引言

　　研究的背景和意义

　　研究背景

　　中国是世界上的农业生产大国，但同时也是一个农业相对于落后的国家。近年来，国家也越来越重视农业的发展，在政策、技术、资金等方面都给与了极大的支持。在我国，为了彻底贯彻中央一号文件，国务院办公厅关于加快农业发展模式的转变(国发[ 2015 ] 59号)精神，强调需要进一步加强农业作为基础的地位，加快发展农业发展速度。在第十二个五年期间，我国农业机械化取得了很大的进步，计划目标到2015年的两个定量指标，“农业机械总功率达到1000万千瓦”，2012已提前实现，在2013达到1060万千瓦;“农业综合机械化水平接近60%，已提前至2014年，预期可达61%。这些数据意味着在现代化进程中农业发展模式的转变，生产机械化代替传统农业生产方式的主导地位和作用明显增强，我国农业以机械化生产模式为主导的新时期加快了广度和深度的发展。目前，我国农业机械投资总额已上升到近一千亿元，中央财政农机购置补贴资金已经达到了前所未有的高度，达到了2000亿元，可以看到，目前我国对于农业机械化发展的关注和极大的重视。当前，农业机械化已经可以在我国许多地区实施进行，大大的为农业的生产提供了便利和更大的经济效益。

　　然而，作为我国的主要粮食作物----水稻。由于水稻的生产过程较为复杂，处理环节繁多，农艺措施复杂等原因，导致其在实施全程机械化的过程中困难重重，进展十分缓慢。目前我国也仅能在水稻的耕地环节基本实现全程机械化，在育秧、移栽、收获、运输等环节方面机械化的程度各有不同，进展不一。由于水稻的种植过程繁琐，需要作业的时间较长，劳动强度也较大等因素，人们都在期待着可以实现水稻种植的全程机械化种植。目前，随着农机工艺技术等的快速发展，我国的农业机械设备发展也有了很大的进步，与水稻生产相匹配的机械设备也在不断的研究和生产中，使得水稻的全程机械化有了较大的实现机会。当前，在我国农艺技术较为发达，种植环境较为优质的东部沿海地区，已经在不断的尝试水稻全程机械化的应用，也取得了较大的进展。但是在许多的西部、南部地区，由于经济发展较为落后，技术条件较为欠缺，许多的种植地区也多以丘陵等较为难以实施的山地组成，导致机械化作业水平较低，也较难以实施。

　　研究意义

　　广西是我国较为传统的农业省份，丘陵山地面积占总面积的70%左右，是典型的南方丘陵山区省份。近年来，由于国家的政策支持和农业发展的不断加速，使得广西的农业生产机械化得到了较大的发展，但是由于广西的地理环境、经济环境、技术条件等因素的影响，广西农业机械化水平还处于比较早的阶段，农业机械的总量少，机械作业水平低，已成为广西农业机械化生产进度限制的因素。

　　表1-1：1995年至2014年广西主要年份粮食作物及水稻播种面积(k㎡)

指标/年份	1995年	2000年	2005年	2010年	2011年	2012年	2013年	2014年
农作物总播种面积	5745.7	6258.6	6343.9	5896.9	5996.5	6089.5	6137.3	6186.1
粮食作物播种面积	3662.7	3653.8	3350.9	3061.1	3072.8	3069.1	3076.0	3067.7
占总播种面积比重	63.7	58.4	52.8	51.9	51.2	50.4	50.1	49.6
稻谷	2433	2301.6	2099.6	2094.4	2078.5	2057.6	2046.6	2026.2
早稻	1150.8	1078	970.1	964.8	941.3	929.8	927.9	917.6
晚稻	1137.7	1068.7	982.3	979.7	986.3	979.2	967.4	959.7

