答辩博士：JOSEPH ODERO ALELE
指导老师：丁启朔教授
论文题目：基于比较农业方法的农业机械化集约化中-肯对比研究
答辩委员会：
主席：
何瑞银教授 南京农业大学工学院
委员：
薛金林教授 南京农业大学工学院
周 俊教授 南京农业大学工学院
吴崇友研究员 农业部南京农机化研究所
凌小燕研究员 农业部南京农机化研究所
秘书：
戴 芸助理研究员 南京农业大学工学院
答辩时间：2023年6月6日上午8点30分
答辩地点：浦口校区育贤楼C402
论文简介：
农业机械化集约化是在农业生产中增加机械设备和技术的使用，以提高效率和生产力的过程。农业的机械化集约化需要科学的计量方法评估农业经营的机械需求、选择合适的机械、提供机械操作培训和维护、实施机械产品的质量控制和机械化的可持续性改进。科学的机械化集约化技术协议是保障机械化规划和实施获得最佳效果的关键。农业机械化集约化协议的设计涉及多种方法，包括作业机械需求和技术评估、成本效益分析、利益相关方参与途径、机械化作业示范和持续改进。机械化集约化研究需根据农业经营方的具体背景和目标量身定制，需要利益相关方的共同投入和参与，以达成农业生产的机械化集约化并提高效率和生产力。
农业机械化集约化技术协议的设计可引入比较农业研究方法，通过分析和比较不同国家和地区的农业经营和机械化实践，以鉴定和量化机械化集约化技术、产品及应用。本文探讨了基于比较农业研究方法的农业机械化集约化技术协议，进而基于此研究中-肯农业的机械化集约化水平。本比较研究既考虑肯尼亚农业经营的具体需求和要求，同时也结合中国的机械化集约化成功实践，以此对比和定量结果推动肯尼亚适当的机械化集约化发展，提高其农业的效率和生产力。
研究内容参照机械化集约化评价指标体系，分别从一级指标及下属子指标为参考，逐一研究如下内容：对中国的长江三角洲稻麦轮作的调查，从历史视觉揭示该区的机械化集约化发展。同时与同时期肯尼亚的稻麦生产系统进行了比较。调查了肯尼亚果园耕作系统与垄作和覆盖作物相结合的集约化情况，同时跟踪研究了咖啡种植园垄作和覆盖作物对土壤理化性质的影响。论文进一步在相似地貌的基础上对农业系统的投入进行了比较，将日本与中国的梯田水稻种植和部分机械化的柑橘园与肯尼亚的山地咖啡生产进行了比较。这些比较研究工作令本文逐步阐明了肯尼亚农业机械化集约化发展的技术协议，在此基础上论文进一步优选出若干中国生产的农业机械供肯尼亚农业应用。
本研究的意义在于深入理解机械化集约化对肯尼亚农业生产力和环境的影响。将中国的机械化集约化农业与肯尼亚欠机械化或未机械化的农业系统进行比较，据此制定肯尼亚农业的机械化集约化发展方案。这将不仅减少局部试错法的失败和代价，也能够提高国际社会对肯尼亚等撒哈拉以南非洲国家机械化发展的合理切入点和认识。具体的研究内容和结论如下：
1.长三角稻麦轮作：中国的机械化集约化农业系统案例研究
基于稻麦轮作制的机械化集约化技术评价体系的宏观视角，开展了中国和肯尼亚的比较研究。收集1960年到2020年的土地产出数据进行对比分析，以期阐明2国在相同的稻麦轮作制农业方面各关键影响因子变化的趋势及对土地产出造成怎样的影响规律。聚焦研究的因子包括耕地面积、拖拉机数量、化肥用量和年温度变化。历史数据分析结果表明，初期历史阶段肯尼亚农业处在白人统治时期，肯尼亚的农业产出高于中国同期水平，且肯尼亚的机械化水平也高于中国。但之后中国稻麦轮作区的拖拉机保有量和化肥用量稳步快速增长，从而极大促进了其稻麦轮作制的作物产量提高。对比分析结论表明，中肯2国在稻麦轮作制农业方面，土地产出的产量差异性和历史变化动态的主导决定因素来自于机械化的投入，机械化集约化农业也是现代农业的核心要素。对此，本研究进一步总结并结合肯尼亚农业特点和特色，提出了一些最佳的机械化集约化方案供肯尼亚农业借鉴应用.
