低碳農機技術發展及啟迪范文

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低碳農業機械化是與低碳農業、低碳經濟一脈相承的發展模式，是指以低能耗、低排放、低污染為特征的農業機械化發展方式。包括兩個方面的內涵：一是依靠先進適用的機具和技術，在農業機械使用環節達到節能減排的目的；二是通過科學合理的機械化生產方式，推動農業行業節能減排目標的實現。20世紀40年代美國基本實現了農業機械化，目前擁有各種型號的拖拉機500萬臺左右、聯合收割機150萬臺左右；農業生產過程中的深松機械、整地機械、播種機械、植保機械、聯合作業機械配套齊全，畜產品生產過程中的飼料粉碎機、擠奶機、牛奶保鮮加工成套設備已廣泛應用。現代化的激光、計算機、聲控等高新技術已在農業機械化上大量采用。面對農業的可持續發展，關注美國的低碳農業機械化技術發展對于推動中國農業機械化發展方式轉變有重要意義。

一、美國生物能源政策的基本情況

美國是世界第一能源消費大國和溫室氣體排放大國。據國際能源署（IEA）的統計數據，美國在2009年消費21.7億t石油總量（約合31.1億t標準煤），此項能源消費統計包括原油、核能、煤炭、天然氣和水電等再生能源。美國每天平均消耗大約1900萬桶石油，每年美國人均能源量消耗是中國人均能源消耕量的4.5倍。美國的二氧化碳排放量約占世界的1/4。美國高度重視能源安全問題，致力于發展生物能源和節能減排技術。據美國農業部預測，從2008—2035年，世界能源需求將增長36%，世界能源消耗量的增長速度將高于世界人口總量增長速度。美國有關機構通過測量整個生產生活過程中的排放數據表明：與化石燃油相比，使用玉米乙醇可減少20%左右的溫室氣體排放，而使用生物柴油、纖維素生物燃料則減少50%~60%的溫室氣體排放。基于降低美國對外國原油的依賴、縮減溫室氣體的排放、促進新能源產業發展的考慮，2007年12月美國總統簽署通過了能源獨立和安全法案（EISA），其主要內容有：提高機動車燃料經濟性標準，計劃到2020年轎車和輕型卡車平均經濟性標準應為14.88km/L，較當前水平提高40%；發展可再生能源，計劃在2022年將生物燃料產量提高到每年1360億L，取代大約900億L化石燃油，是當前水平的4倍。2009年5月初，美國總統簽署了一項關于發展先進生物燃料的總統令，美國能源部、農業部和環境保護署組成了一個跨部門的聯合工作小組，對實施和協調生物燃料發展規劃進行統一領導。值得注意的是，美國政府對每年從玉米、大豆中提煉生物質燃油（玉米乙醇和生物柴油）總量設定了567億L的限額。這是由于土地從植被覆蓋區轉為農田時，土壤中將釋放出大量的二氧化碳和其他溫室效應氣體，因此美國農業部一直在實施旨在保護國家自然資源的“土地休耕計劃”，保持玉米、大豆的產量相對穩定，防止生物燃料工業與地爭油、與民爭糧。目前，美國玉米產量的25%用于加工乙醇，大豆產量的10%用于加工生物柴油，已基本達到EISA規定的上限值，此后將主要發展其他的新型生物燃料（Otheradvancedbiofue）l為主。近年來，在不對農、林業布局作大變動的前提下，美國致力于纖維素生物質燃料（Cellulosicbiofue）l的生產，并且瞄準以水藻為原料的第二代新型生物能源的開發利用，計劃到2025年生物燃油可以替代美國原油消耗的25%。2011年8月在密蘇里州一家加油站了解到，普通的87標號汽油售價0.99美元/L，而按1∶9混合乙醇89標號的燃油售價為0.97美元/L。由于混合燃油價格便宜，吸引了不少車主購買。許多加油站還設有單獨的生物燃油加注機位，方便顧客使用。

