土壤植物機器系統技術國家重點實驗室是2008年經國家科技部批准、首批依託企業建設的36個國家重點實驗室之一。依託單位是中國農業機械化科學研究院，于2010年8月通過國家科技部組織的驗收。

　　該實驗室以提高企業為主體自主創新能力、為行業提供基礎性、共性關鍵技術為宗旨，以農業機械與土壤、植物、農業生産投入物和環境的相互作用效應及機理為研究對象，生産生態協調為主線，設立了田間工況模擬、農業霧化工程技術和農業裝備智慧化技術研究室3個研究單元。

　　城市裏的人們在超市裏拿起一袋袋米麵時，可能再難體會到“鋤禾日當午，汗滴禾下土”的勞作艱辛，也時常會忽略農業之於每個人生活的重要性。但我們關心的——蔬菜水果裏的農殘能否少一點，大米裏有沒有重金屬污染……這些問題無不取決於現代農業的發展品質。

　　土壤植物機器系統技術國家重點實驗室的主要任務就是為了摸清土壤和植物的習性，實現有針對性的個性化施肥、除草滅蟲等精準田間管理，達到高效、低耗、減排的目標，促進可持續發展；製造出先進適用的現代農業裝備與設施，全面提升我國農業裝備製造業的自主創新能力，支撐農業現代化發展。

　　 精準農業持續發力：農田作物實現個性化管理

　　“我們實驗室總的來説可以分為三大研究方向，即精準農業、智慧化農業裝備和農業機器人。”實驗室學術委員張小超告訴科技日報記者。

　　精準農業是現代農業的重要發展方向，其目標是對農田及作物實現個性化管理，以減少農藥化肥的使用並同時提高産量。與這一技術在我國的發展同步，土壤植物機器系統技術國家重點實驗室從設立之初就將精準農業列為一項核心研究課題。

　　土壤養分的自動測量就是其代表成果之一。張小超説，測量出土壤養分就能得知其營養狀況及養分吸收情況，實現個性化施肥。“以前主要靠人工採樣拿到實驗室測量，以東北農墾地區為例，過去只能一公頃取一個樣，就這樣要完成一個農場的採樣測量也需要兩三個月的時間。”張小超説，“十二五”期間，實驗室研發出一種快速檢測設備，在田間地頭就能完成這一工作。

　　值得一提的還有免耕播種技術。免耕播種是國家重點推廣的保護性耕作技術之一，長期實施免耕種植技術，對治理沙塵、改善農業生態環境和農業可持續發展有實際意義。針對東北壟作區玉米長期未實現免耕種植的現狀，實驗室先期開發出2行玉米免耕精密播種機，並根據不同用戶的需求，研發出4行、6行等系列播種機型。

　　目前，這一成果主要用於我國東北、西北等乾旱半乾旱地區免耕精密播種玉米，目前玉米免耕精密播種機系列産品已銷售1800余臺，實現銷售收入1億多元，利稅總額2450多萬元。

　　此外，實驗室還研究了播種、施肥、中耕、植保、收穫等環節作業裝備的精準智慧變數測控技術，取得了多項創新性成果。研製了小麥、玉米變數免耕播種機、水稻智慧對行插秧機、變數自動配肥施肥機、智慧化自動對靶除草機、大型智慧化變數噴藥機、聯合收割機智慧測産系統等智慧化農業裝備，研究成果實現了精準農業智慧變數作業裝備技術的重要突破，其中播種量和施肥量線上檢測技術、插秧機自動行走對行技術、施肥重量反饋控制技術、聯合收割機測産技術達到國際先進水準。

　　智慧化農場：“北斗”定位奠定技術基礎

　　以導航技術為核心的自走裝備、農機作業遠端監控與管理是農業裝備智慧化的代表性技術。“收割機、插秧機等設備，人工操作走的路線肯定沒有導航機器走得直。尤其是北斗系統建成後，我們的一項重要工作是利用北斗系統來定位農機，實現遠端管理和診斷，為將來的智慧化農場奠定技術基礎。”張小超説。

