农作物定轨机械化精细生态栽培技术方案

摘要

本发明公开了一种农作物定轨机械化精细生态栽培技术方案，涉及农作物种植管理技术领域，同时涉及农作物栽培技术领域、农业机械化技术领域、病虫草害防控技术领域及绿色食品安全生产技术领域，尤其涉及一种通过固定轨道来实现农作物生产全程机械化精细操作，有望达成大面积生态栽培的技术方案，促进农作物栽培管理技术全方位革新。具体方法是机械在固定的轨道上按照固定路线行走实施播种或移栽，使得作物栽植的行间与轨道形成关联，作物生长过程中，机械再在轨道上按照固定路线行走时，机械手就可实现在已定的栽植行间内进行作业，在特殊机械结构配合下对正在生长的作物实施有效保护。该方案适合于水田及旱土农作物的栽培管理。

说明书

技术领域

本发明涉及农作物种植管理技术领域，同时涉及农作物栽培技术领域、农业机械化技术领域、病虫草害防控技术领域及绿色食品安全生产技术领域，尤其涉及一种通过固定轨道来实现农作物生产全程机械化精细操作，有望达成大面积生态栽培的技术方案，促进农作物栽培管理技术的全方位革新，该方案适合于水田及旱土农作物的栽培管理。

背景技术

目前农作物栽培存在三大困境：一是从事农作物栽培管理的劳动力越来越少，并且多为老年人，后继无人；二是现有机械设备无法做到高效管理与精细管理相结合，大户种植多为粗放管理；三是应对病虫草害显得力不从心，成本高收益低，很难在绿色食品与产量上实现兼顾。

例如水稻种植过程中，应用到的机械有很多：有耕田机（大型拖拉机或履带式旋耕机）、插秧机、抛秧机、直播机、收割机等减轻人工劳动强度的机械，但各种机械动力不兼容，一个大户需要同时购买多种机械、多个动力，导致生产成本的增高和自然资源的浪费，有些重型机械还会损坏犁底层，耕作层越来越深，多年后导致无法耕种而抛荒；针对再生稻收割时前季稻桩受碾压会造成再生季减产的问题，目前有一种窄履带收割机，但是还不能对前季稻桩进行完全保护，只是达到相对可以接受的程度；病虫害防控设备有电动式喷雾器、背负式汽油机喷雾器、担架式喷雾器、无人机、杀虫灯、性诱捕虫设备等，但喷药设备始终离不开对农药的大量使用来保护农作物不受病虫害危害，杀虫灯、性诱捕设备局限于诱杀，对于不接受引诱的虫害或被成功诱杀前已经实现后代繁殖的个体就失去了诱杀的意义，因此诱杀技术还不能在生产过程中大面积推广使用；在应对草害方面，在作物播种前有割草机、耕田机除草，但针对农作物生长期间的草害，目前还没有相应机械可以处理，常用方法是通过使用除草剂进行控制，会造成大量药物残留于稻米产品或土壤，不利于水稻生长，也不利于人体健康。

综上所述，截止目前，农作物定轨机械化精细生态栽培技术方案尚未见报道。我们依据农作物生长特性及农事操作管理特点，通过积极探索、周密思考、精心设计，获得了一种通过固定轨道来规范农作物各项农事操作的技术方案，通过这一技术方案，一方面可以解决农村从业人员劳动力短缺问题；二方面解决了农事操作受作物生长引起的空间制约问题，可以实现各项农事操作在定轨条件下的机械化精细操作，可以解决深泥脚田的田间操作问题，可以彻底解决再生稻收割时对前季稻桩的碾压损伤问题，可以实现早稻与晚稻实施套种栽培技术，理论上还可以实现再生稻与其他作物的套种、间种栽培技术，进一步还可以实现无人操作及根据田间不同宽度实现分区域起降、启动与停止作业控制；三方面可以通过田间捕虫和除草的机械化精细操作实现少用甚至不用农药就可对病虫草害实施有效防控。本方案同样适用于旱土作物的各项农事管理操作。

