第728期【齐悦读—线上共读—透视新科技】《无人农机》
讲座题目：透视新科技——无人农机
主 持 人：胜 春
做客嘉宾：张旭东，中国科学院沈阳应用生态研究所研究员。
韩 威，中国科学院微电子所副研究员。
讲座时间：2025年12月22日～12月28日
（备注：讲座视频可循环播放）
透视新科技——无人农机
讲座内容：
各位好，欢迎收看我们今天的《透视新科技》节目！我是主持人胜春。锄禾日当午，汗滴禾下土，这是对中国传统农业耕种最生动的一种描述，而随着科技的发展，这种场面将会被机械化所代替，那就是无人农用机，它到底会为中国的农业带来什么呢？我们通过短片进入今天的节目。夏收是全年粮食收获的第一季，夏粮占全年粮食产量的四分之一以上，关乎着全国14亿人口的温饱和粮食安全。2022年6月正值小麦收割时节，想确保各地丰收的小麦颗粒归仓必须抢时抢收。在全国各地的麦田里无人农机往返穿梭于麦浪之中，收割、脱粒、粉碎匀抛、卸粮，一气呵成。传统农机与人工智能技术相结合，会给农业生产带来哪些变化？未来它又将会如何影响我们的生活？今天请来的两位嘉宾，一位是中科院沈阳应用生态研究所的研究员张旭东，另外一位是中国科学院微电子所副研究员韩威。无人农用机来代替人类劳作，那它到底解决了哪些问题？
无人农机对于解决农村劳动力短缺的问题非常关键，现在表面上我们国家农业人口非常多，占的比例超过一半以上，实际上现在真正从事农业，这个农业我们指从事种地的，这个人口已经很少，我们到农村也发现劳动力是越来越少，现在农村年轻的基本都是打工去了。在农村基本都是老弱病残，这样他的耕作效率非常低，他对整个、对机械、对科技的应用这方面都受到限制。农村尤其像我们在黑龙江、吉林等地，留在村里的基本上是老年人，要不（就是）留守的小孩儿，那么未来我们的机手平均年龄已经在50岁到55岁了。那他们这个年龄还要承受着很高强度的这种作业，其实对他们的身体也好，包括这个效率也好，都是一个影响。这样他的耕作效率非常低。他们经营还是很辛苦，起早贪黑，这个劳动强度也是很大。现在你到农村，你这个到农忙季节，你想雇个人非常困难，得高额的价格你才能雇到人，这样也很难。我们畅想五年以后，当这些农业一线劳动者退出一线之后，那谁来去种田？那像我们80后，很多人不会种地，那90后都不知道自己家地在哪儿，所以这个事儿是必须要我们解决，必须回答以后谁来种地，怎么种好地，这样一个问题。农业的出路在于机械化，农业的这个劳动力骤减，所以它在倒逼着我们这个技术的应用。我们可以在机械化的基础上，可以把我们人工智能，包括我们的无人驾驶系统的一个算法赋能到这个机械化上，使它变成可以无人作业。那这样做的好处，就比如说以前春播，秋收的时候很忙，往往需要两个人一天开一台拖拉机，那我现在通过无人驾驶技术，无人农机可以使一个人管理多台拖拉机，而且把这个人从繁琐劳累的拖拉机上给他拿下来，可以在地头，可以在家里去管理这个农机，可以更优雅地、自如这样生活。
黑龙江省是我国最大的粮食生产基地，中国人每九碗饭就有一碗来自黑龙江，这里的农业生产关乎国家的粮食安全。然而，2011年至2021年间，黑龙江农业人口锐减了将近600万人，从事农业生产的熟练机手也日益短缺，有的农田甚至因无人耕作而荒废。如今，在紧张繁忙的春耕春播时节里，无人农用机代替农民干农活儿，数十万亩良田无须人工作业，就完成了播种工作。在水稻插秧的时候，无人农用机又帮农民赶农忙，无人轨道车将水稻运往田里，无人插秧机根据预先设定好的行动轨迹，在田里插秧。农民不但不再需要面朝黄土背朝天，也不需要坐在工况恶劣的驾驶舱中，只需坐在办公室，面对着智能终端，控制远端的农业机械。无人农用机节省了人力，让农民的工作生活变得轻松。目前无人农用机，它的智能化程度怎么样？