二、美國推進農業機械節能減排的具體做法

美國農業是用現代科學技術裝備起來的高效率的大農業，具有生產手段機械化、智能化、信息化的特點。農業機械是美國現代農業的重要標志，農業生產燃油消耗份額不容忽視。據美國農業部測算，與食品有關的能源利用占國家能源總消費份額從2002年的14.4%增長到2007年的15.7%。發展低碳農業，推進農業機械節能減排，是保持美國農業經濟持續健康發展的重要舉措。近年來，在美國政府的引導下，各有關農業機械企業、院校、協會等單位和部門采取了多項對策措施，取得了一定的成效。

（一）聯邦政府積極發展生物能源，逐步實行更嚴格的排放標準聯邦政府從新能源供應和限制排放兩個環節來推進農業機械節能減排。①聯邦政府通過了EISA，安排多個撥款項目，支持開展可再生能源的研究開發，扶持發展生物燃料提煉廠。2011年4月15日，美國農業部（USDA）與能源部（USDE）發表聯合聲明，將在3~4年內為先進生物能源以及高價值生物基產品等研發項目提供3000萬美元資助。美國政府通過稅收優惠等措施，鼓勵生物燃油加工。目前，美國現有加工生產生物燃油的企業200家，年產量達到500億L，比2006年翻了一番多，實現了自給自足。預計EISA使得美國2022年在交通方面減少68萬t的二氧化碳氣體排放，相當于減少2400萬輛汽車的排放量。②針對農業機械、工程機械以及艦船、航空器等機械設備，美國環境保護署（EPA）了新的非道路機動設備柴油機的第四階段（Tier4）的強制性排放標準，設定了標準過渡期和執行期，旨在大幅度減少二氧化碳等廢棄物的排放。以75~129kW的柴油機為例，要求2012—2014年為第四階段過渡期，2015年為正式實施期，每千瓦時油耗最大的氮氧化物排放量為0.40g，非甲烷碳氫化合物排放量為0.19g，顆粒物排放量為0.02g，與第二階段（2003年）的標準相比，排放量降低了90%左右。

（二）地方政府實施農場主節能改造計劃，并對新購置農業機械予以免稅政策密蘇里州位于美國中部地區，擁有超過10萬個農場，盛產玉米、大豆、油子、大米、棉花以及牛、家禽、豬等畜產品，每年所生產的農作物與牲畜價值超過50億美元，是美國重要的農產品生產地區。密蘇里州已將玉米和大豆分別用于乙醇汽油和生物柴油的生產制造。密蘇里州正在執行一項美國能源部資助，密蘇里農業廳、密蘇里大學和EnSave公司具體實施名為MAESTRO項目（MissouriAgriculturalEnergySavingTeam-ARevolutionaryOpportuni-ty），該項目通過補貼和低息貸款的辦法，刺激農場主改造老舊的電機、泵等高能耗設備，從而達到提高能源效率15%以上的目標。具體內容包括：提供免費的技術援助，在評估農場和家庭能源消耗和編制更新改造規劃時，農場主將有可能獲得高達75%的項目評估費用補貼（評估總額不超過5000美元），和5萬美元以下的3%低息貸款。據介紹，該項目開始于2010年7月，共實施3年，目前已經有30個農場受益，每個農場每月節省能源方面的費用為500～600美元。密蘇里州政府在商品銷售環節一般都要征收7.5%左右的消費稅，但對農業機械銷售環節實施免稅的優惠政策，此舉大大鼓勵了農場主購買新型的農業機械。同時，州政府還允許農場主根據當年農作物的收成情況，自主確定農業機械的折舊率，以減少收入所得稅的支出。

