低碳农机技术发展及启迪范文

低碳农业机械化是与低碳农业、低碳经济一脉相承的发展模式，是指以低能耗、低排放、低污染为特征的农业机械化发展方式。包括两个方面的内涵：一是依靠先进适用的机具和技术，在农业机械使用环节达到节能减排的目的；二是通过科学合理的机械化生产方式，推动农业行业节能减排目标的实现。20世纪40年代美国基本实现了农业机械化，目前拥有各种型号的拖拉机500万台左右、联合收割机150万台左右；农业生产过程中的深松机械、整地机械、播种机械、植保机械、联合作业机械配套齐全，畜产品生产过程中的饲料粉碎机、挤奶机、牛奶保鲜加工成套设备已广泛应用。现代化的激光、计算机、声控等高新技术已在农业机械化上大量采用。面对农业的可持续发展，关注美国的低碳农业机械化技术发展对于推动中国农业机械化发展方式转变有重要意义。

一、美国生物能源政策的基本情况

美国是世界第一能源消费大国和温室气体排放大国。据国际能源署（IEA）的统计数据，美国在2009年消费21.7亿t石油总量（约合31.1亿t标准煤），此项能源消费统计包括原油、核能、煤炭、天然气和水电等再生能源。美国每天平均消耗大约1900万桶石油，每年美国人均能源量消耗是中国人均能源消耕量的4.5倍。美国的二氧化碳排放量约占世界的1/4。美国高度重视能源安全问题，致力于发展生物能源和节能减排技术。据美国农业部预测，从2008—2035年，世界能源需求将增长36%，世界能源消耗量的增长速度将高于世界人口总量增长速度。美国有关机构通过测量整个生产生活过程中的排放数据表明：与化石燃油相比，使用玉米乙醇可减少20%左右的温室气体排放，而使用生物柴油、纤维素生物燃料则减少50%~60%的温室气体排放。基于降低美国对外国原油的依赖、缩减温室气体的排放、促进新能源产业发展的考虑，2007年12月美国总统签署通过了能源独立和安全法案（EISA），其主要内容有：提高机动车燃料经济性标准，计划到2020年轿车和轻型卡车平均经济性标准应为14.88km/L，较当前水平提高40%；发展可再生能源，计划在2022年将生物燃料产量提高到每年1360亿L，取代大约900亿L化石燃油，是当前水平的4倍。2009年5月初，美国总统签署了一项关于发展先进生物燃料的总统令，美国能源部、农业部和环境保护署组成了一个跨部门的联合工作小组，对实施和协调生物燃料发展规划进行统一领导。值得注意的是，美国政府对每年从玉米、大豆中提炼生物质燃油（玉米乙醇和生物柴油）总量设定了567亿L的限额。这是由于土地从植被覆盖区转为农田时，土壤中将释放出大量的二氧化碳和其他温室效应气体，因此美国农业部一直在实施旨在保护国家自然资源的“土地休耕计划”，保持玉米、大豆的产量相对稳定，防止生物燃料工业与地争油、与民争粮。目前，美国玉米产量的25%用于加工乙醇，大豆产量的10%用于加工生物柴油，已基本达到EISA规定的上限值，此后将主要发展其他的新型生物燃料（Otheradvancedbiofue）l为主。近年来，在不对农、林业布局作大变动的前提下，美国致力于纤维素生物质燃料（Cellulosicbiofue）l的生产，并且瞄准以水藻为原料的第二代新型生物能源的开发利用，计划到2025年生物燃油可以替代美国原油消耗的25%。2011年8月在密苏里州一家加油站了解到，普通的87标号汽油售价0.99美元/L，而按1∶9混合乙醇89标号的燃油售价为0.97美元/L。由于混合燃油价格便宜，吸引了不少车主购买。许多加油站还设有单独的生物燃油加注机位，方便顾客使用。