　　图1-1:1995年~2104年广西主要年份粮食作物及水稻播种面积

　　由表1-1、图1-1可得，水稻作为广西的主要粮食作物，在近十几年来播种面积、生产量一直持续不前，且有产量下降的趋势。水稻实施全程机械化的程度较低，因其劳动作业时间长、劳动强度大等原因，导致农民收入较低，生活水平低下，许多农民工因此弃田外出务工，导致水稻的生产量直接下降，从事第一产业的人员数量、素质明显降低，对我区经济发展造成了重大的影响。我区该如何将农业的基础地位发展强大，实现重要粮食作物水稻的全程机械化生产，并进一步提高我区经济发展速度，成为了我区经济发展提高条件的重点研究难题之一。广西上林县于2008年开始全面对水稻推广插秧机械化生产，但推广的进度一直较缓慢，是什么原因导致水稻的机械化发展如此缓慢?是政策影响还是机械配备不合理?本文将以广西南宁市上林县为例，综合广西的水稻机械化发展现状，分析影响水稻全程机械化应用的影响因素，基于万亩水稻综合产业园及广西的农业发展现状，提出针对广西上林县万亩水稻综合园实施水稻全程机械化的作业系统建立农业机械配备方案。

　　国内外相关研究

　　国外研究动态

　　当前，世界水稻种植机械化程度较高的国家有美国、意大利、澳大利亚、日本和韩国。欧洲和美洲国家的机械化，最具代表性的美国，亚洲国家的增长苗移植，最具代表性的日本。虽然美国水稻的历史并不长，只有400年的历史，但它是最早实施的水稻种植机械化的国家之一，目前已经基本上实现了水稻机械化。其水稻直播种植技术，具有作业效率高，有大规模经营的特点，效益也是十分显著，这使得美国成为了世界上稻米主要的出口国之一。美国的水稻在施肥作业方面目前采用的是机械及飞机撒药的形式，有喷雾和固体药物两种形式，视药剂的类型而定。意大利在1917开始研发水稻插秧机秧苗，在上世纪50年代现有拖拉机插秧设备，致力于在移栽机械制造，但由于结构复杂、造价高等因素而未能得到推广，于60年代采取直播方式发展水稻机械化，目前已经实现用飞机来进行水直播和田间作业管理。澳大利亚水稻的单产是世界上最高的国家，高达8795千克/公顷，其水稻的种植和收获方式均与我国不同，其采用激光技术手段平整土地，稻谷也要经过24小时的浸泡后，用飞机实行直播。待稻谷长好苗后，再用飞机向田间灌水，并在水里撒下除草剂等，在收获阶段也是采用全程机械化的形式，收割等仅收割稻谷，不收秸秆，留着秸秆在田间当做肥料。澳大利亚的已经基本实现了水稻全程机械化的生产了。

　　日本是世界水稻移栽机械化程度最高的国家，日本的水稻研究人员很早就在观察和研究，在20世纪60年代初，开始对中国移栽技术进行研究，并结合其特点，实现了工厂化育秧作业，并进一步研究配备了插秧机器械，使得水稻插秧技术和工作效率得到了大大的提高，机械化水平也得以迅速化提高。日本的水稻机械化大致分为四个阶段，第一阶段是1960年以前的动力脱谷机和和农用内燃机的发展;第二阶段是1960年到1970年代末，手扶拖拉机和植保机械的迅速发展，此时机械化插秧作业面积己超过全国水稻种植面积的90%;第三阶段是1971年到1985年的乘坐式拖拉机、插秧机和水稻联合收获机的发展，为农民耕作、收割等过程提供了便利和更快的生产速度;第四阶段是1985后，日本逐渐提高乘坐的拖拉机、插秧机等设备，大力打造和推广使用，日本的水稻种植机械化水平有了进一步提高，水稻机械化程度居世界前列。

　　国内研究动态

　　国内的水稻种植机械化程度相对于许多发达国家还是相对落后的，仍需要不断的研究和发展。我国水稻生产主要采用移栽的方式，在很早之前水稻的耕作等均是采用手工具和“牛力”完成的，之后到70年代，经过了不断的发展和改进，逐渐可以采用机器动力牵引来完成耕作整地。到80年代，我国实习农村家庭承包制，农民土地耕作面积变小而且较为分散，国家对于农机的资金投入也随之减少，使得我国的水稻机械化发展受到了极大的限制。到了90年代，我国的农业科技人员研制成功了驱动圆盘犁及多种联合耕作作业机具，使得土地得以耕作更加平整、工作效率和经济效益也得到了明显的提高。在种植阶段，我国机械化较为缓慢，在1967第一个在中国发展的东风2S自走式机动水稻插秧机成功问世，中国也成为在世界上首次有一个国家专利的水稻插秧机。