（三）農業機械生產企業不斷改進技術，致力于提高燃油經濟性和機械使用效率美國約翰迪爾公司（JohnDeere）是目前世界最大的農業機械制造商和世界第二大工程機械制造商，位居世界500強前列。約翰迪爾公司從生產犁耙起步，逐步向大型農業機械領域拓展。產品包括迪爾拖拉機、聯合收割機、摘棉機、噴藥機、青貯機械、整地機、播種機和農業服務等。約翰迪爾公司非常重視中國市場，1978年援建了黑龍江農墾友誼農場，目前已在中國佳木斯、哈爾濱、天津、寧波等地建立了6家農業機械產品研發、生產和投資公司。約翰迪爾公司為適應美國新的排放標準，十分重視產品的技術創新，平均每天的研發投入超過200萬美元。在發動機創新方面的措施有：①研發新型適應生物燃油的發動機，通過生物燃油部分取代化石燃油來減少溫室氣體排放。目前約翰迪爾公司生產的發動機都能夠采用5%的生物柴油+95%的化石燃油。②通過應用新型技術，如裝備專利的風扇驅動、冷卻系統，提高了燃油效率，降低了動力消耗。約翰迪爾公司新一代的PowerTechPlus發動機相對原來的發動機，能減少2%~7%的燃油消耗。在達到美國聯邦尾氣排放標準的同時增強了動力性能，并有充足的額外功率儲備。8R/8RT型拖拉機是美國內布拉斯加州拖拉機實驗室測試過的節油性能最優的農用拖拉機。在新型技術應用方面的措施有：①廣泛采取復式作業模式，農業機械一次進地可實現多個作業項目，減少輔助作業時間，從而提高機具效率，能降低燃油消耗和廢氣排放。如7760型自走式摘棉機能一次完成田間采棉和機載打包，可以實現連續不停頓的田間采棉作業；4930型噴藥機改進了藥液加注裝置，大幅度提高藥液裝載速度（目前每3min可達4543L），實現高效噴藥作業，減少了藥液和燃油消耗；1590型免耕條播機可一次完成開溝、排種、施肥、鎮壓等多道工序，大幅度減少了燃油消耗。②廣泛運用全球定位系統（GPS），實施數據采集及田間耕作、播種、施肥、噴農藥和收獲等作業的精確定位，并自動控制農業機械的運動路徑和作業參數，以減少重復作業面積和工序，從而達到提高效率和降低燃油消耗的效果。約翰迪爾公司的大功率拖拉機、聯合收割機都安裝了GPS和車載智能操作系統，農戶可免費獲得相關的技術培訓和咨詢服務。目前美國已有50%以上的農場采用GPS輔助農業生產，有針對性地施肥、灌溉，大大提高了整片土地的生產率。

（四）農業科研院所重視發展低碳農業，大力推廣保護性耕作技術美國是世界上最早研究和推廣保護性耕作技術的國家。美國在20世紀20~30年代就利用大型機械翻耕大面積農田，一場著名的“黑風暴”從美國干旱地區刮起，席卷2/3的美國大陸，刮走地表層10~50cm厚度的肥沃土壤3.5億t，冬小麥減產51億kg。1935年美國成立了土壤保護局，從此開始研究改良傳統翻耕耕作方法，探索實行保護性耕作技術。保護性耕作的核心內容是放棄傳統深翻或輪耕作業，采用免耕少耕、秸稈覆蓋等技術，可以明顯減少土壤風蝕，增加雨水積累，從而大大緩解了傳統耕作對生態環境破壞的壓力。同時，原來農作物從耕種到收獲一般需要農業機械7次進地作業，如今只需要3次（播種、植保、收獲）就可以了，從而減少了農用燃油的消耗，也實現了農業機械節能減排目的。有報告顯示，采用傳統耕作方法種植玉米每公頃消耗燃油34.57L，而保護性耕作方法僅需18.6~24.7L。聯合國糧農組織稱這種耕作法為新的耕作革命。據美國保護性耕作組織近期報道，美國至少有50%的耕地實行各種類型的保護性耕作，其中作物殘茬覆蓋耕作占53%、免耕占44%。截至2010年年底，美國保護性耕作實施面積達到近3000萬hm2，保護性耕作作物種類包括玉米、小麥、大豆等常規作物，以及棉花、蔬菜、馬鈴薯、番茄等經濟作物，主要采用免耕、少耕、壟作免耕等技術模式。為緩解能源緊張以及適應氣候變化趨勢，美國農業部2011年組織了密蘇里州等9個州11個機構的土壤、推廣、氣候、經濟等方面的專家，斥資2000萬美元啟動美國玉米帶作物種植體系研究項目。項目的目標之一就是評估整套作物的生長管理方法對碳、氮和水分布的影響，研究建立實現減少溫室氣體排放、氮損失的新型生產模式。這些生產模式包括免耕、作物輪作、排水管理、作物覆蓋等。

