日本小型農機的現狀與發展分析

黃曉財，宋廣鵬，高 翔，熊 征,2，謝哲權，陳燦亮

（1.深圳市現代農業裝備研究院，廣東 深圳 518001；2.廣東省現代農業裝備研究所，廣東廣州 510630；3.汕頭市農產品質量安全中心，廣東 汕頭 515000）

0 引言

日本丘陵山地多，資源匱乏，地理情況與中國南方丘陵地區相似。作為典型的島嶼國家，日本大約75%的國土面積被山地和丘陵覆蓋，小型山間盆地和平原分布在全國各地，適耕地面積小，生產成本高、耕作難度大。勞動力方面，日本人口少且近年來的人口負增長、老齡化嚴重加劇了日本的農業勞動力短缺的問題[1]。即使日本頒布了一些與農業相關的政策鼓勵本國農業發展[2-3]，日本農業依然受限于耕地面積狹小、勞動力不足的問題。這對農業機械的發展提出了高要求，但也是該國農業機械化發展的機遇。

1 日本農機發展歷史

機械化是現代農業的重要標志之一。日本耕地狹小，初期是通過借鑒意大利的丘陵山地農機經驗，以發展小型農機具為主。日本農業機械化經過數次推進、調整和擴展，已經基本實現了農業機械在農業勞動和農業生產中的大規模使用。整體上看，二戰后日本農業機械化可劃分為3 個階段[4-5]：一是從二戰后到20 世紀80 年代初期，日本農機發展的起步階段；二是從20 世紀80 年代初期至90 年代中期日本農機發展的飽和階段；三是從20 世紀90 年代中期至今，農機發展程度和推廣范圍保持平緩甚至有下降，直到穩定階段。

日本的農機市場蓬勃發展，形成了以久保田、洋馬、井關、三菱為龍頭企業的農機產業，其產品遍布了農業生產的各領域和環節，在世界居領先地位，為很多國家所應用[6]。以水稻為例，從整地、育苗、插秧、灌溉、施肥、打藥、除草、收獲、烘干和加工全部實現了機械化，日本的水稻生產機械化處于世界最高水平；蔬菜的移栽、收獲環節也基本實現機械化；就連水果的采摘和地下根莖作物的收獲等高難度的作業也都實現了機械化。較高的農業機械化水平，使得日本農業在農業勞動力快速減量化、老齡化的同時，仍然可以保持農業平穩生產。

本文匯總了日本小型農機的代表性產品，結合農機功能和作物種類，分析其農機的特點、發展面臨的問題以及解決途徑和發展方向，以期為我國農機行業的發展提供經驗和啟示。

2 日本代表性小型農機簡介

2.1 大田小型農機

2.1.1 耕整地環節

日本地形復雜，山地、丘陵、平原等地形交錯，不同地形適合種植不同作物，旋耕機等大型耕整地機具作業不方便，日本的微耕機重量輕（20～50 kg），可根據不同的地形進行調整，提高了生產效率，在全球屬于頂尖水平。久保田公司推出了多款新的微耕機型號，包括電驅式的Midy 微耕機和汽油機型的Midy Smile-mini 微耕機。這些機型具有不同的特點和適用范圍，例如模塊化刀片更換、傾斜工作穩定作業、狹窄地塊作業、全覆蓋作業等。其中Smile TRS300 適用于中等地塊，具有高效率和耕整起壟功能如圖1（a）所示；FTR3500 針對特殊工況，實現狹窄地塊的無死角作業，如圖1（b）所示。這些微耕機有不同的作業幅寬、耕深、油箱容量和續航時間。

圖1 日本耕整地農機代表型設備

2.1.2 種植環節

1）水稻育秧。水稻育秧過程對于水稻產量和品質的影響非常大。為了提高水稻育秧的效率和質量，日本開展了大量的機械化育秧研究和開發工作。目前，已經研制出了多種機械化育秧設備，包括自動化育秧機、手動育秧機、種子脫水機等，這些設備大大提高了生產效率和育秧質量。

