摘要：农业机械化是实施乡村振兴战略的重要支撑，科技创新是引领农业机械化发展的第一动力，确定科技创新发展重点是“十四五”农机化发展布局最为重要的内容之一。本文主要采用比较研究方法，重点从历史发展的纵向维度出发，分析农机化科技创新的一般发展规律;从时代冲击的横向维度出发，探讨不同时期工业革命带来的技术变革对农机化科技创新的冲击和影响;同时对我国农机化科技创新的薄弱环节和区域等进行分析。研究发现，就农机化科技创新而言，一般发展规律的制约要远远大于时代冲击和影响。“十四五”期间我国农机化科技创新的主要方向，应是棉油糖等大宗经济作物、设施农业、养殖业以及丘陵山区等农业生产薄弱环节和区域机械化技术研发;可同时考虑科技创新的前瞻性，在智能农机装备研发和智慧农业研究方面做出一定部署;并就促进农机化科技创新提出了有关政策建议。
关键词：农业机械化;科技创新;发展路径
0引言
农业机械化是指运用先进适用的农业机械装备农业，改善农业生产经营条件，不断提高农业的生产技术水平和经济效益、生态效益的过程。农业机械化和农机装备是转变农业发展方式、提高农村生产力的重要基础，是实施乡村振兴战略的重要支撑。没有农业机械化，就没有农业农村现代化。在由美国工程院等机构评选出的20项20世纪对人类社会影响最大的工程技术中，农业机械化位列第7位。近年来，我国农业机械化水平发展迅速，2019年全国农作物耕种收综合机械化率已经超过70%，但总体上看，农业机械化仍然是我国农业农村现代化发展中的弱项，是制约乡村全面振兴的短板，亟需加快推进科技创新支撑农业机械化快速发展。与此同时，新一轮世界科技革命和产业变革正在孕育兴起，新科技革命或将在新一代信息技术、生物技术、新能源技术、新材料技术、智能制造技术等领域取得突破，也必将会对农业机械化的发展产生一定影响。因此，分析判断“十四五”期间我国农机化科技创新的发展重点、确定发展方向，成为当前值得探讨的重要问题。
1文献综述
近年来，农机化科技创新的发展方向、前沿技术和颠覆性技术进展及发展趋势等一直是国内众多学者关注的热点问题。
有的学者对农机化科技创新的总体发展战略和农机化发展模式等开展了众多研究。罗锡文[1]认为，提升农机化科技创新能力促进农机化发展应明确“三步走”的战略目标，即到2025年基本实现农业机械化，重点突破农机化发展的薄弱环节和关键核心技术;到2035年全面实现农业机械化，重点以信息技术提升农机化水平;到2050年实现自动化和智能化，重点以智能技术引领农机发展;坚持两项发展原则，即全程全面机械化同步推进和农机1.0至农机4.0并行发展;落实三项重点任务，即薄弱环节农业机械化科技创新、现代农机装备关键核心技术科技创新和农机装备智能化科技创新。赵春江[2]认为从机械化向智能化迈进的关键阶段，农机化与信息化的深度融合已是大势所趋。未来，信息作为关键生产要素之一，将融进农机发展的各个阶段和关键环节，应大力发展智能化的设计技术、重点推进控制技术发展、充分利用大数据、互联网和云技术、进一步深入研究智能感知与驱动技术。方宪法和吴海华[3]认为“十三五”期间及未来一段时期，是我国农业装备产业处于由制造大国向制造强国、科技强国、质量强国转变的关键时期，需要加快创新驱动发展，推进产业转型升级;实施乡村振兴战略，要求农业装备产业拓展领域、增加品种、完善功能、提升水平，并加快向自动化、信息化、智能化发展。吴海华等[4]基于产业技术创新系统理论，以及国外农业装备产业技术创新支撑体系特点及构建经验，分析了我国农业装备产业技术创新支撑体系的现状及问题，提出了产业技术创新支撑体系的概念及功能，从创新驱动、产业竞争、技术发展和创新资源等层面的需求出发，提出了构建适应国情、立足产业、协同高效和支撑发展的新型农业装备产业技术创新支撑体系的思路。