二、美国推进农业机械节能减排的具体做法

美国农业是用现代科学技术装备起来的高效率的大农业，具有生产手段机械化、智能化、信息化的特点。农业机械是美国现代农业的重要标志，农业生产燃油消耗份额不容忽视。据美国农业部测算，与食品有关的能源利用占国家能源总消费份额从2002年的14.4%增长到2007年的15.7%。发展低碳农业，推进农业机械节能减排，是保持美国农业经济持续健康发展的重要举措。近年来，在美国政府的引导下，各有关农业机械企业、院校、协会等单位和部门采取了多项对策措施，取得了一定的成效。

（一）联邦政府积极发展生物能源，逐步实行更严格的排放标准联邦政府从新能源供应和限制排放两个环节来推进农业机械节能减排。①联邦政府通过了EISA，安排多个拨款项目，支持开展可再生能源的研究开发，扶持发展生物燃料提炼厂。2011年4月15日，美国农业部（USDA）与能源部（USDE）发表联合声明，将在3~4年内为先进生物能源以及高价值生物基产品等研发项目提供3000万美元资助。美国政府通过税收优惠等措施，鼓励生物燃油加工。目前，美国现有加工生产生物燃油的企业200家，年产量达到500亿L，比2006年翻了一番多，实现了自给自足。预计EISA使得美国2022年在交通方面减少68万t的二氧化碳气体排放，相当于减少2400万辆汽车的排放量。②针对农业机械、工程机械以及舰船、航空器等机械设备，美国环境保护署（EPA）了新的非道路机动设备柴油机的第四阶段（Tier4）的强制性排放标准，设定了标准过渡期和执行期，旨在大幅度减少二氧化碳等废弃物的排放。以75~129kW的柴油机为例，要求2012—2014年为第四阶段过渡期，2015年为正式实施期，每千瓦时油耗最大的氮氧化物排放量为0.40g，非甲烷碳氢化合物排放量为0.19g，颗粒物排放量为0.02g，与第二阶段（2003年）的标准相比，排放量降低了90%左右。

（二）地方政府实施农场主节能改造计划，并对新购置农业机械予以免税政策密苏里州位于美国中部地区，拥有超过10万个农场，盛产玉米、大豆、油子、大米、棉花以及牛、家禽、猪等畜产品，每年所生产的农作物与牲畜价值超过50亿美元，是美国重要的农产品生产地区。密苏里州已将玉米和大豆分别用于乙醇汽油和生物柴油的生产制造。密苏里州正在执行一项美国能源部资助，密苏里农业厅、密苏里大学和EnSave公司具体实施名为MAESTRO项目（MissouriAgriculturalEnergySavingTeam-ARevolutionaryOpportuni-ty），该项目通过补贴和低息贷款的办法，刺激农场主改造老旧的电机、泵等高能耗设备，从而达到提高能源效率15%以上的目标。具体内容包括：提供免费的技术援助，在评估农场和家庭能源消耗和编制更新改造规划时，农场主将有可能获得高达75%的项目评估费用补贴（评估总额不超过5000美元），和5万美元以下的3%低息贷款。据介绍，该项目开始于2010年7月，共实施3年，目前已经有30个农场受益，每个农场每月节省能源方面的费用为500～600美元。密苏里州政府在商品销售环节一般都要征收7.5%左右的消费税，但对农业机械销售环节实施免税的优惠政策，此举大大鼓励了农场主购买新型的农业机械。同时，州政府还允许农场主根据当年农作物的收成情况，自主确定农业机械的折旧率，以减少收入所得税的支出。