久保田公司生產的自動穴盤育苗播種機可滿足多種應用場景，如：播種→覆土，培養基（可使用育秧紙缽）→播種→覆土，作床或培養基（育秧紙缽）→播種→覆土等?！熬帽Ｌ锊シN機SR”系列結構緊湊，從18～24 L 都有相對應的產品型號，其中SR-125KJ 適用范圍較多，配置有手柄方便驅動，該機型操作便捷、作業效率高，可滿足不同的應用需求。該機器播種量都由隔板保持恒定，使種箱內種子數量不影響播種質量，同時土壤透過篩網均勻落下，避免稻種暴露并保持恒定的厚度。稻谷離心脫水機整機質量為48 kg，可節省烘干流程，蜂鳴器會及時提醒脫水完成。

2）無損脫芒。水稻種子脫芒、秧盤清洗、包衣等機械需求很大。水稻種子帶有芒刺，清選加工過程中會堵塞篩孔，影響清選質量降低生產率，同時影響籽粒的流動性，造成播種不均。因此，久保田公司研制了脫芒機SA-86，內置風扇，利用風對莖和無菌莖進行分類，同時在不將稻谷留在艙內的情況下將稻谷分配到末端，它還配備了集塵器，因此不會積灰，有效保證工作期間的潔凈度?？梢耘c穴盤育苗播種機組合使用，可實現無損去芒，提高種子吸水速度,節省浸種時間,出芽快、芽勢齊、出芽率高，便于后續高效播種，每小時可處理30～50 kg水稻種子。

稻種進行鐵粉包衣后可直接撒播，降低36%生產成本，實現增收。久保田公司研制的TC40 包衣機可自動制作包鐵種子，作業時將鐵粉混合物自動供給至攪拌機并噴水，可輕松生產均勻的鐵粉包衣種子。該機器單次處理量大，可滿足單一品種的批量作業，如圖2 所示。

圖2 日本水稻無損脫芒場景代表型設備

SR-2000 是一款高速播種機，能夠自動完成床土、灌溉、播種和覆土等工作，如圖3 所示。該機重量為460 kg，尺寸為7 468 mm×637 mm×1 495 mm，每小時可播種1 400、1 700 和2 000 個育苗箱。SR-1200 是另一款播種機，能夠播種800、1 000 和1 200 個育苗箱，重量為390 kg。Kubota S-ST2000A和S-ST2000B 是高速苗盤自動碼垛機，其作業效率都是2 000 盒/h，但差異化的堆疊方式造成功率大小不一、尺寸大小不同，使得無論是單機（S-ST2000A）還是配套流水線（S-ST2000B），都可以選型滿足不同的場景需求。

圖3 久保田播種線SR-2000

3）蔬菜種植。日本蔬菜自給率高達79%，主要歸功于其蔬菜種植過程的機械化。機械化不僅可以減輕農民的工作量，還大幅提升了種植效率并減少損耗。針對蔬菜種植環節，日本采用先育苗后移栽的農藝，保證種苗的存活率及質量，確保土地利用高效。久保田SCM20H-128L/200L 蔬菜播種機，重84 kg，播種機構為氣吸滾筒式，可用于多種作物，機器利用率高。日本的蔬菜移栽機全球領先，洋馬、井關、久保田都是知名的生產商，以洋馬PF2R 蔬菜移栽機為代表，移栽效率高，一次可以放置12 個苗盤，可長時間作業。同時通過優化供取苗機構、栽植機構和覆土裝置，可通過檢測壟的凹凸和左右的差異，自動傾斜栽植部并修正位置，苗盤托架兩側可補充苗盤。

為提升蔬菜移栽效率，日本久保田公司研制了全自動蔬菜移栽機Vegeta 系列，如圖4 所示，重量在235～295 kg 之間。Vegeta 采用創新的取苗爪，提高了取苗性能和可靠性，減少作業過程中問題缺陷的發生。同時將苗盤托架放置，提升整機穩定性。株距可調范圍也更寬泛，在18～80 cm 可調，作業速度高達0.55 m/s，進行高速、高效率的移栽作業。

