南方双季稻区水稻机械化生产工程模式研究
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摘要
南方双季稻区水稻种植面积和产量分别占全国的41.75%和36.89%,是重要的水稻主产区。但2012年,南方双季稻区水稻耕种收综合机械化水平为60.51%,各环节的机械化水平指标值均低于全国平均水平,尤其是机械种植水平为12.74%,比全国平均水平低将近20个百分点。水稻机械化生产工程模式发展水平滞后的原因是多方面的,主要包括技术模式不清晰、组织模式不明确、产业化经营不完善、机械化生产的发展与环境不匹配等多个问题。为了提高南方双季稻区水稻机械化发展的水平和质量,论文在系统工程和唯物辩证方法论的基础上,运用田间试验对比分析、计量分析、GIS分析、案例研究等方法,对南方双季稻区水稻机械化生产工程模式构建、模式评价和优选、模式优化等方面的内容进行了研究。主要研究内容和结论如下：
(1)运用系统工程理论,构建南方双季稻区水稻机械化生产工程模式系统框架。
论文构建了以主体、客体、需求、目标、技术路线/工艺和装备配备等基本要素构成,并受到自然条件、经济水平、农艺制度、体制/机制等环境影响的南方双季稻区水稻机械化生产工程模式系统框架,分析了模式的特征和表达方式,总结了南方双季稻区典型的4种技术模式26条技术路线,探讨了种植大户、家庭农场、农机合作社和农业龙头企业等新型经营主体的特点。
(2)基于全局最优的角度,建立南方双季稻区水稻机械化生产工程模式评价体系,并构建了以评价模块为核心的模式管理信息系统软件平台。
论文从目标原则、指标筛选、权重设置、标准值设定、评价方法选择等几个方面研究模式评价,建立了以评价指标和分析指标为主要内容的指标体系。从系统设计目标、设计原则、总体结构设计、用户界面设计、功能开发、软硬件配置等几个方面建立了由基本信息查询模块、田间试验模块和模式评价模块组成的“南方双季稻区水稻机械化生产工程模式管理信息系统”软件平台。
(3)农机与农艺融合,农机化与信息化融合,分别对南方双季稻区水稻机械化生产技术模式、组织模式和模式环境进行了优化,并对工程模式进行空间布局优化,提出了模式优化方案。
提炼出粮食安全前提下的品质提升原则、技术适宜前提下的鼓励先进原则、经济可行前提下的利润最大化原则和组织配套前提下的适度规模经营原则等4项模式优化原则。在总结日本水稻机械化生产技术的基础上,针对双季稻区的特点,对等离子体种子处理、工厂化育秧与拌浆育秧、不同育秧基质育秧、机插秧与人工抛秧、窄行距插秧、乘坐式插秧和手扶式插秧进行了田间对比试验,农机与农艺融合,提出了技术模式优化的方向。将信息化技术应用到模式研究当中,以地势、交通、距稻田距离作为主要因素,探讨了组织分布优化的方法。采用泰森多边形分析方法,研究了能使距离成本最低的作业服务范围优化的方法。从作业服务内容、实现全程机械化的方式、合作行为、合作社发展的制约因素和扶持措施、农机合作社与农民合作社等方面重点研究了农机合作社的组织运行机制优化问题。利用比较分析和调查统计的方法,对模式环境的4个要素优化进行了研究。运用GIS分析、因子分析和聚类分析方法,确定了南方双季稻区适宜于不同工程模式的4大类区域类型。
The acreage and yield of paddy rice in double cropping areas in south China account for41.75%and36.89%of China respectively. They are major rice producing areas but the mechanization level of paddy rice is only60.51%. The mechanization level of each operation is lower than the national average level, especially the mechanized planting level is12.74%, which is lower than the national average level by nearly20percentage points. The low level of paddy mechanized production engineering mode lies in several aspects, including the problems of unclear technical mode, incomplete organizational mode, imperfect industrial management, mismatch between mechanization development and the environment, etc. In order to improve the level and quality of paddy rice mechanized production, based on the methodology of systems engineering and materialist dialectics, this paper established the mode of rice production engineering, evaluated and optimized the mode by using the methods of field trials comparative analysis, quantitative analysis, GIS analysis and case studies. The main contents and conclusions are as follows:
(1) Construction of the system framework of paddy rice mechanized production engineering mode in double cropping areas in south China by using the system engineering theory.
