从“犁田铁牛”到“茶园机器人”中国农业智能化浪潮中的山地农机突围

作者:刘欢、何程、孙剑

2026年9月10日,四川省雅安市名山区新店镇兴安村的一片茶园里,一台墨绿色的履带式机械在齐腰深的茶行间平稳穿行。随着操作人员手中遥控器的指令,两侧喷杆缓缓展开,细密的雾滴均匀地洒落在茶蓬冠层之上——这是四川农业大学机电学院自主研发的第二代自走式茶园喷施机正在进行现场示范。

第二代自走式茶园喷施机在雅安市名山区茶园现场示范作业

来自雅安市科技局、市农机化发展中心的相关负责人,各乡镇农业综合服务中心的农机专干,辖区内农机专业合作社理事长、种茶大户和家庭农场主们围在田埂边,目不转睛地注视着这台“会自己走路的打药机”。有人掏出手机录像,有人低声讨论着“这台机器一天能打多少亩”,还有老茶农忍不住伸手摸了摸机器的履带底盘。

这一幕,是中国农业机械化、智能化向丘陵山区纵深推进的一个生动注脚。当平原地区的耕种收综合机械化率已超过80%,当30万架农用无人机在广袤田野上空翱翔,占全国耕地面积三分之一以上的7亿亩丘陵山地,仍是中国农机化必须攻克的“最后一公里”。

从“铁牛”到“智农”:中国农业机械化智能化的跨越之路

回望中国农业机械化的发展历程,1958年第一台“东方红”拖拉机在洛阳下线,是一个标志性的起点。那台54马力的履带式拖拉机,结束了中国“人畜力耕田”的千年历史,也开启了中国农机工业从无到有的奋斗之路。此后六十余年间,中国农机实现了从仿制到自主、从单一到多元、从机械化到自动化再到智能化的跨越式发展。

进入新时代,中国农业科技进步贡献率持续攀升。2025年,全国农业科技进步贡献率超过64%,农作物耕种收综合机械化率达到76.7%,小麦、玉米、稻谷三大主粮作物基本实现全程机械化。全国农作物耕种收综合机械化率较“十三五”末提高了近5个百分点,这“3个百分点”背后,是智慧农业技术在田间地头的深度渗透。

四川农业大学机电学院副院长王玉超教授(左四)正在现场示范会上向

名山区政协经济委主任,原四川省名山茶树良种繁育场负责人阳永翔(左一)

名山区政协农业农村委员会主任倪福锦(左二)介绍第二代自走式茶园喷施机

在装备层面,中国已成为全球最大的农业机械生产国和使用国。农用无人机保有量超过30万架,年作业面积突破4.6亿亩,数量和作业规模均居全球首位。智慧农业市场规模在2025年突破1200亿元,增速显著高于全球平均水平。全国已支持建设34个国家智慧农业创新中心和分中心,“十四五”期间开发出世界首台智能育种机器人“吉儿”,以及“天权”“神农”等智慧农业大模型,大幅提高了育种效率和农业生产决策水平。

在核心技术攻关方面,中国农机工业攻克了动力换挡、无级变速、大喂入量低损收获等一批“卡脖子”技术。自主培育出白羽肉鸡、华西牛、南美白对虾等品种打破国外垄断,畜禽、水产、蔬菜国产种源市场占有率分别超过80%、86%、91%。农业农村部相关负责人表示,中国农业科技创新整体已迈进世界第一方阵。

从“面朝黄土背朝天”到“指尖轻点万亩田”,从“铁牛”替代耕牛到“机器人”走进农田,中国农业正在经历一场深刻的生产方式变革。然而,当平原大田的机械化、智能化画卷徐徐展开,另一个不容忽视的现实摆在面前:中国还有超过7亿亩耕地分布在丘陵山区,那里的机械化水平依然显著滞后。

7亿亩丘陵山地:中国农机化的“最后一公里”

统计数据显示,截至2025年末,全国丘陵山区农作物耕种收综合机械化率仅为53.5%,较全国平均水平76.7%低了23个百分点。西南深山区域的机械化率不足40%,而果茶、中药材等特色经济作物的机械化率普遍低于30%。“平原全程机械化、丘陵半机械化、山区靠人力”的格局依然明显。