圖4 久保田（Vegeta）SKP-101 型全自動蔬菜移栽機

日本井關公司研發的乘坐式半自動蔬菜移栽機PVHR2-AE18，如圖5（a）所示，操作人員只需坐在座椅上投苗就可輕松實現蔬菜移栽作業，該機采用大直徑車輪，增強田間行走性能的同時大大提高了作業效率。并且該機具有車高液壓自動追蹤功能、水平液壓調節功能和灌水裝置，通過底端安裝的傳感器和蜂鳴器可預知移栽機的接近情況，也可在30、32、35、40、43、48、50、54、60 cm 共9 個株距檔位間進行調節，行距在30～50 cm 之間無檔位調節，大大提高了設備的通用性。由于洋蔥移栽與其他蔬菜不同，因此洋馬公司研制了洋蔥移植機PH2-TW24A，如圖5（b）所示，該機作業效率高，可以加裝覆膜裝置實現移栽覆膜一體化，作業時可同時移栽4 行洋蔥苗，實現400 株/min 的高速移栽。

圖5 日本蔬菜移栽場景代表型設備

2.1.3 田間管理環節

良好的田間管理是農田生態系統健康發展、可持續利用的前提和保障。根據種植作物、土壤狀況以及地勢環境等因素，田間管理環節多、工作繁瑣，耕作、施肥、除草、灌溉等缺一不可，而農田管理機械化是解決勞動力不足的必然選擇。農田管理機械化不僅可以提高農民的工作效率和生產效益，減少人力投入和成本，還可以提升農田管理的精度和效果。

日本農業作業中多采用田間石灰拋灑機來調節酸性土壤，確保施用的效率和均勻度。Nipro 公司生產的FT1407E 石灰拋灑機適用于拖拉機拖曳，具有1 400 mm作業幅寬和208 L 料斗容量，作業速度4～6 km/h。此外，日本還研發了稻田雜草綠色防控技術，久保田的SSY6 和SSY8 移植側排涂藥器可進行同步移植，重量分別為15 kg 和21 kg。上述設備如圖6 所示。

圖6 日本田間管理場景代表型設備

根據割草工況，日本的科技公司對割草機進行了大量的研究。其中本田公司針對復雜環境開發了HRG466XB 電動割草機，將家用汽車的技術用在了割草機上。HRG466XB 最大輸出功率為1.8 kW，行駛速度可達3.2 km/h，由于其使用電機驅動，因此實現了低噪音和低震動，也無需對使用后的燃油進行處理或者更換機油，通過按鍵和指示燈即可進行操作以及狀態顯示。久保田GC-K402EX 擺動式斜坡割草機采用擺動式割刃機構，在高密度草地也能以0.65 m/s 的速度高速工作，采用“自由刀片和防纏繞刀片技術”，自由刀片可保護刀片并實現精細切割，防纏繞刀片可防止草纏繞，可以最大限度提升生產率。久保田GC-Q60 輕型壟間割草機整機質量為42 kg，能夠同時對壟頂及側面進行除草作業，前輪轉向機構的改進使機器可在狹窄的山脊、轉彎和穿越溝渠作業時保持直線。上述機型如圖7所示。

圖7 日本除草場景代表型設備

日本洋馬公司研發了乘坐式田間管理機3WP-600，如圖8 所示。整機重量1 224 kg，具有不同規格和胎面寬度選擇，可在作物壟上輕松操作，動臂具備自動水平控制負載凈重1 420 kg，適應多種植物表面噴灑藥業與施肥作業需要。選配離心式撒肥機，通過液壓馬達驅動可以實現料斗的升降，實現變量施肥和精細追施。該機的施肥量可根據田間產量分布數據和生長量確定，遙感數據可用于施肥地圖顯示和可變施肥調整。

圖8 洋馬3WP-600 乘坐式田間管理機

2.1.4 收獲環節

1）谷物收割機。谷物收獲分為割曬機和聯合收割機，割曬機僅割倒禾稈，聯合收割機則直接收獲谷粒。聯合收割機根據喂入方式的不同又分為全喂入式和半喂入式，全喂入式是將切割下來的秸稈和穗頭全部送入脫粒滾筒進行脫粒，半喂入式是僅將穗頭送入脫粒滾筒脫粒。全喂入式消耗功率較大，且形成破碎秸稈，半喂入式僅對穗頭進行脫粒，消耗功率較小，但結構復雜，機器成本較高。