The system framework of paddy rice mechanized production engineering mode consisted of the basic elements of subject, object, demands, objectives, technical route and agricultural machines, which was also affected by the environment factors such as nature, economy, agronomy, policy and regulation. The characteristics and expression of mode were also analyzed. This research summarized4typical kinds of technical mode and26kinds of technical route, and explored the features of new subjects like major planter, family farm, agricultural machinery cooperative and leading enterprise.
(2) Establishing the evaluation system from the perspective of global optimization, and constructing the software platform of mode management information system with the core part of evaluation module.
The mode evaluation was studied from objective, principle, indices selection, weight, the standard value and evaluation method, then an evaluation index system was proposed. The index system consisted of evaluation indices which were easy to be quantified and analytical indices which were hard to be quantified. After analyzing the system design goals, design principles, overall structure, user interface, function development, hardware and software configuration, the software platform of mode management information system was established, which included three modules of basic information query, field trial and mode evaluation.
(3) Optimizing the technical mode, organizational mode, and the mode environment. Spatial layout optimization of engineering mode was conducted and mode optimization solutions were finally proposed based on the integration of agricultural machinery and agronomy, the integration of agricultural mechanization and informatization as well.
4principles of mode optimization were proposed, they were improving rice quality under the premise of ensuring food security, encouraging advanced technologies under the premise of suitability, maximizing profit under the premise of economy, moderate scale management under the premise of organizational development. On the basis of summing up paddy rice mechanized production technology in Japan, several field trials were conducted according to the features of double-cropping areas, including plasma seed treatment, factory seedling and seedling with mud, seedling with different materials, mechanical transplanting and artificial throwing seedlings, narrow-spaced transplanting, riding transplanting and walking transplanting. The directions of technical mode optimization were presented based on the integration of agricultural machinery and agronomy. Applying information technologies in the mode research and taking terrain, transportation and distance from the rice fields as the major factors, this paper explored the method of organization spatial layout optimization. With the target of minimizing distance cost, the operation service range was optimized by the method of Thiessen polygons. For the operational mechanism of agricultural machinery cooperatives, the study focused on four aspects, which were the operation service contents, the way to achieve whole-processes mechanization, cooperative behavior, constraints and support measures of cooperative development. With the methods of comparative analysis and survey, optimization of the four elements related to mode environment was studied. By using the methods of GIS, factor analysis and cluster analysis,4types of areas which were suitable for different modes were identified.
(1)运用系统工程理论,构建南方双季稻区水稻机械化生产工程模式系统框架。
论文构建了以主体、客体、需求、目标、技术路线/工艺和装备配备等基本要素构成,并受到自然条件、经济水平、农艺制度、体制/机制等环境影响的南方双季稻区水稻机械化生产工程模式系统框架,分析了模式的特征和表达方式,总结了南方双季稻区典型的4种技术模式26条技术路线,探讨了种植大户、家庭农场、农机合作社和农业龙头企业等新型经营主体的特点。
(2)基于全局最优的角度,建立南方双季稻区水稻机械化生产工程模式评价体系,并构建了以评价模块为核心的模式管理信息系统软件平台。
论文从目标原则、指标筛选、权重设置、标准值设定、评价方法选择等几个方面研究模式评价,建立了以评价指标和分析指标为主要内容的指标体系。从系统设计目标、设计原则、总体结构设计、用户界面设计、功能开发、软硬件配置等几个方面建立了由基本信息查询模块、田间试验模块和模式评价模块组成的“南方双季稻区水稻机械化生产工程模式管理信息系统”软件平台。
(3)农机与农艺融合,农机化与信息化融合,分别对南方双季稻区水稻机械化生产技术模式、组织模式和模式环境进行了优化,并对工程模式进行空间布局优化,提出了模式优化方案。
提炼出粮食安全前提下的品质提升原则、技术适宜前提下的鼓励先进原则、经济可行前提下的利润最大化原则和组织配套前提下的适度规模经营原则等4项模式优化原则。在总结日本水稻机械化生产技术的基础上,针对双季稻区的特点,对等离子体种子处理、工厂化育秧与拌浆育秧、不同育秧基质育秧、机插秧与人工抛秧、窄行距插秧、乘坐式插秧和手扶式插秧进行了田间对比试验,农机与农艺融合,提出了技术模式优化的方向。将信息化技术应用到模式研究当中,以地势、交通、距稻田距离作为主要因素,探讨了组织分布优化的方法。采用泰森多边形分析方法,研究了能使距离成本最低的作业服务范围优化的方法。从作业服务内容、实现全程机械化的方式、合作行为、合作社发展的制约因素和扶持措施、农机合作社与农民合作社等方面重点研究了农机合作社的组织运行机制优化问题。利用比较分析和调查统计的方法,对模式环境的4个要素优化进行了研究。运用GIS分析、因子分析和聚类分析方法,确定了南方双季稻区适宜于不同工程模式的4大类区域类型。