无人农用机分为三个等级水平，第一个阶段就是辅助驾驶，就像我们乘用车的这种车道保持功能，农机也是有的，它可以比如有个驾驶员在上面，那我可以通过机器接管方向盘，使这个农机走得很直，这个在我国基本算是很成熟的这样一个产品，那在它之上的第二层，有摄像头，有雷达，包括一些高精度的这个定位设备，加上一些AI（人工智能）的运算平台，人可以脱离开这个驾驶室。比如我可以在地头只要在农机需要我去帮助它，处理这些情况的时候，比如它漏播了，它堵籽儿了，我去处理一下，就把人从机器上解放出来的高度自动化，这是我们的第二层。这一层也是我国的科研院所，包括很多的科研企业，都集中在这个阶段，做了很好的试验示范，第三等级就是这个完全的无人化、智能化去作业，完全不再需要人去参与到农业的生产环节，当然它还要服务人类。因为人类始终是机器人的主宰，除了农业的生产管理者之外，生产环节都可以交给机器人去做。
我国在第一阶段比较成熟，第二阶段正在一个试验示范，也在朝着第三阶段在发展。人工智能和自动驾驶技术让无人农用机拥有了智慧的“大脑”，无须人工操作，无人农用机就能自主地开进田间，按照预先设定的路径去耕整土地，像顶级骑手一样直线行驶或转弯掉头。田间遇到人或障碍物，无人农用机能及时停下，避免撞击。一旦障碍物离开，无人农用机就会自动开启发动机继续劳作。无人农用机身上还安装着各种传感器，实时收集农田及周边信息，供电脑分析诊断农作物的生长情况。用这些无人农用机来耕作，能在有限的耕地里提高农作物的产量吗？无人农用机，它在实际作业时候，我们这个产量怎么样？你不论春播还是秋收，它季节性非常强，如果说我们争得最佳时机播种，可能得到最佳产量。另外无人农用机它还包括以后精准施肥、变量施肥，如果我们用好化肥，用好农药，这是对我们有益的，对产量的提高，对这个粮食安全就起到关键作用。我们现在可以变量施肥，根据土地的情况，作物的情况变量施肥。我们在无人的这种拖拉机上安装了一些传感器，土壤传感器，我们可以测量这个土壤的氮、磷、钾的含量，有了这个数据，因为拖拉机本来它就要耕整地，要遍犁一遍这个土地。
那随着它遍犁土地之后，我会拿到一张土地的肥力的分布图，那通过这个肥力分布图，再结合上这个作物种类，我们种的是玉米，我们就可以根据玉米所需要的氮、磷、钾的含量去配肥，就测土配肥。我们现在的无人农用机，绝大部分搭载了我国的北斗系统，加上地面增强系统，我们还可以增加播种的这个效果，比如说播种得又直又匀，株距行距很规整，这样的作物也可达到一个增产的可能。它在实际作业时候，这个精准度达到什么程度？通过我们实际作业测下来的数据，比如1000米以前人驾驶的话，老机手可以偏差在50厘米，就走直线，那通过这个无人化的技术，通过高精度的定位，达到2.5厘米级的作业精度，那相当不错了。适量施用肥料可以补充农作物的营养，增加农作物的产量。然而，传统农业耕作方式往往因过量施肥而导致农作物营养失衡，影响产量。现在大数据中心可以根据无人农用机收集来的信息，精准计算出所需化肥的成分和分量，无人农用机带着测算好的肥料，边插秧、边施肥。肥料能精准送到秧苗根部侧方3到5厘米处，避免了肥料的浪费，还能实现增产。而北斗高精度差分定位系统，让无人插秧机准确对行，插秧行间距规整均匀，既给了秧苗生长发育的最佳空间，又在有限的农田里播撒下尽可能多的秧苗，土地利用率提高了0.5%至2.5%。
