦均匀生长。通过变量播种技术，也可以将平均产量提高5%-8%，同时节省3%-5%的种子用量。
此外，智能播种机可以与自动驾驶拖拉机无缝对接，实现无人化或少人化播种作业。自动驾驶拖拉机通过GPS、北斗等导航系统，可以按照预设的路径精准行驶。以T1054无人驾驶智能拖拉机为例，机器可进行±2.5cm高精度自动驾驶、自主规划路径、自动作业；厘米级的高精度作业，减少重耕、漏耕和重播、漏播，助力精准农业；可自动调节耕深，转弯时自动提升农具，掉头前后自动升降悬挂，支持一机多用。大田块情况下，每天可以播种200亩以上的小麦。此外，智能播种机还可以与田间管理系统连接，实现数据共享和远程监控。通过对播种数据的分析，可以及时发现问题并进行调整，优化播种方案，提高小麦的出苗率和成活率。通过对播种数据的分析，将小麦的出苗率提高了3%-5%，也减少了缺苗断垄现象。
3、田间管理技术
智能农机在小麦田间管理中发挥的作用是十分关键的，涵盖灌溉、除草、喷药、监测多个方面。智能灌溉系统集成了土壤湿度传感器、自动控制机制和气象数据分析，实现精准灌溉。以50亩小麦田为例，传统漫灌方式每次灌溉用水量为每亩80m3，而智能灌溉系统通过精确控制，可以将每次灌溉用水量降低至每亩50m3，则每次灌溉可节约1500m3的用水量。在生长季，每日需要灌溉3次的情况下，智能灌溉系统可以节约用水量4500m3。同时，智能灌溉系统还能根据实时天气数据调整灌溉计划。系统可以根据未来24小时的降雨预测，自动推迟或取消原定的灌溉计划，避免在雨天进行灌溉。机器人除草器和喷雾机利用传感器和人工智能算法，实现了精准除草喷药。以除草为例，人工除草每亩需要使用0.5kg除草剂，机器人除草器通过精准识别定位杂草，可以将每亩除草剂的使用量降低至0.2kg，在50亩的小麦田中，机器人除草器可以减少除草剂使用量15kg。精准喷药还可以减少农药漂移流失，降低环境危害。此外，土壤和气象传感器构成了小麦田间管理的“数据大脑”，实时监测土壤湿度、温度、pH值、营养成分含量以及环境温度、湿度、降雨量和风速等关键数据。土壤传感器可以实时监测土壤氮含量，指导农民进行精准施肥，避免过量施肥造成的氮肥流失和环境污染。传统施肥方法每亩施用氮肥20kg，而基于土壤传感器数据的精准施肥可以将氮肥施用量降低至每亩15kg，大幅减少了肥料投入。
4、小麦收割技术
智能农机在小麦收割中的应用为农民带来了实实在在的效益。以往“面朝黄土背朝天”的繁重体力劳动正在被先进的科技力量所取代，自动驾驶的联合收割机成为田间地头的主角。在小麦收割中，智能收割机配备了北斗导航系统和毫米波雷达等传感器，可以在广袤的麦田中按照预设路线自动行驶，无需人工干预即可完成收割作业。智能收割机还能根据小麦的长势和密度自动调节割台高度和脱粒速度，减少粮食损失。以4LZ-9L联合收割机为例，配备了自动驾驶系统的智能收割机的作业速度为3-9km/h，每小时可以收割10-15亩小麦，效率提升了30%-50%。此外，智能收割机还能实时监测发动机转速、油耗、粮仓容量等关键数据，通过无线网络将数据传输到控制中心，方便远程监控管理。在夜间或恶劣天气条件下，自动驾驶农机也能正常作业，大大延长了作业时间，避免了因天气原因造成的收割延误和损失。传统收割方式下，1000亩小麦需要10台普通收割机连续工作10-14h才能完成，而使用10台智能收割机则只需8-10h就能完成作业，节省了20%-40%的时间。
此外，多台智能农机协同作业的集群模式，正在将“无人农场”的蓝图变为现实。通过云平台的调度和控制，多台智能收割机可以组成“收割团队”，在田间协同作业，实现无缝衔接，进行全覆盖收割。例如，5台智能收割机可以组成1个集群，每台收割机负责200亩的区域，它们之间保持固定距离、速度，并根据实时情况调整作业路径，确保不重叠、不遗漏。采用5台智能收割机集群作业，依托平台管理、大数据交互和人工智能算法分析，其作业效率相当于25台普通收割机同时作业，相比于25台普通收割机，可以节省驾驶员的人工成本、减少组织调度环节的人力时间成本、节约大量的燃油费用。