丘陵山区的农机化困境,源于多重因素的叠加。田块细碎、坡度大、机耕道匮乏,使得大中型机械难以进入;种植结构复杂、作物品种多样,专用农机研发投入不足;农业人口老龄化加剧,劳动力短缺与耕地撂荒风险并存。以茶叶为例,中国是世界最大的茶叶生产国和消费国,茶园面积超过4800万亩,但其中绝大多数分布在山地丘陵地带。

名山区政协社会法制和民族宗教委主任牟建伟

在示范会现场绘声绘色地回忆传统农田劳作的场景

茶园植保是茶农最头疼的环节之一。传统人工背负式喷雾,一个壮劳力一天最多作业10至15亩,劳动强度大,且操作人员长期暴露在农药雾滴中,健康风险不容忽视。近年来,植保无人机在茶园推广中也遭遇瓶颈:山地茶园地形复杂,无人机飞行高度难以精准控制,雾滴飘移严重,茶蓬冠层穿透不足,往往“上面湿透了,下面根部还没药”;加之无人机续航时间短,单机连续作业能力有限,在大面积连片茶园中效率优势并不突出。

“农民工越来越少,越来越老,越来越贵。”这是示范会现场一位种茶大户的感慨。他经营着300多亩茶园,每年仅植保用工就要花费近10万元,还常常面临“农时到了请不到人”的窘境。对于丘陵山区的农业经营者而言,一台能够适应坡地、穿越窄行、精准喷雾的自走式机械,不仅是提高效率的工具,更是应对劳动力危机的刚需。

正是在这样的背景下,丘陵山区专用农机的研发被列为国家“十五五”农业机械化规划的重点扶持方向。宜机化改造、专用农机推广、机械化全程配套被反复强调,国内已完成60余种丘陵专用农机装备的研发和产业化。四川农业大学机电学院研发的自走式茶园喷施机,正是这一政策风口下的代表性成果。

第二代自走式茶园喷施机:为山地茶园量身打造的“植保尖兵”

四川农业大学机电学院的茶园智能喷雾装备研发,已经走过了两代迭代的历程。第一代设备(A机)是“茶叶无人喷雾机”,采用履带底盘,搭载RTK-GNSS与IMU组合导航系统,以Jetson Nano作为上位机、STM32作为下位机,能够沿预先录制的路径自动行走、自动纠偏、自动喷雾,作业速度0.5米/秒,一次覆盖3垄茶行。这台机器代表了茶园装备“无人化、智能化”的技术方向,其直线入线距离仅0.489米,U型路径平均横向误差0.087米,导航精度在茶园场景中处于领先水平。

第一代茶叶无人喷雾机(A机),采用履带底盘+RTK-GNSS自动导航

在第一代自动导航平台的技术积累之上,研发团队针对规模化生产中的实际需求,推出了第二代自走式茶园喷施机(B机)。如果说A机解决了“机器自动怎么走”的问题,那么B机则聚焦于“药液怎么喷得专业、喷得高效”,是一台“人遥控、机器干重活”的专业喷雾机型。

老茶农充满好奇地打量自走式茶园喷施机

第二代喷施机采用纯电动驱动,配备双2千瓦电机和5千瓦时锂电池,动力与续航能力较第一代显著增强。整机重量500公斤,搭载80升×2的双水箱,总药液容量达160升,载荷冗余充足,能够满足连片山地茶园的规模化植保需求。在地形适应方面,机器爬坡能力达到15°至30°,0至2公里/小时的无级调速区间兼顾了转场移动和精细作业。

喷雾系统是第二代设备的核心升级亮点。研发团队为其配备了260瓦、48伏五缸隔膜泵,流量达16升/分钟,压力输出稳定、自吸能力强,适合长管路、多喷头同时作业。0.7至1.3兆帕的可调泄压阀,可根据茶行冠层高度和风力条件精细调压,兼顾雾化效果与飘移控制。03号扇形喷嘴配合防滴开关与卡扣式喷嘴座,停机不滴漏、换装方便、喷雾扇面均匀。DC24伏防水电磁阀分别控制左右喷杆通断,地头转弯时可单侧关闭,有效避免重喷和漏喷。喷杆采用电动升降加左右电动折叠设计,行间通过性与冠层适配性大幅提升,转场时可折叠收窄。