2）割曬機。針對丘陵山地小地塊作業場景，洋馬、井關、久保田等公司均研制了手扶式割曬機，均為單行作業，其中井關RZ115 單輪式割曬機整機重量103 kg，作業速度0.5 m/s，可實現對稻、麥等作物的收獲作業。

3）半喂入聯合收割機。由于全喂入聯合收割機尺寸相對較大，通過性及適應性較差，因此研發了半喂入聯合收割機。洋馬株式會社研制的半喂入式聯合收割機YH211 整機質量740 kg，作業速度最高達0.5 m/s。久保田研制的ER215 半喂入式聯合收割機整機質量910 kg，通過性好。三菱重工研發的VM7 半喂入式聯合收割機，是全球最小最輕的半喂入聯合收割機，可同時收獲2 行谷物，作業速度為0.2 m/s、整機質量僅440 kg。上述機器如圖9 所示。

圖9 日本半喂入式聯合收割機代表型設備

4）全喂入聯合收割機。由于半喂入式聯合收割機結構復雜、成本高，而且作業效率低，因此全喂入式聯合收割機應用更廣泛。久保田公司研制的4LZ-5C8 聯合收割機作業速度高達2.7 m/s，離地間隙為300 mm，54 節凹型履帶，通過性強，適合丘陵山地作業；井關HC758G 在中小地塊作業性能好，采用大容量兩箱，總容積1 200 L，作業速度為1.5 m/s。如圖10 所示。

圖10 日本全喂入聯合收割機代表型設備

5）蔬菜收割機。由于蔬菜收獲方式不同，為降低蔬菜生產的作業強度及提升作業效率，久保田公司研制了CH-1200FVM 履帶式胡蘿卜收割機、EDC1100-T（C）手扶式毛豆收割機。其中履帶式胡蘿卜收割機整機質量1 150 kg、作業速度0.93 m/s、實現對胡蘿卜的單行收獲；手扶式毛豆收割機整機質量290 kg，作業速度為0.3 m/s，可實現對毛豆的單行收獲。如圖11 所示。

圖11 日本蔬菜收割機代表型設備

2.2 設施和果園小農機

日本設施農業的總種植面積約為421 643 km2，其中約有67%種植蔬菜，11%種植果樹。設施農業以溫室為主。

松下株式會社的番茄智能采摘設備單次采摘作業周期時間約為6 s，可全天候作業。AGRIST 株式會社研制的青椒采收智能設備每天可采收40 kg，可連續24 h 作業。Inaho 株式會社推出的蘆筍采收裝備使用機械臂，每顆蘆筍采摘作業周期時間約為12 s。上述設備如圖12 所示。

圖12 日本水果、蔬菜采收場景代表型設備

日本果園種植水平高，大量應用剪枝機、采摘機和防霜設備等農機裝備。大力支持自動化技術的研發，致力于果園農業機器人的自動化、智能化，實現減人增效、高質量管理的種植模式。已開發出適用于蘋果、日本梨和西方梨的自動水果收獲機器人原型，利用無人車自主導航，在樹間移動并搭載機器人手臂進行采摘水果，速度與人工一致。久保田和Tevel 航空機器人技術公司聯合開發的自動水果采摘系統獲得市場的肯定，并應用于不同規模的水果農場企業。該系統結合無人機、無人車、機械臂和攝像頭，使用人工智能技術識別成熟果實，自動進行采摘作業，并將采摘后的水果收集，不僅可減少資源浪費，改善產品質量，也解決了人力資源短缺的問題。

3 日本小型農機發展面臨的問題

3.1 耕地面積小導致發展困難

日本人均耕地面積嚴重不足。從農業種類上看，由于地理、氣候等自然條件的限制，日本的農產品種類和產出量有限，這對本國小型農機的發展影響深遠。資源貧乏、人口密集、自然災害頻發，功能相對簡單的輕量化、低成本農機發展較為迅猛[7]，但由于可耕種土地較為分散，大型農機難以大規模使用，成本高、周期短，使得日本農業呈現出系統化零碎耕作的現象。小規模農戶耕地面積不足，越來越傾向于將零碎土地打包移交給土地承包商，因此，日本農業傾向于向規?；l展，小型農機的市場需求被不斷壓縮。另一方面，雖然日本農業機械均有向大型化發展的趨勢，效率不斷提高，使用更加方便，但大型農機的相關研發不足，價格高，未能擴大市場需求。

