“车间+田间”，看广工团队如何破解农业难题！
把稻种精准地“放”到“纸”中，再把“纸”铺到田里，不用育秧、插秧、撒种等繁重劳动，依靠全自动化、机械化操作，就能轻松种出高产水稻。广东工业大学机电工程学院黎勉教师团队提出了“车间+田间”的绿色环保农业种植新理念，研发了农作物直播新技术及成套装备设计制造应用技术，与高校、企业和农业研究机构合作，突破了系列技术瓶颈，并于近日的水稻直播田间试验中，一次性获得成功，显示出了良好的技术与应用价值。
视频 | 自动制膜生产线
视频 | 田间铺膜现场
图 | 种膜直播田间试验测产现场
“种膜直播”，
实现农业生产工业化、规模化
水稻种植是个重体力劳动，为了将广大农民从繁重的体力劳动中解放出来，抛秧、插秧机、无人机飞播、机械穴播等诸多新技术应运而生。但杂交水稻种子有着分蘖强、每穴只需1~2粒种子等特点，对栽培技术尤其是播种的均匀度和精度提出了更高要求，现有各种方法都难以达到。黎勉团队提出的“种膜直播”技术，为这一农业难题的破解提供了工业化的新思路。
“种膜直播技术主要分为两道工序，一是种膜成型，即按照最佳株行距将种子点放在满足一定强度要求、无污染的纸上，再覆盖一层面纸，制成种子膜。”据黎勉介绍，团队研发的种膜成型设备，把播种这个环节从田间搬到了车间，省时、省事、省力；且不受天气等环境因素的影响，实现全天候生产；种膜还有阻断杂草生长空间、有效抑制杂草的良好效果。“设备还可根据不同作物的生长特性调节株行距、种植密度等参数，适用于多种农作物的直播。”
“第二道工序是施肥铺膜，即把制好的种膜铺到田地里。”团队研发自动铺膜施肥一体机，可同时完成铺膜与施肥，配合大颗粒缓释农家肥，按穴精准施肥，提高肥料的利用率，减少使用量。“把农机与农艺有机结合起来，实现农业生产的工业化、规模化。”
图 | 种膜直播田间试验现场
发挥余热，把智能制造的
科研成果做在祖国大地
“种膜直播的办法在上世纪70年代就听人提起过。”黎勉高中毕业到农场当知青时曾听说：把稻种放在蔗渣纸上，再把纸铺在田里就能完成种植。但究竟怎么放、怎么铺却无从得知，限于当时的技术条件，这种方法沦为“纸上谈兵”，黎勉却把它记在了心里。
1977年，国家恢复高考，黎勉也圆了自己的升学梦。从广东省机械学校（广东工业大学前身之一）毕业后，他留校任教，参加了伺服压力机、瓦楞纸板横切机、电动汽车驱动电机等多项科研项目，2次获得省科技进步奖。2017年退休后，一则云贵地区耕地丢荒的新闻引发了他的思考。习近平总书记指出，我国是个人口众多的大国，解决好吃饭问题始终是治国理政的头等大事。然而，随着工业化和城镇化的推进，我国的粮食安全面临一些新情况和新问题。黎勉深知农民艰辛不易，现在退休有时间了，能否发挥余热把自己几十年科研经验用在农业上，为国家粮食安全问题的解决贡献力量？
黎勉将想法与团队的朱铮涛、陈益民两位老师一说，大家一拍即合，两位教师表示，“项目构思很好，完全符合国家战略需求，即使没有立项、不计入工作量，也愿意一起干，把智能制造的科研成果写在祖国大地上！”学校原副校长、孙友松教授也十分支持，尽管年近八旬，也经常和课题组一起下工厂，到田间地头，为项目出谋划策，使他们深受鼓舞。
图 | 黎勉在工厂指导种膜制膜机调试
刻苦攻关，“纸上谈兵”终成现实
说起来简单的事情，要实现却没那么容易。由于是个“自选项目”，尚未立项就启动，困难很多，最大的问题就是经费。黎勉联系校友获得经费、设备等赞助，解决了起步的困难。
技术上也面临重重难关。“首先，要制备种膜。”稻种形状不规则，又很“娇贵”，不能受任何机械和温度的损伤。需要将“精准”数量的种子，“精准”地分布到膜上并固定，稻粒的抓取、分布、定位以及纸张的结合等的技术难度大；“种膜制备的机械化、自动化，是实现种膜直播技术产业化的关键。”要实现连续、高速作业，在收卷、张力控制、漏种监测等自动化技术上也面临新的挑战；还要保证包覆在膜中的稻种能生根出苗，既要有生物学方面的考量，又要有机械工程、材料科学的智慧。
他们首先手工制作种膜，在盆里试验，探索解决基本技术问题；然后自己动手搭建了首台实验室自动制膜样机；并联系合作厂家，完成了工业化二代样机的研制，实现了种膜的小批量生产。在团队的不懈努力下，难题一个个被拿下。他们也获得多项技术成果，目前已获专利授权7件。
此外，由于项目涉及农作物栽培、轻工造纸、环保、机械、自动化等多个领域，团队还联系其它高校、企业、农业研究机构等寻求合作。为了解决水稻栽培的农业技术问题及进行种植试验，他们得到了广东省农科院水稻研究所的大力支持；团队还联系华南理工大学国家造纸重点实验室，开发基于稻草的无公害种膜专用纸。
2021年，直播技术的田间试验表明，种膜直播栽培的水稻与机械穴播的亩产量基本持平，比飞机直播亩产增产21.1%；种膜直播的耗种量比机械穴播少约1/3，比无人机飞播少2/3，显示出了良好的技术与应用价值，当年的“纸上谈兵”终于成为了实实在在、惠民为民的技术。
图 | 种膜直播与其他直播方式对比试验现场
“‘工科人’讲究有想法就要去做，有梦想就要实现。”黎勉说。种膜直播技术及其设备除了运用在水稻种植中，还可广泛运用于其他作物的栽培及生产中，实现农作物田间播种的工厂化及自动化。未来，团队还将开展更多作物、更大范围的试验，并将借助广工在大数据、物联网等方面的研究优势，进一步发挥“互联网+”在智能农业装备制造中的优化和集成作用，推动农业智能装备的发展，为国家乡村振兴及粮食安全问题的解决贡献“广工智慧与力量”。
文字 | 杜清
供图 | 黎勉
编辑 | 黄雪儿
运营团队 | 学生新闻中心
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