师丽娟和杨敏丽[5]探讨了中国农业工程学科的演化与转型问题，以科学革命论提出的四阶段发展模式为基础，从农业工程技术、农业工程高等教育、农机工业等不同维度入手，就中国农业工程学科发展演进及其不同阶段的基本特征进行了分析，认为中国农业工程学科目前还处于常规发展时期，加之农业机械化还没有全面实现，学科既有沿着传统农业工程学科发展的必要，也有积极发挥后发优势与追赶效应、加紧追赶生物系统工程学科国际前沿的需求。21世纪中叶，学科即将进入转型期。潘彪和田志宏[6]研究了中国农业机械化高速发展阶段的要素替代机制，发现中国农业机械化出现了“黄金十年”发展期，主要原因是实现了机械对劳动力广泛、有效和持续替代，随着机械化水平提高机械对劳动的替代弹性趋于下降，粮食作物机械化水平进一步提升的难度加大，南方低缓丘陵区和西南丘陵山区机械化水平提升空间较大，有望保持快速增长。未来中国农业机械化要延续“黄金十年”的增长趋势，需要打破现有发展格局，重点从提升丘陵山区机械化水平，推进全面、全程机械化等方面着手。胡艳清等介绍了以英、美、日、韩为代表的国外农业机械化发展模式，对我国农业机械化发展现状、农业机械化的支持政策以及农业机械化技术支撑体系进行了系统分析，提出了以土地制度、户籍制度、市场交易制度和农业机械化科技与推广制度为主体的制度创新体系。张宗毅等[7]介绍了日韩丘陵山区农机化发展的经验，认为对我国的丘陵山区农机化发展的主要启示有农田改造是先决条件、政府不能缺位、农业劳动力持续转移是重要诱因、补贴比例应适合国情等方面。湛小梅等[8]介绍了重庆丘陵山区农业机械化发展的发展现状及经验，提出了推进发展的总体思路和重点任务。
有的学者对农机化科技创新前沿技术和颠覆性技术进展及发展趋势等开展了相关研究。罗锡文等[9]提出应将先进的信息技术融入中国农业机械的设计、制造、作业和管理等环节，使农业机械装备实现信息化和智能化，从而整体提升农业机械化水平;建议应突破一批智能农业装备数字化设计技术、自动导航协调控制技术及农业装备现场总线技术等关键技术;研发一批大田和设施农业生产作业系统、果园作业智能装备和畜禽水产精准生产装备等重大技术产品;构建一批水肥药田间精准作业系统、畜禽水产自动饲喂系统和自动化加工生产线等农业机械精准作业系统，从而进一步用信息技术提升农业机械化水平。王栋等[10]围绕当前和未来技术创新活跃的农业生物技术、农业信息技术、纳米材料技术等领域，从动植物育种、农业生物药物与生物肥料、农业生物质工程、智能农业技术以及非传统种植空间利用五个方面开展分析研究，梳理出了未来农业领域的颠覆性技术发展方向。李道亮和杨昊[11]分析了农业物联网技术的研究进展与发展趋势，重点总结了近年来农业信息感知方向在农业个体标识研究与感知机理及工艺的最新发现、农业信息传输方向在低功耗广域网的最新成果、农业智能信息处理方向的农业大数据技术与农业人工智能技术的重大突破，提出以农业业务模型驱动农业业务控制、以设备管理设备的农业物联网架构，人的主要角色是实时数据与价值信息的消费者，农业物联网驱动的农机装备智能化作业是最主要的劳动力来源;进而对比国内外农业物联网技术应用与集成现状，分析农业物联网发展的制约因素，提出我国农业物联网发展策略，最终得出了农业物联网技术的未来研究重点与发展方向。赵春江[12]分析了日本、欧盟、英国、加拿大、美国等国家和地区政府针对智慧农业发展相继出台的政策、措施和发展规划，并分析了中国农业1.0到4.0的发展历程和近年来智慧农业的发展现状。阐述了突破智慧农业核心技术、实现农业“机器替代人力”“电脑替代人脑”“自主技术替代进口”的三大转变，提高农业生产智能化和经营网络化水平，加快信息化服务普及，降低应用成本，为农民提供用得上、用得起、用得好的个性化精准信息服务，大幅度提高农业生产效率、效能、效益，引领现代农业发展的战略目标。
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综合已有研究来看，信息化、智能化是农机化科技创新的长期发展方向和趋势已经成为基本共识，但是就“十四五”期间农机化科技创新的重点方向探讨较少且尚未形成一致观点。本文将重点从基于历史发展的纵向维度和基于时代冲击的横向维度出发，对农机化科技创新的近期发展方向和重点进行分析探讨，为“十四五”的农机化科技创新布局提供参考。