3.2 勞動力短缺長期存在

近幾年來，在日本從事農業耕種的人口越來越少。在2004 年，從事農業耕種的人口數量為257 萬，占社會從業人口總數的4.1%。而2021 年，日本僅存200萬農業勞動人口，其中80%超過65 歲，平均年齡67歲[7]。農業由于高投入、低收益對年輕人正在喪失吸引力，日本農業勞動力正快速和大規模向城市和第二、三產業轉移，面臨著“后繼無人”的困境。由于缺少勞動力，日本目前有超40 萬hm2的土地處于拋荒狀態。

日本農業原以小型自用式農具為主的需求逐漸轉為規?；鳂I的大型農機需求。隨著農業從業人員的減少，小型農機的市場銷售困難重重。日本農機企業積極研發和推出可自動駕駛的無人農機和規?；拇笮娃r機以尋求多種途徑減少人工的投入。到目前為止，日本90% 以上農業作業實現了機械化[8]。盡管如此，目前的機械化程度仍然未能解決日本人口老齡化引發的勞動力不足的問題。

3.3 農業現代化生產模式難以覆蓋

日本農業的顯著特征是創新、提升生產效率和可持續發展。政策的戰略轉型和市場環境的重構推動了農業從小農經營向現代化大規模經營的轉變。政策激勵引入了先進技術，如5G 技術等，提高了要素配置效率和生產效率，然而，農業智慧化和現代化面臨著受眾限制的挑戰。老齡化和勞動力減少使農民難以接受前沿的信息和通信技術知識，導致新技術的實施和現代化農機普及困難。

3.4 創新水平緩慢差距縮小

日本一直是小型農機行業的先行者和領導者，但近年來其農業機械創新能力已經出現減緩的趨勢。隨著日本農業人口、市場規模的減小，日本農機產業規模、研發能力、創新能力也在逐漸下滑。另一方面，隨著日本經濟的停滯，大量富有創新精神和能力的年輕人趨向“躺平”。年輕人的創新和創造力是社會發展的重要推動力量，如果年輕人沒有了創新和創造力，社會發展將受到限制。在全球化加速和國際市場競爭激烈化的今天，日本國內市場的萎縮和國際市場的競爭加劇也使日本農機市場面臨更大的壓力。

4 日本小型農機發展方向及對我國農機發展的啟示

4.1 農業政策助推傳統農業向智慧農業改變

農業的盈利能力與其他行業相比并不突出，但政府提高對農業和農機的支持力度，能一定程度上推動市場的樂觀情緒[9-11]。農機經營是一種依存于社會政治、經濟與法律等制度下的技術類型、組織形式及運作方式的制度安排[12-14]。日本政府根據農業發展各個時期的需要，通過政策立法為日本農業機械化和農機經營提供了系統且有效的政策法律支撐。

1947 年，日本通過了《農業協同組合法》加強對先進農業機械的購買，實現農機作業共同化。1953 年，日本制定了《農業機械化促進法》，賦予多種農業機械的購置補貼，極大地激勵了農民的購機熱情。1961 年，日本《農業基本法》頒布，引進先進的農業機械和完善農業配套設施，大幅提升農業生產效率[15]。同年，《關于建立農業現代化資助資金的法律》和《農業現代化資金補助法》頒布以拓寬農機資金渠道[16]。1993 年第2 次修訂《農業機械化促進法》，增加了針對高性能農業機械的相關條款。于2005 年5 月發起“農、林、漁基礎研究計劃”，鼓勵與IT 技術相結合的高性能控制系統的研發，鼓勵低耗、省力農業機械的研發，鼓勵安全生產自動化技術的研發等[17]。2008 年《研究開發應用推廣高效農機具的基本指導意見》明確了對節能環保型高效農機具的支持[18]。