发明内容

本发明目的是针对目前农业生产出现的问题提供一种农作物定轨机械化精细生态栽培技术方案，一种通过固定轨道来实现农作物全程农事操作机械化的技术方案，具体方法是机械在轨道上按照固定路线行走，实施播种或移栽，使得作物栽植的行间与轨道形成关联，作物生长过程中，机械再在固定轨道上按照固定路线行走时，机械手就可实现在已定的栽植行间内进行作业，在特殊机械结构配合下对正在生长的作物实施有效保护。该方案适合于水田及旱土农作物的栽培管理。

实施本发明要求该技术方案配备农用机械设备，设备有机械主体和辅助机械，作业时分别在田间的主轨道和辅助轨道上按照固定路线行走；机械主体包括主动力和操作总台，主动力提供整体机械前进动力及行走方向，操作总台配有总台控制与处理设备，负责包括操控整体机械的行走速度、对机械手的起降、伸展、启动与停止操作的控制以及下田物质的贮备配送或对机械手收集物的集中与处理；总台设备依每一项农事操作分别搭配相应处理设备，设备结构依翻耕、开沟、起垄、播种、移栽、施肥、松土、除草、捕虫、喷药、收获、翻蔓、压蔓、修剪的农事操作而定；辅助机械包括辅助动力和机械手，辅助动力为机械手工作提供动力支持，机械手结构依作物和各个农时的农事操作而定，与操作总台机械配套，机械手在操作总台控制下进行相关作业，根据作物选定的株行距，协同机械主体完成各项农事操作；辅助机械通过可拆卸的固定支架与机械主体连接，与机械主体作为一个整体随机械主体移动，同时在二者之间配有传送带或传送管道，操作过程中起到分送物质或收集物质的作用；方案中设备设计运用多设备嵌套技术，实现多设备动力传输结构兼容，主动力可搭配多种处理设备，辅助动力可搭配多种机械手，主动力、辅助动力的大小取作物全程农事操作的最大值并留有安全范围；方案配备一条主轨道和若干条辐助轨道，可以用单轨或双轨，辅助轨道必须与主轨道平行；主轨道承载机械主体行走，承载量大，需要较宽的机耕道作基础，基础上再安装主轨道，以确保机械主体有固定的行走路线不偏离允许范围；辐助轨道承载辅助机械，承载量小，不必建造路基，可以用单轨，单轨由支撑杆支撑于田间耕作层下的地基之上，不占用农田；主轨道、辅助轨道、支撑杆工作在露天环境下，材质须达到相关标准，轨道支撑强度依辐轨道之间距离及辅助机械手重量而定，标准取作物栽培管理全过程的最大值并留有安全范围。

本发明可以根据实际情况，辅助机械可以不配辅助动力，由机械主体提供动力进行操作。

本发明可以根据田间实际情况，在没有辅助机械的情况下，由机械主体带动机械手在轨道上单独完成操作。

本发明可以根据田间实际情况，在没有机械主体的情况下，由辅助机械加挂相关设备在轨道上单独完成作业。

本发明技术可以实现各项农事活动在定轨条件下无人操作，机械手可在操作总台的控制下实现依田间宽度实际情况分区域起降、启动与停止作业的操作，用来应对田间宽度不规则田块的作业。

本发明的优点在于，与现有种植管理技术、农业机械设备、农药减量措施及农产品质量安全技术措施相比，本发明技术解决了各项技术措施的制约瓶颈，通过定轨操作，使替代人工作业的机械在操作过程中行走于固定轨道上，不受田间作物生长环境制约，也不会对作物造成碾压，机械手可以准确定位，通过特殊结构设计，农事操作过程中能够对作物实施有效保护，采用该项技术可以达到以下实施效果：