仲夏时节，南方水稻迎来夏收，工作人员现场测产验收了传统机械插秧和无人农用机插秧两种种植方式的水稻。结果显示，传统机械插秧亩产410.2公斤，无人农用机插秧亩产433.4公斤，产量比传统机械的作业产量多了5.6%。这些无人农用机使用成本高吗？它们能给农民带来多少收益？目前我们开发的无人机，农民的使用评价怎样？我们在黑龙江的几个地方做了很好的试验示范，那机手给我们评价呢？无人农机会提供比人驾驶更好的这样一个结果，我觉得这个评价还是蛮高的。那农民的收益是什么？农民得到的最佳的、最好的实惠，一方面节本，一方面增效、增收，所以这个是我们给农民、农业生产者带来的好处。那通过初步测算，至少能提升百分之十到十五的这种净的这种收益，像我们在东北的一个合作社，一个千万级的合作社，种的是玉米。那玉米除了这个租地的成本，种子成本，化肥成本，人力、机械之外，这个一亩地的净利润，还是跟粮食价格有关。如果说一亩地是一百块钱的净利润，那代耕了两万亩，那就是两百万的这个收入，如果说我们还是让他有这些机械，使他的这个代耕的作业量增加10%，就可以使他增加20万的这样一个收入。
无人农用机它的成本有多高，我们是个人购买还是租用？我们现在两种模式都有，一种是购买，一种是以租代售。那现在通过智能传感器，计算芯片的这个价格下降，实际上是可以控制在万元级别的这样一个量级，而且像我刚才说的整体的收益，是包含了购置无人农机的部分成本在内的，还可以提升收益。无人农用机目前的适用的范围都有哪些？无人农用机的基础是机械化，不同的作物、不同地区有很多的差异，像我们北方粮食作物基本达到90%以上的这种机械化率，都是完全靠机械在播种，在收获。东北的土地面积比较大，它比较适合这些大马力的庞然大物，然后带着很宽的这种农具，高效率地去作业。只有土地相对连片了，才会发挥自动化机械的这种效能，它有规模化效应。东北黑土地一望无际，很大，积温较低，一年一季，那给我们每年播种，包括收获的时间段，时间窗口很短，这么短的时间窗口内，还完成那么大面积的作业，所以需要非常高效的机械化、自动化的设备去完成。那我们就可以通过无人驾驶的农机，非常高效地连续运转。人歇车不歇的这种方式去抢农时，所以说东北非常适合我们的无人农机的应用和落地。那么在南方，在水田，包括丘陵这些地方土地的碎片化，还有经营的这种碎片化，那不能说总是一小块儿一小块儿的那机器进里（面）总是把时间花在掉头、转场的时间，那就不划算了。所以无人农用机研发，也是因地制宜。
从东北可能做起来，先做起，可能发展得相对说早一些，快一些，但是我们不仅仅要东北，我们整个国家全方位地所以有条件，有条件地区都要发展，这样实际上从农艺这个角度，无人农机的发展。将来适合我们国家不同地区还得要小型化，没有小型化你不可能适应，因为我们国家这个耕地面积你就再怎么集约，它相对说还是零散，这样我们必须要搞小型化，这样适合不同的区域，不同的特点，不同的条件。我们国家非常强调自主研发。自主研发，这样才能保证我们的生产安全、土地安全等等方面。可能我们没有注意到说影像拍摄，我们的目的是要监控。监控播种或者监控其他作业，可能这些数据包括土壤的一些条件，土壤的肥力状况、养分状况等等，田块、生态一些数据就传上去了，对我们国家这个整个粮食安全，要产生很大的威胁，这样我们的秘密，我们的家底儿，都被人掌握了。无人的农用机，它会涉及到很多敏感数据，比如说地块的这个面积，地块的位置，你（种）的这个作物，包括你的产量等等，他都可以提前地通过这些算法拿得到。那如果说你有收集到足够多的这些数据之后，你综合一分析，其实可以得到很多敏感的这种信息，所以一定要很好地把它保护起来。无人农用机的研发，我们得到的这个经验是什么？