5、病虫害防治技术
智能农机在小麦病虫害防治中的应用主要体现在病虫害监测预警、变量施药技术以及无人化作业等方面。依托物联网、人工智能等技术，可以构建小麦病虫害监测预警系统。在田间部署传感器、摄像头等设备，能够实时采集小麦生长环境数据、病虫害图像信息等，利用人工智能算法进行分析，快速识别病虫害种类、发生程度和发展趋势，及时发出预警信息。例如，通过安装在田间的孢子捕捉器和气象监测站，可以实时监测小麦条锈病病原菌孢子浓度、温湿度、风速等数据，结合历史数据，可以提前预测条锈病的发生和流行趋势。配合具备变量施药技术的智能农机，可以根据小麦病虫害发生情况控制农药施药量。例如，搭载GPS定位系统和变量喷雾控制器的智能喷杆喷雾机，可以根据预先设定的处方图或田间实时监测数据，自动调节喷雾量，实现对不同区域、不同病虫害程度的精准施药。以一台每次可带药500L，作业20亩的喷杆喷雾机为例，在20亩小麦田中，有5亩发生轻度蚜虫危害，需要喷洒低浓度农药，其余15亩未发生病虫害，智能喷杆喷雾机可以根据预设程序，只对发生蚜虫的5亩地进行喷药，并根据蚜虫发生程度调整喷药量。同时，农用无人驾驶航空器也实现了智能化作业。操作人员只需在地头设置好飞行路线和喷药参数，无人机即可自动完成大面积的植保作业，每天可进行植保作业500亩以上，大大提高了作业效率。此外，智能农机还配备了数据采集和分析功能，可以记录每次作业的喷药量、作业面积、病虫害发生情况等数据，并上传至云平台进行分析，为后续的病虫害防治提供数据支持，形成病虫害防治的闭环管理。例如，通过分析历史病虫害发生数据、气象数据和农药使用数据，可以优化农药使用策略，提高防治效果。
6、小麦加工、仓储和运输技术
智能农机在小麦加工、仓储和运输的应用，贯穿了从田间到餐桌的全过程。在小麦加工环节，智能化磨粉机械配备传感器和人工智能算法，可实时监测小麦的湿度、硬度等指标，自动调节碾磨参数，如辊距、碾压速度等，控制小麦出粉率。例如，通过智能控制系统，可将出粉率提高2%-3%，损耗降低1%-2%。同时，磨粉机械还集成了图像识别技术，可以自动识别并剔除病麦、杂质等，保障小麦的质量安全。在仓储环节，智能化粮仓管理系统利用物联网技术，实时监测仓内温湿度、粮堆高度、虫害情况等，并通过智能通风、控温系统，自动调节仓内环境，防止小麦霉变、虫蛀等问题。例如，通过智能化的粮情监测系统，可以将仓储损耗降低1%-1.5%，同时，粮库还应用了机器人巡检技术，可以自动巡查粮仓，及时发现并处理异常情况，进一步保障粮食存储安全。此外，基于大数据分析，智能仓储系统还可以预测小麦的储存寿命，优化库存管理，减少储存成本。在运输环节，智能化物流系统可以实现小麦运输的全程监控和调度，例如，通过GPS定位、RFID技术等，可以实时追踪运输车辆的位置、速度、状态等信息，并根据路况、天气等因素，智能规划运输路线，提高运输效率，降低运输成本，将运输时间缩短10%-20%，运输成本降低5%-10%。物流公司还利用区块链技术，建立了小麦运输的溯源体系，保障小麦的来源可追溯，提高了食品安全水平。
综上所述，智能农机在小麦机械化生产种植中的应用，正从单一环节的自动化向全程机械化、智能化方向发展，为解决农村劳动力短缺、提高生产效率、保障粮食安全提供了有效路径。本文从整地、播种、田间管理、收割、病虫害防治以及加工、仓储和运输等环节，探讨了智能农机在小麦机械化种植生产中的实践探索，并佐以具体案例和数据，展现了智能农机在提高产量、改善品质、节约资源、保护环境等方面的显着优势。未来，随着人工智能、物联网、大数据等技术的进一步发展与融合，将推动农民从“会种地”向“慧种地”转变，增进第一产业从业者的生活品质，以智能化为核心的、覆盖农业生产全过程的智慧农业整体解决方案正在逐步构建，为解决“谁来种地”和“如何种好地”的根本问题提供有力支撑，为乡村振兴和农业现代化发展注入强劲动力，助力乡村振兴战略的全面实施。
（作者单位：252000 山东省聊城市农业技术推广服务中心）