（三）农业机械生产企业不断改进技术，致力于提高燃油经济性和机械使用效率美国约翰迪尔公司（JohnDeere）是目前世界最大的农业机械制造商和世界第二大工程机械制造商，位居世界500强前列。约翰迪尔公司从生产犁耙起步，逐步向大型农业机械领域拓展。产品包括迪尔拖拉机、联合收割机、摘棉机、喷药机、青贮机械、整地机、播种机和农业服务等。约翰迪尔公司非常重视中国市场，1978年援建了黑龙江农垦友谊农场，目前已在中国佳木斯、哈尔滨、天津、宁波等地建立了6家农业机械产品研发、生产和投资公司。约翰迪尔公司为适应美国新的排放标准，十分重视产品的技术创新，平均每天的研发投入超过200万美元。在发动机创新方面的措施有：①研发新型适应生物燃油的发动机，通过生物燃油部分取代化石燃油来减少温室气体排放。目前约翰迪尔公司生产的发动机都能够采用5%的生物柴油+95%的化石燃油。②通过应用新型技术，如装备专利的风扇驱动、冷却系统，提高了燃油效率，降低了动力消耗。约翰迪尔公司新一代的PowerTechPlus发动机相对原来的发动机，能减少2%~7%的燃油消耗。在达到美国联邦尾气排放标准的同时增强了动力性能，并有充足的额外功率储备。8R/8RT型拖拉机是美国内布拉斯加州拖拉机实验室测试过的节油性能最优的农用拖拉机。在新型技术应用方面的措施有：①广泛采取复式作业模式，农业机械一次进地可实现多个作业项目，减少辅助作业时间，从而提高机具效率，能降低燃油消耗和废气排放。如7760型自走式摘棉机能一次完成田间采棉和机载打包，可以实现连续不停顿的田间采棉作业；4930型喷药机改进了药液加注装置，大幅度提高药液装载速度（目前每3min可达4543L），实现高效喷药作业，减少了药液和燃油消耗；1590型免耕条播机可一次完成开沟、排种、施肥、镇压等多道工序，大幅度减少了燃油消耗。②广泛运用全球定位系统（GPS），实施数据采集及田间耕作、播种、施肥、喷农药和收获等作业的精确定位，并自动控制农业机械的运动路径和作业参数，以减少重复作业面积和工序，从而达到提高效率和降低燃油消耗的效果。约翰迪尔公司的大功率拖拉机、联合收割机都安装了GPS和车载智能操作系统，农户可免费获得相关的技术培训和咨询服务。目前美国已有50%以上的农场采用GPS辅助农业生产，有针对性地施肥、灌溉，大大提高了整片土地的生产率。

（四）农业科研院所重视发展低碳农业，大力推广保护性耕作技术美国是世界上最早研究和推广保护性耕作技术的国家。美国在20世纪20~30年代就利用大型机械翻耕大面积农田，一场著名的“黑风暴”从美国干旱地区刮起，席卷2/3的美国大陆，刮走地表层10~50cm厚度的肥沃土壤3.5亿t，冬小麦减产51亿kg。1935年美国成立了土壤保护局，从此开始研究改良传统翻耕耕作方法，探索实行保护性耕作技术。保护性耕作的核心内容是放弃传统深翻或轮耕作业，采用免耕少耕、秸秆覆盖等技术，可以明显减少土壤风蚀，增加雨水积累，从而大大缓解了传统耕作对生态环境破坏的压力。同时，原来农作物从耕种到收获一般需要农业机械7次进地作业，如今只需要3次（播种、植保、收获）就可以了，从而减少了农用燃油的消耗，也实现了农业机械节能减排目的。有报告显示，采用传统耕作方法种植玉米每公顷消耗燃油34.57L，而保护性耕作方法仅需18.6~24.7L。联合国粮农组织称这种耕作法为新的耕作革命。据美国保护性耕作组织近期报道，美国至少有50%的耕地实行各种类型的保护性耕作，其中作物残茬覆盖耕作占53%、免耕占44%。截至2010年年底，美国保护性耕作实施面积达到近3000万hm2，保护性耕作作物种类包括玉米、小麦、大豆等常规作物，以及棉花、蔬菜、马铃薯、番茄等经济作物，主要采用免耕、少耕、垄作免耕等技术模式。为缓解能源紧张以及适应气候变化趋势，美国农业部2011年组织了密苏里州等9个州11个机构的土壤、推广、气候、经济等方面的专家，斥资2000万美元启动美国玉米带作物种植体系研究项目。项目的目标之一就是评估整套作物的生长管理方法对碳、氮和水分布的影响，研究建立实现减少温室气体排放、氮损失的新型生产模式。这些生产模式包括免耕、作物轮作、排水管理、作物覆盖等。