（五）有關行業協會發揮組織協調的優勢，積極推動低碳農業技術的推廣應用密蘇里州農場局（MFB）是一個州級民間性質的農業協會，是美國農業協會（AFB）的一個分支機構。AFB的總部設在華盛頓，負責收集全國各州農業協會提出的意見和建議，在農業稅收、環境保護、政府投入等方面代表農戶與國會打交道，爭取有利的扶持政策。MFB成立于1950年，現有11.2萬名會員，其中50%是農民會員，包括玉米、大豆、棉花等種植戶和牛羊養殖戶。每名會員需繳納年費32美元。MFB為會員提供4方面的服務：一是代表會員的利益，參與全國性和密蘇里州農業政策的評估與制定。二是向會員提供最新的農業技術、農產品價格等信息服務和農業保險。三是通過實施項目，向會員推廣普及先進適用的農業技術。四是向年輕農場主提供學習培訓機會，使其成長為職業農民。農場局還鼓勵農場主之間開展合作互助，共同使用大型農業機械，以提高機具利用效率。在MFB的引導下，密蘇里州近20年來保護性耕作發展很快，免少耕面積占全州耕地面積的比例已由過去的20%上升到現在的80%。密蘇里州玉米種植者協會（MCGA）成立于1978年，是一個致力于增加玉米生產利潤的農民基層組織。其主要職責包括：①參與政府與玉米法案相關的工作；②發展和擴大玉米市場；③收集和玉米生產的相關信息；④與相關組織和產業建立聯盟。近年來，協會致力于生物燃料（如玉米乙醇）的研究與市場需求調研，教育農民和消費者增加對乙醇生產等農業產業的了解，向農戶推薦統一的種植品種和種植模式，推廣使用先進的玉米耕種方法和秸稈處理辦法，以保護環境和提高利潤。密蘇里州大豆協會（MSA）是一個全州范圍內的組織，旨在代表密蘇里州大豆生產者的利益。通過宣傳立法、公共政策措施和全州的教育培訓工作來增加密蘇里州種植大豆農民的盈利能力，可影響密蘇里州大豆生產的公共政策。在低碳農業技術方面，大豆協會致力于解決由大豆生產生物燃油的研究和市場需求調研，通過對農民進行培訓和對消費者進行培訓，促進基于大豆的生物燃油的應用和發展。參與和促進環境保護工作，幫助農戶采用先進的耕作方式（如免耕、秸稈覆蓋等），改良農田土壤。

三、對中國發展低碳農業機械化的啟示和建議

聯合國氣候變化框架公約的《京都議定書》自1997年12月簽署之后，控制二氧化碳等溫室氣體排放就成為了一個世界性話題。特別是2009年聯合國氣候哥本哈根大會的召開，世界對中國的節能減排更加關注。節能減排，不僅是一個關系到農戶切身利益的經濟問題，還是一個世界關注的政治問題。

（一）啟示通過對美國低碳農業機械化技術發展的了解，有兩點啟示。

1.發展低碳農業機械化，是實現中國節能減排目標的重要舉措2009年11月中國政府正式對外宣布控制溫室氣體排放的行動目標，決定到2020年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%，并將此減排目標將作為約束性指標納入國民經濟和社會發展的中長期規劃中。在如此短時間內這樣大規模降低二氧化碳排放，需要各行各業的共同努力。中國2010年擁有各類農業機械總動力9.28億kW，農業生產燃油消耗量3674.91萬t，其中柴油3484萬t。農業現代化離不開農業機械化。當前中國農業耕種收綜合機械化水平為54.5%，還有較大的發展空間，農用燃油的消耗總量還將繼續增長，需要用最經濟的燃油消耗來達到最高效的農業機械作業。因此，農業機械行業推進節能減排的任務十分艱巨、十分迫切。

2.發展低碳農業機械化，是一項需要統籌推進的系統工程農業機械節能減排體現在農業機械科研、制造、使用、維修、培訓和管理等各個環節，需要多個部門的協調配合，加大政策支持力度，綜合應用技術、經濟、法律等手段，通過行政推動、行業引導、市場拉動等措施，發揮各個市場主體參與農業機械節能減排的積極性和主動性。