農業的根本出路在于機械化[19]，我國農業農機政策設立的重要目的便是支持鼓勵農民使用農業機械，從而推動農業機械化建設，確保農民收入的增加。近年來，我國農業以綠色化、集約化、數字化發展為指引，未來農機補貼政策的發展應當重點調整和加大對綠色化、集約化、數字化類機械設備的支持力度，讓耗能大、污染嚴重、操作困難的老舊機械退出農業生產。與此同時，調整補貼類目與內容，大力支持和鼓勵創新型農機的應用，助推我國傳統農業向智慧農業改變。

4.2 以高額補貼和優惠貸款推動高效農機購置

為鼓勵農戶購買農機設備，提高農民使用農機設備的積極性，日本政府為購買農機設備的農民提供了高額補貼和貸款服務，較好地解決了農戶購置農機設備的資金問題。早在20 世紀70 年代，日本設立農業機械銀行項目提供購農機所需的貸款和資金。80 年代初，日本金融機構進一步擴大了在農業方面的業務范圍，用于支持信托農場和農業散戶購置農業機械。1998 年，日本成立農業機械化協會，規定農機采購貸款利息應低于農戶存款利率的10%，并且可以延長貸款期限。2010 年，出臺《農機租賃服務指南》，規范了農機租賃業務的運營、登記、使用等程序，逐步提高農戶購機和貸款的可得性和便捷性。2015 年，實施農機信貸貼息政策，補貼范圍也在逐步擴大[20]。此外，日本也對農機研發產業提供資金支持，刺激創新實用日本農機研發。這不僅有助于農機行業的蓬勃發展，也會促進全球農機的創新和發展[21]。

從金融支持上看，日本貸款額度高，期限靈活，覆蓋的農機種類較全面，模式更加多樣，不斷加強產業鏈協同合作[22]。為推動機械化的發展，日本政府不斷提高農機補貼額度，開展信貸服務，并受政府、社會機構多方面保障支持，除了購機政策，還制定了多項配套措施，如銀行貸款優惠、免費的技術培訓以及農機用油優惠等多種方式。而我國的農機購置補貼主要方式還屬于直接補貼，通過財政撥款增加農民收入，提高農民購買農業機械的積極性。應創新研究出切實可選的農機購置補貼模式，充分發揮購機補貼資金助力我國農業現代化水平提高的效能，增加農民收入。

4.3 以智慧農業實證工程推動先進農機研發落地

日本農業正在經歷機械化向智能化的現代化轉型。在政府推動下，日本農機廠商、食品企業、IT科技和機器人公司跨界結合布局探索科技農業的發展方向，引入先進技術如人工智能、物聯網、無人機等。久保田、洋馬農機、井關農機等推出無人駕駛農機，結合GPS、傳感器等技術，提高生產效率和質量。農林水產省設立“實現智能農業研究會”，推動多機協同作業、無人精密農業機械等研發。自動采集農田信息、智能指導農機操作成為未來發展方向。日本農業通過智慧農業和六次產業化實現轉型，正在煥發新的活力?？v觀日本小型農機的發展，充分體現出農機與農藝相結合、實用高效和重視原始創新的特點。日本小農機逐漸走向多功能性，規格調整靈活、使用場景多樣，同款農機滿足個性化調節，以匹配不同的農田場景[23]。

目前我國高端農業機械產品不足、低端農機產品過剩、小型農機質量差[24]。我國幅員遼闊，各地的氣候環境、經濟發展條件、耕作情況均天差地別，應重視農機與農藝相結合，結合現代科技，重視原始創新，研發輕量化、多功能性、使用場景多樣的智能農機。同時，也要在政策端給予大力的支持，積極適度推進土地流轉與規?；洜I，相關涉農企業提供專業化服務，協調與推進農業生產一同管理；農業服務公司、農民合作社、農村集體經濟組織、基層供銷合作社等各類企業大力發展土地托管服務；涉農企業要加快建設農產品多條產業鏈，提高種糧綜合效益，大力發展科技，研發微耕機械等先進農業設備；鼓勵農民應積極響應國家號召，參與土地流轉與規?；洜I，積極發展副業，就地就近創業就業，增加收入提高生活質量，共同推動我國智慧農業的發展與進步。