（五）有关行业协会发挥组织协调的优势，积极推动低碳农业技术的推广应用密苏里州农场局（MFB）是一个州级民间性质的农业协会，是美国农业协会（AFB）的一个分支机构。AFB的总部设在华盛顿，负责收集全国各州农业协会提出的意见和建议，在农业税收、环境保护、政府投入等方面代表农户与国会打交道，争取有利的扶持政策。MFB成立于1950年，现有11.2万名会员，其中50%是农民会员，包括玉米、大豆、棉花等种植户和牛羊养殖户。每名会员需缴纳年费32美元。MFB为会员提供4方面的服务：一是代表会员的利益，参与全国性和密苏里州农业政策的评估与制定。二是向会员提供最新的农业技术、农产品价格等信息服务和农业保险。三是通过实施项目，向会员推广普及先进适用的农业技术。四是向年轻农场主提供学习培训机会，使其成长为职业农民。农场局还鼓励农场主之间开展合作互助，共同使用大型农业机械，以提高机具利用效率。在MFB的引导下，密苏里州近20年来保护性耕作发展很快，免少耕面积占全州耕地面积的比例已由过去的20%上升到现在的80%。密苏里州玉米种植者协会（MCGA）成立于1978年，是一个致力于增加玉米生产利润的农民基层组织。其主要职责包括：①参与政府与玉米法案相关的工作；②发展和扩大玉米市场；③收集和玉米生产的相关信息；④与相关组织和产业建立联盟。近年来，协会致力于生物燃料（如玉米乙醇）的研究与市场需求调研，教育农民和消费者增加对乙醇生产等农业产业的了解，向农户推荐统一的种植品种和种植模式，推广使用先进的玉米耕种方法和秸秆处理办法，以保护环境和提高利润。密苏里州大豆协会（MSA）是一个全州范围内的组织，旨在代表密苏里州大豆生产者的利益。通过宣传立法、公共政策措施和全州的教育培训工作来增加密苏里州种植大豆农民的盈利能力，可影响密苏里州大豆生产的公共政策。在低碳农业技术方面，大豆协会致力于解决由大豆生产生物燃油的研究和市场需求调研，通过对农民进行培训和对消费者进行培训，促进基于大豆的生物燃油的应用和发展。参与和促进环境保护工作，帮助农户采用先进的耕作方式（如免耕、秸秆覆盖等），改良农田土壤。

三、对中国发展低碳农业机械化的启示和建议

联合国气候变化框架公约的《京都议定书》自1997年12月签署之后，控制二氧化碳等温室气体排放就成为了一个世界性话题。特别是2009年联合国气候哥本哈根大会的召开，世界对中国的节能减排更加关注。节能减排，不仅是一个关系到农户切身利益的经济问题，还是一个世界关注的政治问题。

（一）启示通过对美国低碳农业机械化技术发展的了解，有两点启示。

1.发展低碳农业机械化，是实现中国节能减排目标的重要举措2009年11月中国政府正式对外宣布控制温室气体排放的行动目标，决定到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%，并将此减排目标将作为约束性指标纳入国民经济和社会发展的中长期规划中。在如此短时间内这样大规模降低二氧化碳排放，需要各行各业的共同努力。中国2010年拥有各类农业机械总动力9.28亿kW，农业生产燃油消耗量3674.91万t，其中柴油3484万t。农业现代化离不开农业机械化。当前中国农业耕种收综合机械化水平为54.5%，还有较大的发展空间，农用燃油的消耗总量还将继续增长，需要用最经济的燃油消耗来达到最高效的农业机械作业。因此，农业机械行业推进节能减排的任务十分艰巨、十分迫切。

2.发展低碳农业机械化，是一项需要统筹推进的系统工程农业机械节能减排体现在农业机械科研、制造、使用、维修、培训和管理等各个环节，需要多个部门的协调配合，加大政策支持力度，综合应用技术、经济、法律等手段，通过行政推动、行业引导、市场拉动等措施，发挥各个市场主体参与农业机械节能减排的积极性和主动性。