　　之后，随着农业投入的增加，水稻种植机械化有了更大的发展，在1976，全国水稻机械化种植设备已达100000台，机械化水稻种植面积约350000亩，水稻种植面积占1.1%，水稻种植机械化水平达到历史最高水平，世界水稻种植机械的发展起到了促进作用。近年来，我国大力引进了国外的高性能插秧机，农民既为这些高科技产品的工作效率和插秧质量较好，又为其高价钱感到惊愕。基于日本技术的产品，我国投入了2zt9356和2zt7358式机动水稻插秧机的开发和生产，是单轮驱动，分体式曲柄连杆装置的，产量也从最初的3000余台发展到了8000余台。到1995年，全国水稻机插秧和机械直播种植面积已达7000万公顷，机械化程度提高到2.3%，为历史最高水平。

　　国内外研究对比分析

　　综合上述，水稻的种植模式一般可以分为直播和移栽为主，在这个方面，许多国外经济发达的国家，如美国、澳大利亚、日本等均实现了单一的机械化模式，在我国，由于直播水稻的生长周期长，幼苗生长缓慢等原因，只适合一年一季生产。在插秧技术方面，日本的插秧机的研制始于1953年，其研制的插秧机目前有近20种类型，适合各个层次和使用需求不同的消费者，在世界上得到了大力的应用。由于我国国产机器可靠性较差，生产率低，国外的机器较为发达，但是价格高昂，农民难以接受。

　　总的来说，国外的水稻机械化水平远远高于我国，他们能够充分体现了农机与农艺相结合的特点，实用且高效，近年来，日本水稻插秧机技术逐渐向人性化、智能化、研究和开发的高速多功能的方向发展，尤其是少免耕种植技术和种植更值得我们借鉴和学习的稀疏种植技术。而我国由于地域辽阔，农村地理环境复杂、农村劳动力逐步减少、经济基础薄弱、水稻生产环节多且复杂和农机和农艺的配合不协调的综合因素影响，使得我国的水稻机械化水平处于发展中的状态，表现得行动慢、发展不协调等问题现状。

　　研究的思路与方法

　　1、研究的思路

　　围绕广西南宁市上林县万亩水稻综合产业园的水稻全程机械化作业规划设计问题，本论文共分为七大部分：

　　第一部分为言，在论文开头简单介绍了本次研究的背景和意义，旨在说明展开本论文研究的意义和重要性;其次对国内外水稻机械化发展的具体内容进行了简单的比较和分析，为论文的具体内容打下理论基础。

　　第二部分为广西水稻全程机械化生产发展现状、影响因素及必要性;这一部分主要阐述了广西区水稻全程机械化的发展现状，并详细分析了影响广西水稻全程机械化应用的主要因素及推广情况，为实施全面机械化水稻做铺垫。以及广西实现水稻全程机械化的必要性;此部分将结合第一部分的分析结果，从工作效率、经济效益、土地产出率和劳动力状况四个方面进行阐述实施水稻全程机械化的必要性。

　　第三部分水稻生产全程机械化经济效益分析;此部分将从水稻种植的耕整地、插秧、收获三大主要作业环节为例，对比机械化作业和人工作业的经济效益，为进一步推进广西南宁市上林县水稻全程机械化的进展提供借鉴。

　　第四部分是水稻田间生产机械化工艺方案确定。基于广西上林县一万亩农田，在实现了全程机械化的基础上，选择合理的工艺方案，为全程机械化打下更坚实的基础。

　　第五部分为研究水稻田间生产机器系统的选型与配备;主要描写了农业机器的选型原则和方法，以及选型的工作程序;具体叙述了动力机、作业机、机动插秧机和水稻联合收割机的选型。

　　第六部分为研究水稻田间生产工艺机器的优化配置，即最优组合。为广西上林县万亩综合农业产业园区奠定技术基础。

　　第七部分研究结论;对全文进行总结，进一步明确研究结论，也指出了研究的不足，希望今后能在该领域不断深入研究。

　　2、研究的方法

　　1、文献检索法：主要通过学校图书馆、网络资源、专业期刊等搜集整理相关研究资料，并进行学习、研究，全面地、正面地了解国内外水稻全程机械化的理论研究，为论题的规划设计做准备。

