随着中国设施农业规模的不断扩大，电动农机的研究与应用已成为农业领域的热点，机械化与智能化成为现代设施农业发展的重要趋势。本研究旨在对设施电动农机装备进行综合梳理，分析其技术特点、应用领域及研究进展，并针对当前发展中的短板提出改进建议，以推动中国设施电动农机装备的进一步发展与产业完善。本研究通过综述现有研究成果，系统剖析智能化设施电动农机装备的生产体系，重点探讨电池系统能量管理技术、轮毂电机高效驱动技术、多动力输出协同控制技术、电驱底盘稳定行走技术、环境感知自动导航技术以及多机协同作业技术等6项关键共性技术。同时结合当前在动力电池、电驱系统、环境感知、姿态控制等方面的发展短板，提出优化方向。研究表明，设施电动农机装备通过自动化和智能化技术，能够高效执行种植、收获、喷药、施肥、除草等多项任务，显著提升了农业生产的效率、准确性和可持续性。然而在动力电池续航能力、电驱系统稳定性、环境感知精度及姿态控制等方面仍存在技术瓶颈，制约了其进一步推广应用。为加快中国设施电动农机装备的发展与产业完善，本研究从农机农艺融合、产学研用一体化、多学科交叉融合、共性关键技术突破、基础配套设施建设及标准体系构建等角度提出建议。未来研究应聚焦于技术短板，推动多领域协同创新，以实现设施电动农机装备的全面升级与广泛应用。
为了实现果园高效机械化生产，本研究从果园地空巡检、动力平台自主导航、果园树下与果树机械生产管理和智能化生产管控四大关键技术方向进行阐述，重点描述了果园作业地图构建、自主导航、开沟施肥与水肥一体化、定位割草、精准施药、立体修剪、柔性疏花、机械授粉、智能采收以及多机协同控制等技术现状。梳理了中国果园生产机械化在丘陵山区应用场景打造、宜机化基础条件建设、关键核心技术及装备研发、机具作业质量和操作人员素质提升等方面存在的主要问题。最后，从加大机械补贴力度—重视年轻人才引导、推动标准化果园建设和管理、基于新原理新方法和新技术的果园短板环节作业装备攻关、推进丘陵与平缓坡果园作业装备智能化集成应用和重点加强平缓坡标准果园智能化技术装备集成推广应用5个方面提出了发展重点内容。
中国水禽养殖量和消费量位居世界第一，引领世界水禽行业发展。本研究综述了中国水禽养殖各个环节的设施装备应用现状，着重探讨以层叠笼养为代表的现代化养殖模式对产业升级的推动作用，并对水禽养殖设施装备存在的问题进行总结，以此提出“十五五”期间水禽养殖设施装备科技创新的主要研究与发展方向。整体来看，中国水禽养殖技术体系已具有全球绝对优势，但相较于肉鸡、蛋鸡等成熟畜禽产业，在养殖理念革新、集约化生产模式构建、精准化技术集成应用及全产业链协同发展策略等维度仍存在显著提升空间。针对当前产业转型需求，亟需重点突破立体笼养模式下环境智能调控、行为精准监测、疫病动态防控等核心技术装备研发，通过创新“工艺—装备—标准”三位一体的层叠式养殖技术体系，实现水禽高效健康养殖的装备化升级与标准化生产范式建立。本研究旨在通过全产业链视角揭示水禽养殖设施装备的优化路径与创新方向，为中国水禽规模化养殖绿色高质高效转型升级提供参考。
遥感技术作为一种先进的信息获取手段，在作物生产中得到广泛应用，本研究系统综述了遥感技术在作物生产监测、作物估产、作物营养品质监测、作物病虫害监测中的应用研究进展。在作物生长监测领域，重点分析了基于多光谱、高光谱和雷达遥感的叶绿素含量、叶面积指数等生理参数反演方法；在估产应用方面，梳理了多源遥感数据构建产量模型的国内外发展历程及技术路线；在营养品质监测中，归纳了光谱特征与作物生化组分的关联模型；在病虫害监测环节，阐述了病虫害胁迫的光谱响应机理与识别技术。提出当前研究在多源数据融合精度、作物品质监测普适性等方面仍存在不足，未来需结合人工智能算法深化多平台协同监测，为智慧农业提供更高效的技术支撑。