首先，这个要充分认识农业生产的复杂性，就是它不仅仅就单一靠一个无人作业可以解决的一个事儿。第二，我们也感觉这种农业场景的这种非标性很强，像我以前是从事道路无人驾驶研究的，那无论是在北京也好，广州也好，马路其实差不多都是这种铺装路面。但是在农田里，农田的形状很多样性，土壤的结构，它的作用力又不一样，有黑土，有黏土。第三，后边挂载的农机具有数十种，而且每一种都有自己的这种使用的方法、技巧在里面。我们团队一直在田间地头做试验，做开发、做研发、做测试，有将近三年的时间一直在田间地头，所以这个复杂性、多样性是这两年我比较深刻的一个体会。另外，机械技术的发展需要农机农艺结合，我们做农机的往往把农机就想办法做得很好，但是可能忽略了农艺上的需求，怎么能够更好，作业能够更好，不是机械本身要好，但是作业还要好，这样才能最终好。农用机它与土地的接触应该是纯物理式的这种接触，它是否在耕种和生产的过程当中，也会对土壤产生破坏呢？你物理的也要破坏，原来有人的，甚至是机械的那些操作也产生破坏。任何机械下面都有犁，或者是有行走部件，这个行走部件始终你上边是翻起来了，也旋起来。但是同时一个反作用力，始终作用在它界面以下这个土层，这个土层经常受到挤压，受到碾压，它在下边变成紧实。里边结构发生变化了，变成紧实了，你降雨那下水慢了。
土壤密度发生变化了？对啊，结构发生变化了，这个紧实度也增加了，你根系下扎也困难了，所以你养分吸收，你水分吸收只能限制耕层，因为根系好的土壤，根系下扎很深的，深根作物。这样你下边吸收养分，吸收水分，它的这个吸收养分很大地受限。东北的黑土地是否也受到了类似的影响？东北黑土地当然是一样的，在全世界都一样，在发展的过程中也只重利用轻保护，东北黑土地，原来我们在耕作之前，它都是植物非常茂密，所以植物死亡之后，它留在土壤，经过微生物分解之后，变成特殊的有结构的有机质。它进入到土壤和土壤矿物相结合，把这个矿物表面给它包围起来，它就变黑。是越黑呢，有机质越高，越黑这个土壤越肥沃，生产力越高。但是，我们轻视了其他方面的保护，这样我们土壤退化了，一方面降雨的时候，防止雨水的冲刷。还有一个，东北地区风比较大的，春天、秋天风都比较大，那一场大风有可能表土很细的颗粒就刮跑了，你把细的颗粒刮走了，粗的颗粒留下了，逐渐就变成沙土了。这样变成沙土，它的肥力下降，因为有机质积累，它主要在地表，你把地表肥沃的这个黑土层都水冲走了，风刮走了，它就逐渐要退化了，所以我们实际上保护黑土，就是要保护有机质。如果我们用好这个土壤，保护好，我们同时如果在耕作上，在利用上我们能够采用保护性措施，实际上黑土地是能够保护好。
就目前我们保护的方式有哪些方式？我们这个秸秆收获之后，我们希望把它留在地表，把它覆盖在地表，不要像以前的时候把它都烧掉了。当然那时候烧掉了也有烧掉的问题，你没有一个好的机械，没有专业机械，秸秆留在地表，你种不了地，我们希望播种要能够带着秸秆，能够高质量播种出苗的时候这个苗不受影响，生长的时候不受影响，但是那个时候我们还做不到。但是现在随着高质量农机，这个免耕播种机的发展，我们可以做到了，这样我们秸秆留在地表，降雨的时候防止雨水的冲刷，秸秆覆盖地表，像盖一个被一样，这样你风又刮不走，水也冲不走了。另外你降雨的时候，它能渗透地表（以下），你蒸发的时候，它又像盖被，它蒸发又少。因为东北要我们叫十年久旱，实际上非常干，所以这样我还能保水，提高养分利用率，所以这是一个非常重要的保护措施。位于我国黑龙江松嫩平原和三江平原的黑土带，是世界四大黑土区之一，千万年的孕育，半个多世纪的开垦，现已经成为我国著名的大粮仓。然而，过度开垦和利用黑土地一度面临严重退化，进而严重制约了东北粮仓的粮食生产能力。为挽救黑土地，科研人员研发出秸秆覆盖全程机械化的种植模式，通过高标准、智能化的农用机械，秸秆全量粉碎还田变成肥料。黑土地的肥力逐渐提高，化肥的用量在减少，不仅保护了黑土地，还提升了农作物的产量。