2农机化科技创新的历史逻辑
从世界各个国家或地区农机化的发展历程来看，农机化科技创新具有较为明显的一般性规律，突出体现为战略性、渐进性和特色性等主要特征，重点表现在以下几个方面。
一是从“主”到“辅”。战略性始终是一个国家或地区发展农机化科技创新的首要考虑因素，确保实现粮食和食物安全等一般是首要战略目标。不难发现，任何国家和地区的农机化科技创新，一定是先从关乎国计民生的农业主导产业、关键生产环节开始，逐步发展到战略性地位次之的其他产业。总体上看，这是一个线性发展过程，具体到实际来看可能会存在一定程度的并行发展和循序往复的过程。从美国、德国和日本的农业机械化发展历程来看，基本都是如此(见表1)[13-16]。另外，以色列作为世界上自然资源最匮乏的国家之一，重点优先发展并广泛应用高效设施农业和节水灌溉技术，突破了水和耕地资源等严重缺乏的发展制约，在中东沙漠上创造了农业奇迹，发展起了高度资源节约型农业，不仅用2.2%的农业人口养活了720万国民，还由农业进口国变为出口国，成为欧洲主要的冬季蔬菜进口基地，也是战略性优先的典型案例。近年来，我国农业机械化的迅速发展，也是主要集中在水稻、小麦、玉米三大粮食作物生产方面，得益于三大主粮作物农机化技术的研发和广泛推广应用。
二是从“易”到“难”。这是一个国家或地区发展农机化科技创新的重要特征，当然很多领域的科技创新都有这个共性特征。农机化科技创新一般都是从生产中最容易解决和突破的问题入手，逐步过渡到较难解决的问题，最后逐步实现全面解决问题。比如大田作物田间生产的耕整地环节，一般都比种植和收获环节更容易较早实现机械化或者说同时期机械化程度相对更高(见图1)。因为耕整地环节是二维作业系统，其机械化作业基本上只涉及土壤和机器两个系统。相比而言，种植尤其是收获则是三维作业系统，其作业一般涉及到作物(或种子、秧苗等)、土壤、机器三个系统，作业复杂性更高，实现难度更大。
三是从“点”到“面”。在农机化发展的早期阶段，科技创新一般体现在点上的突破较多，由于很多领域基本上属于从无到有，因此相对较易填补有关领域的空白。越到后期更高级别的发展阶段，对面上技术集成的要求就越高，需要实现系统性、集成性的技术创新和推广应用。我国现阶段正在实施的农业重大技术协同推广试点，就是适应这种要求，重点解决科技成果转化应用慢等问题。比如农民需要组装集成配套好的、能够直接用的技术，但现在的很多技术要么配套不够：好品种、好技术、好装备散落在多个单位，没有组装集成到一起，农民没法用;要么熟化不足：技术虽然组装到了一起，搭起了架子，但成熟度不够，农民不好用;要么简化不到位：虽然技术组装好了，也相对成熟了，但规程复杂、操作繁琐，农民不愿意用。
四是从“用”到“好”。农机化科技创新是以农业装备研发和应用为核心的系统性创新。按照阶段来说，农业装备的研发一般首要的开发要求是功能性，即“可用”，要开发出能够实现有关作业功能的装备，实现对人畜力作业的一般性替代。更进一步的要求是经济性，即“可买”，既具备目标作业功能，又能物美价廉，对于用户来说用得了、用得起。然后是高效性，即“好用”，功能性、经济性兼备的同时故障率低、作业性能优越，用户用得了、用得起、用得好。最后是舒适性，即“高端”，基本上到这个层次的农业装备可以说是高端产品，兼顾功能、经济和作业性能的同时，开始追求作业或者操作环境的舒适性和作业的精准性，无人驾驶、智慧农业等均属于该阶段。
所谓特色性，一方面是指某个国家或地区所独有的特色产业机械化生产技术发展，由于没有其他发展经验借鉴，一般均以自我创新和发展为主，发展战略优先度变数较大;另一方面是指有意识地提高某些作物或环节的发展次序，特别是那些农业生产用工量大的环节，从而实现战略上的优先发展。