　　2、综合评判法：主要通过建模对数据进行分析，确定备选机型。

　　3、层次分析法：是一种行之有效的定量分析方法，在很多的问题的研究上都可以使用，范围广泛，特别是在一些主观指标的综合评价中，可以发现，其独特的分析作用;再者，其分析效果比其他方法要优得多。为今后机器设备配套方案的决策提供有力的证据依据。

　　4、经验定额法：利用估算法，得到机器系统的配备。有利于减少分析过程的计算。对于我们来讲，是比较实用的方法。

　　广西水稻全程机械化生产发展现状及必要性分析

　　广西水稻全程机械化生产发展现状

　　广西是丘陵山区省份，丘陵山区面积已达73%。由于近年来，城镇一体化的建设进程不断加速，农村的劳动力逐渐的向城镇发展，从农业向第二、第三产业转移，导致农村劳动力减少，农村劳动力趋向女性化、老龄化，土地抛荒、转租等现象不断发生。据统计，2008年，广西土地面积约为23670kh㎡,耕地面积为4247.1kh㎡，其中水田地面积占48.21%，旱地面积占51.79%。2008年，广西全年粮食播种面积2973.1kh㎡，其中早稻984.4kh㎡，晚稻983.9kh㎡，水稻占了广西粮食播种面积的66%左右，可见水稻是广西的主要粮食作物。到2008年底，广西农业机械总产值1亿5654万元，农业机械总动力为23亿7356万千瓦，其中水稻联合收割机8298台，水稻插秧机1805台，主要粮食作物水稻机耕作业面积1457.1kh平方米，机插面积19.8kh平方米，机械收获面积400.4kh平方米，分别占水稻种植面积的69.56%、0.95%和19.19%，水稻种植机械化水平33.88%。

　　综上所述，可以看出广西目前水稻机械化水平比较低，相对于国外甚至是国内的其他发达省份，水稻机械化水平都相对落后，因此，广西水稻种植机械化水平的提高，不仅是建设现代农业的迫切需要，也是促进广西美丽乡村建设的必然选择。

　　(二)广西水稻实施全程机械化的必要性

　　1、从工作效率看，实施水稻全程机械化是必要的

　　毋庸置疑，机械的工作效率相对于人畜力的工作效率要高几十倍甚至上百倍。对于水稻这种生产过程复杂、季节性强、作业时间长、劳动强度大且对于气候条件要求较高等的农作物，若能使用机械化生产，不仅可以让人们增大种植面积和博得最佳的种植时机，还可以有更多的时间去从事其他的劳动，创造出更多的财富。机械化作业中的整地、育秧、播种、灌溉、收割等环节能够获得较高的工作效率已经在许多水稻机械化水平较高的发达国家得到了证明和实践。水稻生产，在澳大利亚早在上个世纪八十年代就已经实现了全程机械化，其主要生产方式为在飞机上播种(60%)和机械条播(40%左右)。飞机对播种和机械条播效率很高，一架飞机一个小时就能播放600到750亩，每小时可直接播种约100亩，水田全部激光土地平整，现场管理精细化，全国水稻平均单产每公顷10吨，是我国水稻单产的1.48倍，由于实现了全程机械化，所以工作效率极高，一个农场几乎只有2~3人管理一万亩地。

　　2、从经济效益看，实施水稻全程机械化是必要的

　　由于广西的地理环境复杂，丘陵山地居多，许多偏远山区的农村仍然采用人畜力进行耕种，大部份农民种植的水稻只能保持不亏本，或是获得很低的经济效益。在一些发达国家，如美国，由于其注重农机与农艺措施，选育优良品种和不断增加机械化作业项目，使得农民和企业都获得了较大的收益，最近，从收益能力计算，美国种植水稻的农民每公顷大约会有400美元的现金流，这对于农民来说具有着十分大的吸引力。在我国，一般人工插秧需要1.5个工日/亩，采用手扶插秧机和高速插秧栽插每亩只需0.13和0.05个工日，分别提高效率11.5倍和30倍，机插平均能够节约成本为50元/亩，仅在2006年，全国新增的1000万亩机插秧就为农民节约了成本约3亿元。根据相关部门的统计数据分析和文献资料显示，我国的插秧机械化水平提高了1%，可提高水稻产量3亿7500万公斤，水稻产量可增达5%到10%，其经济效益增值可想而知了。很明显，采用机械化生产，不仅成本低、产量高、效率高、收益好，还能解放生产力，使农民有更多时间和精力去创造更多的财富，从经济效益看，实施水稻全程机械化是十分必要的。