本文聚焦无人机遥感在作物氮素诊断中的应用，全面梳理了氮素诊断技术从传统的氮素诊断技术、基于数字图像分析的诊断技术到无人机遥感的诊断技术的发展脉络。深入剖析了无人机遥感技术在多种作物氮素诊断中的研究和应用进展，指出该技术在精准农业中所展现的机动性强、自动化程度高、无损高效等优势，同时，客观剖析了该技术当前面临的挑战，如海量数据处理、模型泛化能力受限、应用成本高昂、易受环境干扰等。最后，对其未来在深化机理与创新模型、突破核心技术瓶颈、构建智能化应用生态、推进标准化与规模化等方向进行展望，旨为推动无人机遥感技术在精准农业领域的深入应用提供理论支撑。
为充分利用灌溉水资源、提高灌溉水生产效率，本研究提出了一种顾及水分敏感性的模型预测控制灌溉决策方法。该方法首先利用农作物在各时期的水分敏感指数和Jensen模型，运用非线性规划法确定农作物各生育阶段每天的灌溉上限，然后将灌溉上限作为限制条件纳入到模型预测控制(MPC)框架中，构建了顾及水分敏感性的MPC灌溉决策模型。然后，采用常规MPC决策、本研究的MPC决策、基于Jensen模型的决策3种方法分别在河南省原阳县进行夏玉米仿真灌溉实验。仿真实验结果表明，与常规MPC灌溉决策相比，本研究的MPC灌溉决策虽然产量有些下降，但是节省了更多的灌溉水，并且提高了灌溉水生产效率。与基于Jensen模型的决策相比，本研究的MPC灌溉决策不仅节省了灌溉水，还提高了产量，显著提升了灌溉水生产效率。本研究方法可进一步节约水资源，增强灌溉水生产效率，有效服务于农业用水智慧灌溉。
高光谱遥感是目前农作物研究的重要技术手段。为促进农作物生长周期的健康发展和基础研究，提高遥感技术在农作物研究中的应用水平，笔者概述了高光谱遥感在农作物研究中的分析算法，重点讨论了高光谱遥感在农作物长势、农作物信息监测和农作物信息提取方面的研究进展。针对目前仍需深入开展的叶面积指数、生物量估算、氮素监测、叶绿素监测、病虫害监测、重金属监测、农作物碳氮比和水分含量等研究进行了系统综述。分析结果表明，在农作物研究中高光谱遥感技术与人工智能的结合已初见成效，但仍难以满足现代农业的智能化需求，若与新一代信息技术和大模型集成交叉将发挥巨大的研究潜力。
近年来，中国设施农业作为农业现代化的重要形式之一，得到了迅速发展。在设施园艺中，设施通风是设施环境调控的一种关键手段，用于调节设施内的温度、相对湿度以及风速等环境因素，它直接影响着设施内作物的生长发育、产量和品质。本研究针对设施通风调控技术装备的发展现状进行综述，分析总结了通风技术装备存在应用不到位、通风装备能耗较高和智能通风系统稳定性较差的问题，并对今后的发展趋势进行探讨，建议今后要深入研究，突破技术瓶颈，为设施园艺发展提供有力支持。
为阐明秸秆纤维尺寸对真空脱水成型的育秧基质块干燥及吸水速率的影响，利用粗粉发酵磨浆(A)，细粉发酵磨浆(B)，细粉发酵(C)3种纤维处理工艺经真空脱水制备水稻育秧基质块，通过基质块中纤维尺寸频率分布、纤维与水分结合能，结合不同基质块孔隙度、干燥和吸水速率变化，拟合出育秧基质块的干燥及吸水模型。结果表明，磨浆和粉碎分别减小纤维直径和长度，基质块A的纤维长宽比最大为19.5，持水孔隙和总孔隙度分别达到85.66%和93.48%，纤维与水分结合能(XA=0.11 kg water/kg DS)显著优于其余纤维处理工艺。干燥动力学Logarithmic模型较优拟合出基质块水分损失速率，纤维长宽比最小的基质块C的水分干燥速率最快为0.29 kg/(kg·h)，水分扩散系数最大为1.962×10-5 m2/s，基质块C达到饱和含水率的时间最短为61.5 min，但饱和含水率数值最低为531.06%。综上所述，细分发酵工艺制备的纤维长宽比小的基质块干燥效率和吸水速率最优。