（二）建議為推進中國低碳農業機械化發展，建議采取以下措施。

1.密切跟蹤國際新能源發展態勢，鼓勵農戶使用清潔的、可再生能源應借鑒美國、歐盟、巴西等國家和地區的生物能源政策，積極推進中國生物能源的產業化進程，尤其重點發展優質木本油料作物和海藻類生物燃油。可通過補貼和稅收等政策，降低生物燃油的生產成本和使用成本，鼓勵用戶購買使用。發揮購機補貼的政策導向作用，適當提高新能源動力機械和裝備的補貼力度，在水電、風電、光能充裕地區，大力發展電力農產品加工機械、小型電能植保機械、耕整機械、設施農業裝備，建設一批布局合理的電力排灌站。

2.鼓勵農業機械生產企業技術創新，不斷提高農業機械產品的能源利用效率積極引導科研院所、大專院校和農業機械生產企業等單位，通過科技支撐計劃、行業科技計劃及地方科研專項等項目，采用先進技術、先進工藝和先進材料，加快研發擁有自主知識產權的農業機械節能減排技術和產品。應用GPS等現代信息手段，努力提高產品使用性能和產品質量，挖掘節能減排潛力，從源頭上保證農業機械節能減排效果。從2010年10月1日起，包括拖拉機、聯合收割機在內的中國非道路車輛和機械排放標準開始執行進入第二階段限值，即開始執行國Ⅱ排放標準。中國要健全農業機械節能減排技術法規，強化農業機械設備的能耗檢測，加強農業機械推廣鑒定管理，切實將國Ⅱ排放標準執行到位。嚴格《國家支持推廣的農業機械產品目錄》準入條件，限制高能耗、高污染產品進入目錄。

3.大力推廣農業機械化節能減排技術，提高資源綜合利用水平加強農機農藝結合，制定科學合理、相互適應的農藝標準和機械作業規范。在農作物的耕作、種植、植保、收獲以及農產品初加工等環節，積極推廣節油、節種、節地、節水、節肥、節藥等節約型農業機械化技術和機具。發展基于GPS的精準農業，加快多功能、智能化、經濟型機具的推廣應用。要全面實施《保護性耕作工程建設規劃》和保護性耕作技術推廣項目，推廣免耕、少耕的現代農業耕作制度，減少機械進地次數，降低能源消耗。爭取實施機械化秸稈還田作業補貼，大力推廣農作物秸稈綜合利用技術，實現秸稈的資源化、能源化、清潔化利用，避免秸稈焚燒現象發生。將農業機械化節能減排技術納入全國農業機械化教育培訓大行動和陽光工程農業機械培訓的重要內容，培養懂技術、會操作、善維護的新型農業機械駕駛操作人員。

4.加強農業機械社會化服務和組織管理，提高農業機械的作業效率積極推進農業機械社會化服務模式創新，引導農戶統種統管和連片種植，通過集團承包或代耕代種代管代收等手段，逐漸實現標準化和規模化作業；精心組織好農業機械跨區作業，加強農業機械化生產信息的采集和，合理安排小麥、水稻和玉米機收、水稻機插秧等跨區作業線路；在重要農時作業前，開展農業機械檢修保養，支持農民開展柴油發動機的噴油泵校準，保證機具以良好的技術狀態投入生產，從而達到減少機具作業空耗時間，提高農業機械使用效率，降低農業機械單位作業面積能耗的目的。

5.鼓勵開展農業機械報廢更新，進一步優化農業機械裝備結構及時淘汰超期服役、能耗高、污染重、效率低的老舊農業機械，是推進農業機械化可持續發展的重要內容，也是農業生產節能減排的必然要求。要在拖拉機、聯合收割機禁用與報廢標準的基礎上，進一步完善農業機械更新報廢標準體系，建議中央財政設立農業機械更新報廢專項資金，鼓勵農民依法報廢老舊農業機械。同時，還要將農業機械報廢更新的扶持措施與農業機械購置補貼政策緊密結合起來，開展農業機械以舊換新，合理配套動力結構，鼓勵發展大中型、多功能機型，推動中國農業機械由傳統粗放型向高效節能環保型發展。