The acreage and yield of paddy rice in double cropping areas in south China account for41.75%and36.89%of China respectively. They are major rice producing areas but the mechanization level of paddy rice is only60.51%. The mechanization level of each operation is lower than the national average level, especially the mechanized planting level is12.74%, which is lower than the national average level by nearly20percentage points. The low level of paddy mechanized production engineering mode lies in several aspects, including the problems of unclear technical mode, incomplete organizational mode, imperfect industrial management, mismatch between mechanization development and the environment, etc. In order to improve the level and quality of paddy rice mechanized production, based on the methodology of systems engineering and materialist dialectics, this paper established the mode of rice production engineering, evaluated and optimized the mode by using the methods of field trials comparative analysis, quantitative analysis, GIS analysis and case studies. The main contents and conclusions are as follows:
(1) Construction of the system framework of paddy rice mechanized production engineering mode in double cropping areas in south China by using the system engineering theory.
The system framework of paddy rice mechanized production engineering mode consisted of the basic elements of subject, object, demands, objectives, technical route and agricultural machines, which was also affected by the environment factors such as nature, economy, agronomy, policy and regulation. The characteristics and expression of mode were also analyzed. This research summarized4typical kinds of technical mode and26kinds of technical route, and explored the features of new subjects like major planter, family farm, agricultural machinery cooperative and leading enterprise.
(2) Establishing the evaluation system from the perspective of global optimization, and constructing the software platform of mode management information system with the core part of evaluation module.
The mode evaluation was studied from objective, principle, indices selection, weight, the standard value and evaluation method, then an evaluation index system was proposed. The index system consisted of evaluation indices which were easy to be quantified and analytical indices which were hard to be quantified. After analyzing the system design goals, design principles, overall structure, user interface, function development, hardware and software configuration, the software platform of mode management information system was established, which included three modules of basic information query, field trial and mode evaluation.
(3) Optimizing the technical mode, organizational mode, and the mode environment. Spatial layout optimization of engineering mode was conducted and mode optimization solutions were finally proposed based on the integration of agricultural machinery and agronomy, the integration of agricultural mechanization and informatization as well.
4principles of mode optimization were proposed, they were improving rice quality under the premise of ensuring food security, encouraging advanced technologies under the premise of suitability, maximizing profit under the premise of economy, moderate scale management under the premise of organizational development. On the basis of summing up paddy rice mechanized production technology in Japan, several field trials were conducted according to the features of double-cropping areas, including plasma seed treatment, factory seedling and seedling with mud, seedling with different materials, mechanical transplanting and artificial throwing seedlings, narrow-spaced transplanting, riding transplanting and walking transplanting. The directions of technical mode optimization were presented based on the integration of agricultural machinery and agronomy. Applying information technologies in the mode research and taking terrain, transportation and distance from the rice fields as the major factors, this paper explored the method of organization spatial layout optimization. With the target of minimizing distance cost, the operation service range was optimized by the method of Thiessen polygons. For the operational mechanism of agricultural machinery cooperatives, the study focused on four aspects, which were the operation service contents, the way to achieve whole-processes mechanization, cooperative behavior, constraints and support measures of cooperative development. With the methods of comparative analysis and survey, optimization of the four elements related to mode environment was studied. By using the methods of GIS, factor analysis and cluster analysis,4types of areas which were suitable for different modes were identified.
引文
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