为避免连栋温室因局部构件破坏而引起整体结构破坏，本研究选取咸阳地区某Venlo型连栋温室作为研究对象，基于抗连续倒塌基本机理提出了一种改进的敏感性分析方法，得到了连栋温室结构关键构件及其分布规律。使用MIDAS-GEN软件对温室骨架截面进行设计优化，而后在ANSYS软件中将优化后的结构通过结合拆除构件法和敏感性分析方法确定柱子的敏感性系数。结果表明：（1）长边柱的敏感性系数与中柱接近并大于短边柱，短边柱敏感性系数大于角柱；（2）长边柱靠近两端敏感性系数显著上升，有桁架铰接的柱相较于其他柱敏感性系数略高；（3）中柱的敏感性系数与直接应力呈现正相关性，而长边柱和短边柱则相反。研究结果可为连栋温室优化、抗连续性倒塌等研究提供参考。
为了推动农业可持续发展，改善农业水资源利用效率，实现农业种植全程机械化、智能化，实现根茎类作物的增产增效。通过总结分析我国起垄覆膜技术、起垄覆膜机械以及地膜的研究进展，结合智能农机发展现状，提出了对作物起垄、覆膜、抛土、打孔一体化、水、肥、药精准灌溉一体化操作的起垄铺管覆膜复式作业机械的发展构想。
农业高效节水服务是推动农业节水工程可持续利用的重要手段。基于新疆南疆、北疆和东疆地区的2028户棉农的实地调查数据，利用二元Logistic回归模型，从地域差异视角和棉农特征视角分析了棉农对农业高效节水服务的行为选择与路径。研究结果表明，政府推广服务影响棉农选择农业高效节水服务的行为在南疆、北疆和东疆地区的显著性依次减弱；户主年龄、受教育程度和家庭劳动力比重对棉农选择农业高效节水服务行为的影响不显著；户主节水技术经验、耕地细碎化程度、灌溉用水保障率和节水灌溉服务组织数对棉农选择农业高效节水服务行为具有显著性影响，且影响程度较大。最后提出提升水资源保障率、加强小农户土地规模化经营、增加农业高效节水服务组织供给3个方面的路径。
为有效缓解来自人口、环境和资源方面的压力，发展植物工厂非常重要。智慧植物工厂是设施农业发展的高级阶段，研究如何将机器学习应用在植物工厂中有效提高生产效率，促使植物工厂向智能化方向发展是一个重要的新课题。通过将机器学习与作物表型研究相结合，建立作物生长模型，并应用到生长环境监测中（病、虫、草、旱涝、营养等），及精准调控植物工厂室内环境及营养液智能调控等方式中，解决好中国植物工厂成本高、作物产量低的问题，助力植物工厂向信息化、自动化、智能化、精准化和个性化方向发展。
为改善传统日光温室抵御自然灾害能力差、土壤利用率低等问题，提出一种新型装配式异质复合墙体日光温室。该温室由骨架构成承重结构，墙体由蓄热层和保温层构成，厚度仅30 cm，实现土地资源的高效利用。本研究主要对温室冬季应用效果进行测试与分析，分别在温室内外布置31个温度、1个太阳辐照量和1个室外风速测点。结果表明：连续阴天状况下，温室内日最低空气温度范围为6.5~8.9℃；土壤日最低温度范围为15.3~18.2℃；温室墙体内表面最低温度范围为6.5~9.6℃；均维持在番茄适宜生长温度范围内。同时对温室连续1个月的室内温度进行分析，无低于番茄最低耐受温度的情况出现。所设计温室在连续阴天的不利状况下具有较好的保温和蓄热性能，可实现番茄的越冬生产。本研究可为装配式日光温室的建造和发展及新型复合墙体材料的选择提供一定的理论依据。