（二）建议为推进中国低碳农业机械化发展，建议采取以下措施。

1.密切跟踪国际新能源发展态势，鼓励农户使用清洁的、可再生能源应借鉴美国、欧盟、巴西等国家和地区的生物能源政策，积极推进中国生物能源的产业化进程，尤其重点发展优质木本油料作物和海藻类生物燃油。可通过补贴和税收等政策，降低生物燃油的生产成本和使用成本，鼓励用户购买使用。发挥购机补贴的政策导向作用，适当提高新能源动力机械和装备的补贴力度，在水电、风电、光能充裕地区，大力发展电力农产品加工机械、小型电能植保机械、耕整机械、设施农业装备，建设一批布局合理的电力排灌站。

2.鼓励农业机械生产企业技术创新，不断提高农业机械产品的能源利用效率积极引导科研院所、大专院校和农业机械生产企业等单位，通过科技支撑计划、行业科技计划及地方科研专项等项目，采用先进技术、先进工艺和先进材料，加快研发拥有自主知识产权的农业机械节能减排技术和产品。应用GPS等现代信息手段，努力提高产品使用性能和产品质量，挖掘节能减排潜力，从源头上保证农业机械节能减排效果。从2010年10月1日起，包括拖拉机、联合收割机在内的中国非道路车辆和机械排放标准开始执行进入第二阶段限值，即开始执行国Ⅱ排放标准。中国要健全农业机械节能减排技术法规，强化农业机械设备的能耗检测，加强农业机械推广鉴定管理，切实将国Ⅱ排放标准执行到位。严格《国家支持推广的农业机械产品目录》准入条件，限制高能耗、高污染产品进入目录。

3.大力推广农业机械化节能减排技术，提高资源综合利用水平加强农机农艺结合，制定科学合理、相互适应的农艺标准和机械作业规范。在农作物的耕作、种植、植保、收获以及农产品初加工等环节，积极推广节油、节种、节地、节水、节肥、节药等节约型农业机械化技术和机具。发展基于GPS的精准农业，加快多功能、智能化、经济型机具的推广应用。要全面实施《保护性耕作工程建设规划》和保护性耕作技术推广项目，推广免耕、少耕的现代农业耕作制度，减少机械进地次数，降低能源消耗。争取实施机械化秸秆还田作业补贴，大力推广农作物秸秆综合利用技术，实现秸秆的资源化、能源化、清洁化利用，避免秸秆焚烧现象发生。将农业机械化节能减排技术纳入全国农业机械化教育培训大行动和阳光工程农业机械培训的重要内容，培养懂技术、会操作、善维护的新型农业机械驾驶操作人员。

4.加强农业机械社会化服务和组织管理，提高农业机械的作业效率积极推进农业机械社会化服务模式创新，引导农户统种统管和连片种植，通过集团承包或代耕代种代管代收等手段，逐渐实现标准化和规模化作业；精心组织好农业机械跨区作业，加强农业机械化生产信息的采集和，合理安排小麦、水稻和玉米机收、水稻机插秧等跨区作业线路；在重要农时作业前，开展农业机械检修保养，支持农民开展柴油发动机的喷油泵校准，保证机具以良好的技术状态投入生产，从而达到减少机具作业空耗时间，提高农业机械使用效率，降低农业机械单位作业面积能耗的目的。

5.鼓励开展农业机械报废更新，进一步优化农业机械装备结构及时淘汰超期服役、能耗高、污染重、效率低的老旧农业机械，是推进农业机械化可持续发展的重要内容，也是农业生产节能减排的必然要求。要在拖拉机、联合收割机禁用与报废标准的基础上，进一步完善农业机械更新报废标准体系，建议中央财政设立农业机械更新报废专项资金，鼓励农民依法报废老旧农业机械。同时，还要将农业机械报废更新的扶持措施与农业机械购置补贴政策紧密结合起来，开展农业机械以旧换新，合理配套动力结构，鼓励发展大中型、多功能机型，推动中国农业机械由传统粗放型向高效节能环保型发展。