　　玉米、棉花、大豆、油菜、甘蔗等高稈和中耕作物在我國農業生産中佔有極其重要的地位。這些作物生長中後期植株較高，拖拉機配套施藥機械離地間隙較低而難以進入目標地進行噴藥作業。由於缺乏地隙高、田間通過性好的自走式施藥機械，長期以來，高稈和中耕作物生長中後期的病蟲害始終是農業生産迫切需要解決的瓶頸難題。

　　為了解決這些問題，中國農業機械化科學研究院從2005年6月份開始致力於高地隙自走式噴桿噴霧機技術研究、産品開發和産業化推廣工作，土壤植物機器系統技術重點實驗室承擔了前期的研發工作。

　　田間工況實驗室負責人劉立晶説，經過多年努力，該實驗室對機械驅動型高地隙自走式底盤、全液壓驅動型高地隙自走式底盤以及高效施藥技術與裝備進行了開創性研究，在基於電液防滑控制的全液壓同步驅動技術、機械驅動型自走式底盤動力傳遞系統、高地隙和超高地隙自走式底盤的行走穩定性控制技術、輪距和地隙液壓調控技術、柔性桁架式噴桿自動平衡及減振系統、風幕式氣流輔助穿透性噴霧技術、基於作業速度實時檢測的自動變數噴霧控制技術、噴霧機作業過程機電液中央控制技術等産業共性和關鍵技術上取得重大突破和創新；完成了科技成果轉化研究，實現了産品批量生産。

　　此外，整合開發的多功能聯合收割機應用於小麥、水稻、大豆、玉米收穫，採用液壓四輪驅動，雙縱軸流脫粒分離，雙動篩分風選，喂入量作業速度自控調節，喂入量可達10公斤/秒。6行採棉打包機研製成功，3行通用型採棉機批量投産，可實現自動導航，火警預報，集中潤滑，故障檢測，成功運用於新疆棉花主産區，解決了採棉勞動力缺乏的問題，實現及時收穫，保障棉花品級。秸稈撿拾打捆機實現了玉米秸稈碎斷、撿拾、預壓、填料、打捆，採用相位耦合傳動技術，密度檢測可調控，已形成系列設備。暗管改鹼成套裝備採用北斗衛星定位導航，鐳射高程監控，完成了開溝、鋪管、埋砂、覆土作業，填補了國內空白，通過工程技術手段深度開發利用鹽鹼地資源，在提高耕地資源區域保障能力方面具有重要作用。

　　農業機器人：搭上“中國製造2025”的快車

　　康橋大學奶牛場，擠奶工作全部由機器人獨立完成，無需任何手工，機器人安裝在奶牛圈舍旁邊，奶牛一旦需要擠奶，會自動排隊等待機器人服務；育苗工作大部分內容都是把盆栽作物搬來搬去，單調而枯燥，浪費人力而且效率不高，美國波士頓的育苗機器人很好地解決了這個問題，這種育苗機器人由滾動輪胎、抓手和托盤組成。工作人員只要實現在觸摸屏上設定地點參數，機器人就能感應盆栽，並自動把它們移動到目的地。

　　沒錯，農業機器人的應用越來越廣泛。這一新興領域也成為土壤植物機器系統技術國家重點實驗室的研究方向。

　　張小超説，實驗室目前主要研發了採摘機器人和消毒機器人。“蘋果和番茄的採摘、套袋等，消毒機器人主要用於畜牧業，比方説雞舍裏某只雞發熱了，機器人可以通過感測器感應到，並進行處理。”

　　但由於造價昂貴及農戶的認識程度不夠等諸多原因，目前農業機器人在我國的應用遠沒有工業機器人廣泛。“農業機器人與工業機器人最大的不同是它面臨的是開放的工況，以及非結構化的操作對象，比方説，對於採摘機器人來説，每個蘋果的大小、色澤和形狀都不同，識別難度出來比工業零部件要大多了。”中國農業機械科學研究院副院長、總工程師方憲法解釋道。

　　“但這無疑是未來的發展方向，通過農業機器人的研究，我們可以突破一批傳感、機器視覺等關鍵技術。”方憲法説。