为了计算不同致灾风力对湖北省设施农业造成灾害的概率，并分析致灾风力变化特征。本研究利用湖北省1991—2020年的气象观测数据，结合灾情数据资料，用双条件约束定义了轻度、中度、重度、特重等级指标。结果表明：风速越大，设施农业致灾概率越大；四季致灾风力出现天数分布均匀，春、夏两季出现天数大于秋、冬两季；EEMD分析结果表明，湖北省设施农业致灾风力存在2~3年、6年和15年左右的准周期变化，且2008年以前一直保持稳定，2008年后表现为显著的上升趋势，未来致灾风力日数可能出现增多趋势；设施大棚风灾风险整体呈现中部地区高，东西部低的趋势，襄阳市风灾风险最大。整体来看，孝感市、恩施州、武汉市、宜昌市、黄冈市、十堰市、咸宁市处于风灾轻中度风险区，有利于设施农业发展。
在综合利用计算机科学、地理信息科学、面向服务科学等多学科理论、方法和技术的基础上，以物联网、云计算、人工智能和自动控制理论为指导，设计泵房控制终端、田间控制终端、气象站监测终端、墒情监测终端，建立基于气象的水肥一体智能灌溉模型，构建水肥一体智能灌溉云服务系统。依据土壤墒情和气象要素灌溉决策技术的数学模型，形成灌溉方案，通过智慧灌溉水肥一体化系统将方案下发到水肥一体化设备，从而实现灌溉和施肥从科学决策到精准执行全链条的管理。通过应用实例探究其应用效果，并对云服务技术嵌入水肥一体灌溉设备的效果进行了分析评价。实例表明，应用水肥一体智能灌溉设备可达到节水36.36%、节肥26.17%、增产16.67%、苹果优质果比例提升13%，具有极大的推广应用价值。
根菜类作物如甜菜、马铃薯等作物营养丰富，适合大面积种植，具有广阔的发展前景。但是，根菜类作物地上与地下生育进程和长势有很大区别，仅观测地上部长势不能准确判断地下部块根的生育进程。为解决实时观测地下部块根的生育进程，满足自动化管理的需要，设计一种块根自动测定装置，该装置由X型测定夹、阻值式变位计、内置导线、数据存储器等部件组成。利用该装置对甜菜块根生长进行田间测定试验，结果表明，该装置能够实时监测出甜菜块根生长状况，可以比较准确地判断甜菜所处生育时期以及块根直径，通过试验调查，所开发的装置对甜菜块根测定误差范围为2%~7%。
比较筛选水稻冠层SPAD值估测模型，为无人机多光谱遥感反演水稻SPAD值提供依据。利用无人机获取水稻拔节期、抽穗期、乳熟期的冠层多光谱影像，选取7种常用的植被指数，利用3种回归方法建立基于植被指数的水稻叶片SPAD值反演模型。结果表明，在不同生育期与水稻叶片SPAD值相关系数最高的植被指数不相同，拔节期最高的是GNDVI，抽穗期最高的是CIGreen，乳熟期最高的是CIRededge。抽穗期是水稻叶片SPAD值反演的最佳时期，模型具有较好的建模精度和估测效果，其中多元线性回归的建模精度较高，偏最小二乘回归模型的估测效果最好。试验结果可为水稻长势的实时无损监测提供参考。
随着科学技术的发展，农业的发展越来越趋于信息化、现代化，智慧农业是未来农业发展的必然趋势。温室控制系统是智慧设施农业的核心，是实现设施农业规模化发展、集约化生产的关键。本研究综述了温室控制相关研究进展，以期在今后的研究中起到一定的作用。温室控制系统自20世纪70年代发展至今越来越成熟，本研究对比了温室控制系统的控制算法、主控芯片、各种传感器，通过对近些年来包括控制系统在内的感知层、传输层和应用层等组成部分综述，并介绍了市面上比较主流的传感器、网络传输技术以及主控芯片，旨在为温室控制系统的设计提供一种可选择的方案，并对温室设施农业中存在的问题和未来的发展方向进行了分析和展望。
为了分析甜菜机组作业各环节实际作业时间、辅助作业时间和承接作业时间,优化机组的运用管理,最大化发挥甜菜机械作业潜能,本研究采用跟踪甜菜播种机组和收获机组现场作业,测试、记录相关数据,并对数据进行分析、处理,计算出作业效率。结果表明,甜菜播种机组作业效率为63.99%,甜菜打叶切顶机组作业效率为60.51%,甜菜挖掘装载机组作业效率为64.32%。甜菜机械作业效率已成为甜菜作业机组选型配套、合理运用的重要依据。