无人农用机如何来保护土壤能够得到解决吗？你任何耕作方式，如果你做得不规范，都要产生破坏的，但是无人驾驶这个作业的规范程度提升一大截，这是一个质的提升。我们播种要有垄，现在有行距，我们是整个均匀地来播种，它是一行一行播种，这就意味着什么呢？每年这个总行它可以颠倒，可以轮换的，我一直在建议，就是整个农机行走的问题，我觉得很重要一点规范化行走。无人农机的发展，它跟现在有人还不一样，它非常规范，它是通过GPS（全球定位系统）定位，它每年行走的，它是固定的，第二年你行走的时候，不论你最关键的收割季节，收割的时候，行走的时候，让它行走到第二年可以轮换要播种间行走，这样即使压实了，你对它土壤有破坏了，但是播种这个苗床没有破坏。我们可以通过智能化的方法，无人农机可以减少在土壤里的这个行驶的里程、轨迹，比如说以前人需要两趟，那我可以无人农机来规划好，由三趟变成两趟，两趟变成一趟，减少对土地的耕作的这个次数，这点是可以达到对土地的一个保护。
无人农用机将机械化与信息化技术深度融合，是现代农业机械的发展方向。2001年，华南农业大学等科研机构就开始研发无人农用机。2016年，中国第一台无人驾驶拖拉机诞生，成为中国智能化农业的新起点。2019年后，越来越多的科研团队和机构加入无人农用机的研发和试验，国产无人农用机的应用发展迅速。2020年，国产无人拖拉机、无人联合收割机已成功通过试验和作业示范，无人插秧机已在多地投入水稻插秧生产工作。数字农业试点建设项目中，已实现了棉花的耕、种、管、收全程无人化生产作业。2022年，在连续四年农业全过程无人作业试验的基础上，我国发布了首个智能农机技术路线图。如今，搭载北斗导航的无人农用机，已在越来越多的省区大规模应用。在这片古老的土地上，最前沿的科技正给最传统的农业带来翻天覆地的变化。未来，农业生产将对新一代农民提出怎样的要求？无人农用机的发展对我们国家未来的农业带来什么样的改变呢？
我们人口多，土地少，我们要有限的土地，要尽量生产足够的粮食，保证我们的饭碗，我们讲无人驾驶，讲无人农机，我们进一步发展无人农场。随着以后现代化的发展，随着智能化的发展，有可能做到真正的无人农场，我觉得未来用不了多少年，机械化会大规模地开展，这是一个必由之路，科技发展种田没有机械化，于是整个你的种田的水平也提升不上去，所以这是必由之路。但是这个不是一个短时间能够完成的任务，从我搞土壤的角度来说，搞农业的角度，这个路要很长，这个无人农场，它可以产生出更好的粮食，更高品质的粮食，这是它的一个主要目的。那这个里面，就需要农机农艺相结合，达到一些增产增效这样一个目的，所以说无人农机是无人农场的一个非常重要组成部分，但是它也不是全部。如果说农业现在也在变革，像合作社他们挣钱经营方式发生变化了，那个时候完全改变了农业作业，农业农民的生产方式。我们未来农业的发展，整个信息化的社会，农民真正转化为那是管理者，不是工人，是一个管理者，农民变成管理者的飞跃。
对，我非常坚信这一天的到来，未来农民我觉得会有两个方向，第一就是更加地专业化，就是我会专业地种植，去经营一个合作社，一个合作主体。第二个更加地职业化，农民不再是个身份，而是我的一种职业，在更远期，我想也是引用中国工程院院士的一句话，叫“黄牛退休 铁牛耕地 农民进城 专家种田”，这也是我们一个很好的一个愿景。专家要去种田了？我们现在这个，我们科学院有个黑土粮仓项目，我们合作的合作社，这两个社长他们是专家，所以这就不一样，这是专家种地了。你不仅仅是技术专家，你还得是经营专家，你不会经营也不行，你光种好地你也不行，你种好地你也不一定挣钱，你得会经营，同时种好地还得经营好，这样才能挣钱，所以他是一个综合人才。未来的发展，农机水平系统化，那么甚至到无人化、智能化，这一天我觉得能够达到，我们可以一步一步踏踏实实地走下去。好，感谢您收看我们今天的《透视新科技》节目！如果您想了解我们更多的节目内容，可以下载央视频去收看我们过往的节目。我是胜春，今天的节目就到这儿了，我们下期节目再见。
（通讯员 ：邓辉）