　　3、从劳动力现状看，实施水稻全程机械化是必要的

　　表2-1：1995年至2014年广西主要年份劳动力资源及就业情况

指标/年份	1995年	2000年	2005年	2010年	2011年	2012年	2013年	2014年
劳动力资源总数（万人）	2907	3203	3563	3732	3777	3349	3373	3399
占人口总数比重（万人）	64.0	67.4	71.8	72.34	72.65	71.53	71.48	71.49
从业人员合计（万人）	2383	2566	2703	2903	2936	2768	2782	2795
第一产业	1583	1571	1519	1571	1565	1481	1478	1450
第二产业	282	278	322	544	562	520	529	540
第三产业	518	717	862	788	809	767	775	805

　　如表2-1数据所示，我区从1995年至2014年劳动力资源数量呈现了“凸”字形势的增长状态，但总体上我区的劳动力资源是在稳步增长的状态，于2010年和2011年增长最快。从业人员的数量也是在不断的增长中，由数据可以看出第一产业的从业人员正逐年减少，而第二、第三产业的从业人员逐年上涨，且增长速度较快。由此可以看出我区劳动力人口正逐渐向第二、第三产业转移，随着经济的发展，许多农村劳动力不愿意从事如水稻种植这种劳动强度大且收入低的工作，纷纷外出寻找出路，导致农村劳动力紧缺，不仅使得农村的许多水稻种植地被荒废，也让我区第一产业发展较为缓慢，对社会经济发展也造成了一定的影响。而为了更好的解决这些问题，最好的办法就是实现水稻的全程机械化。

　　4、从气候影响看，实施水稻全程机械化是必要的

　　表2-2：2010年-2015年广西区气候特征汇总

气候/年份	2010年	2011年	2012年	2013年	2014年	2015年
年平均气温（℃）	21.5	21.1	21.1	20.6	21.1	21
年平均日照时数（小时）	1655	1503.4	1621.8	1264.6	1539.1	1479
年平均降水量（毫米）	1277	1546	1300.86	1670.9	1692.5	1638.8

　　图2-1：广西2010年-2015年气候特征图

　　广西是中国南部的主要水稻生产地，地处低纬度地区，南临大西洋热带，北南临山，西延贵州云南高原，境内河流众多，地理环境复杂，气候类型具有以下特征：①气候类型多样，夏长冬短;②夏季高温多雨，冬季温和湿润，两热同季，对农业生产较为有利;③气候多变，灾害性天气出现频繁。由表2-2、图2-1数据显示分析可以得知，近五年来，广西的年平均气温期间一直处于较为稳定的状态，年平均日照时数在近五年来处于不断上下波动的状态，而年平均降水量近五年来不断波动的同时有上升的趋势。由于复杂的地理环境，广西每年均会出现暴雨、冰雹、寒露等灾难性天气，影响着许多农作物，尤其是水稻的生长。对于主要的粮食作物水稻而言，因其有喜高温、多湿、短日照的种植条件，对气候条件要求也较高。由于广西春播前期气候条件较差，不利于早稻的播种和秧苗的生长，五月到七月期间由于降水量增多，易出现洪涝灾害，导致秧田受淹，严重影响水稻的生长。综合来说，广西的气候条件对于水稻的生长有利有弊，在发展农业的进程中，该如何正确的避免自然灾害，充分利用气候资源优势，成为了难题。水稻全程机械化的发展不仅能够让农民选择在最合适的气候条件下快速的完成水稻的种植过程，减少自然灾害对水稻种植的影响，还可以进一步增加水稻的产量，为农民增加效益，省力省心。对于广西气候条件而言，水稻实施全程机械化的发展就显得十分的必要了。