第二代喷施机核心部件——260W/48V五缸隔膜泵,流量16L/min

在操控方式上,第二代喷施机支持500米范围内的遥控作业,操作简单直观,培训10分钟即可上手。电气系统成熟可靠、故障点少、维护成本低,更贴合当前茶农的实际使用水平。与无人机相比,自走式喷施机的优势十分明显:药液从冠层上方近距离喷洒,穿透性好,能够直达茶蓬中下部;无空中飘移浪费,定点喷施精准度高;160升大容量配合长续航,单机连续作业能力远超无人机;此外,该平台还具备扩展施肥、巡检等多功能作业的潜力。

研发团队伍志军副教授(右一)在示范会现场向参会代表讲解两代喷施机的技术特点

在经济性方面,研发团队给出了令人振奋的测算。据项目组成员在示范会现场介绍,自研底盘的制造成本约1万余元,挂载不同类型的作业机具最多增加约2万元,加装导航模块约5000元,整机成本可控制在3.5万元左右。对于经营100至200亩茶园的大户而言,一台机器一年即可收回购置成本。如果开展社会化服务,为周边小农户提供植保作业,经济效益更为可观。

产学研协同:从高校实验室到田间地头的成果转化

这台茶园喷施机的背后,是四川农业大学机电学院在智能农业装备领域多年的深耕与积累。学院农业工程学科聚焦智能农机装备、流体机械等研究方向,拥有一支兼具理论深度和工程经验的研发团队。

在产学研合作方面,四川农业大学机电学院已与多家企业建立了深度合作关系。学院与乐至林源等企业签署了产学研合作框架协议,在露地蔬菜实验基地建设、农业机器人研发等方面开展协同创新。这种“高校出技术、企业出市场、基地出场景”的合作模式,加速了科研成果从实验室到田间地头的转化。

本次现场示范会由四川农业大学机电学院主办,雅安市科技局、市农机化发展中心给予指导和支持。示范会不仅是一次产品展示,更是一次农机产销对接的平台。参会的农机合作社理事长和种茶大户们在现场与研发团队深入交流,了解机具性能、操作规范和维修保养要点,并咨询农机购置补贴等政策问题。这种“政府搭台、高校唱戏、农户受益”的推广模式,为丘陵山区专用农机的落地应用探索了有效路径。

参加自走式茶园喷施机现场示范会的代表在茶园合影

从遥控到无人:山地农机的智能化未来

两代茶园喷施机不是替代关系,而是“无人化技术验证”与“实用化生产装备”的接力。第一代A机在自动导航算法和路径跟踪方面积累了宝贵经验,第二代B机则在专业喷雾硬件和规模化作业能力上实现了突破。研发团队表示,下一步将把两者的优势融合——以B机的专业喷雾硬件为平台,搭载A机的自主导航控制软件,形成“遥控作业→辅助驾驶→全无人作业”的技术演进路径。

这种演进逻辑,也正是中国山地农机智能化发展的缩影。从最初的“机器替人”减轻劳动强度,到“精准作业”提高生产效率,再到“无人化”实现智慧管理,丘陵山区的农业机械化正在加速追赶平原地区的步伐。随着5G通信、北斗导航、人工智能等技术与农业装备的深度融合,未来的山地农机将不仅是一台作业机器,更是一个集感知、决策、执行于一体的智能终端。

从1958年中国国产第一台拖拉机的一声轰鸣,到今天茶园里自走式喷施机的平稳穿行,中国农业机械化走过了六十余年的奋斗历程。当平原大田的“智慧种地”渐成常态,当7亿亩丘陵山地的农机化攻坚战全面打响,我们有理由相信,更多像四川农业大学自走式茶园喷施机这样的“山地农机尖兵”,将在崇山峻岭间书写中国农业现代化的新篇章。