二、农业工程技术的发展趋势
人类社会已经历了三次大的技术革命,目前以微电子技术、生物工程和信息技术为主要内容的新一轮技术革命正在兴起。每次技术革命成果的应用,都推动了农业工程科学技术的大发展。多种新技术的应用,使农业工程向高工效、集约化和自动化方向发展,大大提高了农业劳动生产率和作业质量。工程技术与生物技术的密切结合,有力地促进了高产、优质、低耗农业生产体系的建立。基础研究的深化,奠定了农业工程的学科基础,从分科研究到综合研究,使农业工程技术更加先进,经济效益也更加显著。
虽然由于各国国情不同,各国的农业工程在某一个时期的发展重点和趋势也不相同;但是,现代科学技术的成果不断应用于农业和农业工程领域,由此促进农业的发展,在这一点上各国是相同的,所不同的只是各自在不同方面有所侧重而已。
总的来说,随着新技术不断地应用于农业工程领域,农业工程的内涵和外延正不断地发生变化,其技术发展的重点也由合理开发利用土地及其他农业资源,提高农业产量和劳动生产率为主逐步地转向利用生物工程技术、微电子技术、信息技术,创造优质、高产的新物种、新方法,保护生态环境,为农业生产创造最佳的环境条件,提高生产的自动化程度等为主。具体地体现在以下几个方面。
(一)农业机械在向大功率、高速、宽幅、联合作业方向发展,自动化程度不断提高
这类机器的发展和应用大大提高了生产率,电子技术及计算机技术的应用则同时使机器的作业质量得到了提高。如装有谷物流量监测装置的联合收割机可以据机器的负荷将机器自动控制在最佳状态下工作,带有土壤湿度监测设备的播种机可根据土壤湿度将种子播在最适宜的深度等。自动化、智能化农业机械的出现还扩大了农业机械化的范围,使原来难以机械化的作业实现了机械化。如一些蔬菜和水果的收获,采用传统的农业机械无法满足作业要求,而用智能化的机器可使这类作业实现机械化,从而提高了生产效率。
(二)有关农业环境保护和降低污染的工程技术越来越引起关注
随着现代农业的发展,由农业引起的环境恶化和污染问题愈来愈令人担忧。农业上大量应用化学品(包括化肥、农药、除草剂、消毒剂等),不但引起了人们对食品安全的担心,而且造成的土、水、空气等污染,日益令人不安。在此情况下,农学家和农业工程学家不得不研究相应的方法和技术来解决这一问题,如采用少耕、免耕技术以减少水土流失;采用轮作、间作制度来降低病虫害发生的程度;采用新的施肥、施药方法和设备来提高化肥、农药的利用率和减少污染;研究机械或物理的方式防治杂草和病虫害等。
(三)农业生产条件与环境的调控技术的研究不断深入
为了摆脱大田生产条件下的自然气候和季节制约,温室与保护地栽培及植物工厂化生产技术越来越多地应用于生产。如北美、西北欧、日本北部等,这些光、热资源不够充裕的地区,为在冬季保证城市居民的蔬菜、花卉供应,连栋玻璃温室或塑料薄膜温室大多有了巨大发展。为了节省能源,在温室结构上尽量减少遮光面积,提高透光率;为了提高光合作用效率,还对温室内的二氧化碳浓度进行调控。温室生产在欧美国家及日本已高度专业化、现代化;不但生产过程大都已实现了机械化,而且温室光、热、水、气调节也已实现自动化。
植物工厂化生产不只限于冬季栽培,更可以在完全人工控制的光、热、水、气、肥条件下,给予作物最佳生长发育环境,实现全年连续地批量生产,生产流程数据化、规范化。植物工厂化生产的优点在于不受季节和气候的限制,使单位土地有很高的生产力,易于生产无污染的农产品。现在的问题是生产成本还较高。目前,许多国家正加紧研究利用太阳能、地热、水力发电等廉价替代能源,培育更高产的作物品种,建立植物工厂内高产值作物的轮作栽培体系,以进一步提高植物工厂化生产的产量与产值。
(四)遥感、计算机等高新技术的应用日益广泛
微型计算机自70年代大量进入市场以来,已在农业的各方面得到了广泛的应用。在发达国家中计算机已广泛应用于农场管理、温室与畜禽养殖自动化、获取信息与通讯交流等,并已开始用计算机模拟技术和专家系统进行田间管理。世界各地已开发了许多有关农业的计算机模型,如资源利用、能源消耗、各种作物生长发育、主要病虫害测报、畜禽饲养、灌溉、施肥等。以色列采用计算机控制的滴灌和喷灌技术节水达50%以上;在欧美工业发达国家,畜禽饲养计算机化已趋于普及,如在美国宾西法尼亚州用计算机管理着30万头奶牛,饲料供给、挤奶、通风、控温、给光、除粪及每头奶牛产奶量记录均在计算机控制下自动进行。生物工程及微电子技术的应用,使农业生产向高技术发展的方向日趋明显。生物工程可在生物反应器中大批量生产植物细胞和器官,微电子技术则由一般的计算机自动控制发展到利用人工智能机械或机器人。一些重复性、劳累的或要求精细的作业将由机械代替人去完成。美国、法国、日本的农用机器人都已进入实用阶段。60年代民用卫星遥感开始应用,80年代遥感技术在欧美国家已普遍应用于自然资源调查、制图、环境监测、保护与管理、天气预报、作物估产等方面。以后遥感在农业上的应用将日益广泛,目前已用于监测作物长势、土壤水分与盐化变化、病虫害情况和其他自然灾害情况;据不同时期不同作物的光谱特性,在遥感图像上解译所要估产的作物种植面积和生长情况,结合当地土壤水分、肥料、气象和历年产量情况进行单产和总产估算;利用遥感技术进行资源调查、评估以指导农业资源的开发、利用和管理等。另外,全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)在农业上的应用也日益广泛。
毫无疑问,随着科学技术的发展,农业工程还将不断地增加新的内容,现代科技成果也会源源不断地应用于农业工程领域,农业工程将在农业和社会经济发展中发挥越来越重要的作用。