1. 解决了过去大型机械造成的深泥脚田的抛荒问题：过去相当长的时间，大型机械在水田作业时损坏了犁底层，耕作层越来越深，最后导致无法耕种而抛荒，本发明可以在这类水田中建造轨道，机械从事水稻生产的各项农事操作时均在轨道上进行，不会受到田间耕作层过深的环境制约。

2. 彻底解决了再生稻收割时对前季稻桩造成的碾压损伤难题：再生稻是一项高产技术，但是目前的前季收获技术是大面积发展再生稻生产的瓶颈，人工收获成本高，效率低，机收时机械对稻桩的碾压损伤严重，针对这一问题，专业技术团队生产出了一种窄履带收割机，但是还不能对前季稻桩进行完全有效的保护，只是达到相对可以接受的程度，本发明技术可以彻底解决这一难题，机收操作可对前季稻桩实现有效保护，不会造成任何损伤。

3. 通过本发明技术应用，可以促进早稻与晚稻实施套种栽培技术以及再生稻与其他作物的套种栽培技术的相关研究。将晚稻套种入早稻田，可以解除晚稻栽培技术受秧龄期的束缚，降低晚稻栽培受寒露风影响的风险，同时还可以适当选用生育期较长、产量较高的晚稻品种，确保粮食高产稳产。

4. 解决了农作物生长期间除草的难题：草害是农作物生长过程中不可忽视的存在，对作物产量形成影响很大，但是在作物生长期间目前还没有机械可用，本发明技术不受作物生长空间的制约可以轻松实现田间除草，除草速度快，还可以实现模拟人工除草的效果实现高效精细的机械化作业，解除对化学除草依赖。

5. 解决了种植大户难以实施精细化管理问题：当前种植大户是农业发展的趋势，然而由于现有机械不能全程操作，无法实现精细化管理，大多是抓大放小，进行粗放管理，导致杂草丛生，肥力不足，产量不高，呈现广种薄收的状况，本发明技术可以对田间翻耕、开沟、起垄、播种、移栽、施肥、松土、除草、捕虫、喷药、收获、翻蔓、压蔓、修剪一系列农事活动实施全程机械化精细管理，效果好，速度快，不耽误季节，效果一致性好。

6. 解决了农业机械动力不匹配问题，有利于减少设备成本及资源浪费：与目前机械情况相比，耕田机、播种机、插秧机、收割机都是独立动力系统，动力无法配套，几年后设备老旧又得添置新设备，种植户的生产成本很高，同时也是社会资源的浪费，本发明可以兼顾作物全程操作管理，采取嵌套技术，只用一个动力，配套多种操作设备。

7. 解决了病虫害绿色防控的技术难题，找到了一项助力农药减量的得力措施：目前正在大力提倡农药减量，但是具体措施局限在农药品种改进、病虫害预测预报和加强不过量使用农药的宣传几个方面，致力于农药与产量之间的平衡控制，很难实现一个重大突破，本发明技术可以通过选择合适时间采取田间机械捕捉的方式有效降低虫口基数，达到少施药甚至不施药的处理效果。

8. 为降低农产品农药残留提供了技术保障，可以同时兼顾农产品的质量与产量：农药残留于农产品，原因是保证农产品产量时必须防治病虫害，目前的技术措施离不开大量使用农药，使得农产品质量安全只能在矛盾中求平衡，本发明技术可能减少甚至不需施用农药就能保证作物产量，除草不必使用除草药剂，害虫可以机械捕捉，有效降低田间虫口基数，减少害虫对作物的损伤而降低病害发生程度，可以少施药或不施药，既可保护田间生态环境，也可降低农产品的农药量，有益人们身体健康。

9. 为了使本发明更加清晰和便于理解，下面通过附图和实施例对其作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明一个实施例的工作原理方框图。该实施例全方位配置，工作效率高，横向服务面积大。