3农机化科技创新的时代冲击
农机化科技创新除了受一般发展规律支配外，还有可能同时受到所处时代有关技术发展的影响和冲击，从而加快农机化发展的历史进程。表2展示了世界主要发达国家农业机械化起始时间及基本实现的历时情况。可以看出，欧美主要发达国家在20世纪50～60年代已经基本实现农业机械化，韩国在时间和空间上距我国最近。
再来看数次工业革命对农机化发展进程的基本影响。一般认为，18世纪中叶以来，人类历史上发生了三次工业革命，均发源于西方国家并由其创新和主导。
第一次工业革命所开创的“蒸汽时代”，开创了以机器代替手工劳动的时代，这不仅是一次技术改革，更是一场深刻的社会变革，标志着农耕文明向工业文明的过渡。这个阶段对农业机械化发展的影响虽然是间接性的，但却是革命性的，其在事实上促进了农业机械化进程的开始。
第二次工业革命进入了“电气时代”，电力、钢铁、铁路、化工、汽车等重工业兴起，石油成为新能源。1851年，英国首次用蒸汽机实现了农田机械耕作，可以看作是世界农业机械化的开端。1889年，世界上第一台使用汽油内燃机的农用拖拉机诞生，加速了农业机械化发展的进程。总的来看，这一次工业革命加速了农业机械化的发展进程，欧美主要发达国家大多都在这个阶段基本实现了农业机械化。
第三次工业革命开创了“信息时代”，一般认为从20世纪50年代开始，是以原子能、电子计算机、空间技术和生物工程的发明和应用为主要标志，涉及信息技术、新能源技术、新材料技术、生物技术、空间技术和海洋技术等诸多领域的一场信息控制技术革命。欧美国家在这个阶段，农业机械化已经开始向信息化和智能化方向发展。日本和韩国都在这个时期基本实现了农业机械化，且历时时间均低于主要发达国家平均实现周期，但并不是特别的明显。综合分析来看，周期缩短的主要原因一方面可能是有欧美发达国家农业机械化发展和农机装备研发成功经验的有益借鉴，另一方面则是工业革命带来的技术变革的影响。周期缩短并未特别明显，也在一定程度上表明工业革命对加速后发国家的农机化进程影响有限，农业机械化及科技创新的发展基本上还是由一般发展规律主导[17-18]。
4农机化科技创新的发展路径和建议
当前，新一轮科技革命和产业变革正在孕育兴起。从三次工业革命影响来看，本轮科技革命无疑也将会对我国农机化和科技创新发展产生一定的影响，尤其是在农业装备智能化和智慧农业发展方面。但是，从各国农业机械化发展历程来看，农机化科技创新主要由一般发展规律主导，且远远大于时代冲击所产生的影响。因此，根据我国农机化所处的发展阶段特征，在“十四五”农机化科技创新发展方向上应重点考虑以下方面。
一是坚持围绕农业生产实际需求，重点攻薄弱环节、补技术短板。从农机化科技创新发展的客观规律来看，我国主粮作物生产机械化技术已经取得长足进展，推进大宗作物尤其是棉油糖等经济作物、养殖业以及丘陵山区生产机械化等应该是下一步发展的重点。从推进乡村全面振兴发展要求上看，“全程、全面、高质、高效”将是主要发展方向。《国务院关于加快推进农业机械化和农机装备产业转型升级的指导意见》明确提出，到2025年全国农作物耕种收综合机械化率达到75%，粮棉油糖主产县(市、区)基本实现农业机械化，丘陵山区县(市、区)农作物耕种收综合机械化率达到55%。薄弱环节机械化全面突破，其中马铃薯种植、收获机械化率均达到45%，棉花收获机械化率达到60%，花生种植、收获机械化率分别达到65%和55%，油菜种植、收获机械化率分别达到50%和65%，甘蔗收获机械化率达到30%，设施农业、畜牧养殖、水产养殖和农产品初加工机械化率总体达到50%左右。基本明确了需要重点突破的薄弱环节和区域农机化技术领域。从农户对农业装备的实际需求来看，用的起、用的好，仍然是大部分农户的主控目标，实现“从无到有”和“从有到好”依然应该是下一步的科技创新重点。——论文作者：张萌
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