图2是以上图1所述一种实施例的一种简化版。该实施例取消了辅助动力，适合在主动力负载能力允许的情况下使用。

图3是以上图1所述一种实施例的一种简化版。该实施例将辅助机械上的机械手直接安装在机械主体上，适合在横向宽度小的田间作业。

图4是以上图1所述一种实施例的另一种简化版。该实施例在脱离机械主体情况下，将辅助机械配挂相应设备，为辅助机械提供物料或存放辅助机械的机械手收集的物质，适合生产过程中较为简单的农事操作。

以上图1-4均可以实现无人操作，机械手可在操作总台的控制下实现依田间宽度实际情况分区域起降、启动与停止作业的操作，用来应对田间宽度不规则田块的作业。

图5为图1简化的工作原理方框图。

具体实施方式

实施例1，见图1。田间有一条主轨道和若干条辐助轨道，可以用单轨或双轨，具体需根据田间情况与机械搭配情况而定；辅助轨道必须与主轨道平行；主轨道承载机械主体行走，同时固定机械行走路线，机械主体包括主动力和操作总台，主动力提供整体机械前进动力及行走方向，操作总台配有总台设备，负责包括操控整体机械的行走速度、对机械手的起降、伸展、启动与停止等方面的控制以及下田物质的贮备配送或对机械手收集物的集中与处理；总台设备依每一项农事操作分别搭配相应处理设备，设备结构依翻耕、开沟、起垄、播种、移栽、施肥、松土、除草、捕虫、喷药、收获、翻蔓、压蔓、修剪的农事操作而定；辐助轨道供承载辅助机械，辅助机械包括辅助动力和机械手，辅助动力为机械手工作提供动力支持，机械手结构依作物和各个农时的农事操作而定，与操作总台机械配套，依作物选定的株行距，机械手在操作总台控制下进行相关作业，协同机械主体完成各项农事操作；辐助轨道条数依田间实际情况和机械主体动力而定。主轨道承载量大，需要较宽的机耕道作基础，基础上安装主轨道，确保机械主体有固定的行走路线不偏离允许范围。辐轨道承载量小，不必建造路基，不占用农田，可以用单轨，单轨由支撑杆支撑于田间，支撑杆下部地基必须坚固，主轨道、辅助轨道、支撑杆工作在露天环境下，材质须达到相关标准，强度依辐轨道之间距离及辅助机械手重量而定，标准取作物栽培管理全过程的最大值并留有安全范围。运用多设备嵌套技术，实现多设备动力传输结构兼容，主动力可搭配多种处理设备，辅助动力可搭配多种机械手，主动力、辅助动力的大小取作物全程农事操作的最大值并留有安全范围。辅助机械通过可拆卸的固定支架与机械主体连接，与机械主体作为一个整体随机械主体移动，同时在二者之间配有传送带或传送管道，操作过程中起到分送物质或收集物质的作用。

实施例2，见图2。是以上所述实施例1的一种简化版。该实施例取消了辅助动力，适合在横向宽度较窄，辅助轨道少，主动力负载能力允许的情况下使用。

实施例3，见图3。是以上所述实施例2的一种简化版。该实施例将辅助机械上的机械手直接安装在机械主体上，适合在横向宽度小，不需要辅助轨道的情况下使用。

实施例4，见图4。是以上所述实施例1的另一种简化版。该实施例在脱离机械主体情况下，将辅助机械配挂控制台及相应设备，为辅助机械提供物料或存放辅助机械的机械手收集的物质，适合生产过程中较为简单的农事操作。

实施例5、6、7、8。该实施例是分别在上述实施例1、2、3、4基础上，机械手可在操作总台的控制下实现依田间宽度实际情况分区域起降、启动与停止作业的操作，用来应对田间宽度不规则田块的作业；进一步配置相关感应、控制配件及相应机械结构即可实现无人操作，可以根据田间实际情况，选用合适的技术方案实施，做到全自动精细化农业生产。