2.垄耕及作物覆盖技术与组合及其对肯尼亚咖啡农场集约化应用研究
耕作是影响农业系统集约化的重要方面，也是机械化指标体系中的一个3级关键指标。考虑肯尼亚咖啡农场特色及其集约化需求，研究了耕作方式与作物覆盖技术及二者的创新型组合应用。重点围绕垄耕与豆类作物覆盖对减轻坡地土壤侵蚀和改善土壤物理和化学功能的创新措施。试验采用完全随机区组设计，对12个地块进行了四种处理，其中三个引入垄耕（T1），三个豆类作物覆盖（T2），三个作物覆盖和垄耕组合（T3），另外三个常规处理作为对照（T4），测定和跟踪物理和化学性质变化。连续开展两个作物季的数据监测，每个季节持续三个月。结果表明，T3土壤含水量最高，为34.87±6.78%，其次是T2和T1，分别为34.20±0.65%和32.65±1.71%，T4最低，为28.28±5.30%。土壤容重在T2和T3时最低，均为0.92 g cm-3，标准偏差分别为±0.03和±0.11。其次是T1，0.98 ± 0.05 g cm−3，而T4的体积密度最高，为1.17 ± 0.13 g cm−3。基本入渗率和团聚体稳定性的趋势相似，T1仅次于T3，64.07%的水稳团聚体直径大于0.25 mm。在咖啡农场引入的垄耕与作物覆盖对土壤容重和渗透率有显着影响；然而，土壤水分含量和团聚体稳定性没有显着差异。各处理对土壤pH值、土壤有机碳、可交换钙阳离子、镁阳离子和钠阳离子以及可交换钙离子有显着影响。各处理不显着影响土壤中磷、氮、可交换钾阳离子或活性有机碳的有效性。然而，T1和T2的pH、可交换钙阳离子和土壤有机碳存在显着差异。与对照处理T4相比，所有处理对可交换镁阳离子都有显着影响。各因素间未表现出交互影响，原因之一可能在于该研究持续时间尚短，缺乏多年的长期跟踪。与对照相比，垄耕x覆盖作物的组合相互作用对可交换镁阳离子影响显著(p < 0.01)。与对照处理相比，仅覆盖作物对可交换镁阳离子和土壤有机碳影响显著(p < 0.05)。单独进行垄耕对可交换镁阳离子(p < 0.05)和可交换钠阳离子(p < 0.01)影响显著。今后有必要长期研究垄耕和覆盖作物对咖啡种植园理化特性的综合影响。
3.相似地貌条件下中国和肯尼亚农业系统投入产出的比较研究
地理条件是影响机械化发展和机械化指标体系的另一个关键要素。世界上大约有2,500万咖啡农，咖啡农场主要集中于热带区域，分布在Cancer和Carpricorn等地区。目前面临的最大挑战是劳动力短缺问题，机械化水平低下也令现有的人工作业繁重且艰苦。咖啡收获等关键作业环节的机械化技术和装备欠缺。另外，咖啡农场通常分布于丘陵山地，也令实施机械化作业的难度加大。针对肯尼亚咖啡业面临在这一挑战，本文探究是否可以在肯尼亚山地条件开展机械化模式的咖啡生产。为此首先设计了问卷调查表并在Kipkelion和Kericho的3个行政区内展开入户调查。调查研究结果显示咖啡收获、除草、挖集雨坑、筑垄以及咖啡干燥是该区咖啡生产急需的关键性机械化环节。咖啡农对相关机械的需求意向排序依次为咖啡收获机、集雨坑挖掘机、筑垄机、烘干机和锄草机。基于调查数据分析结果显示咖啡收获机的需求意向高达88.3%，集雨坑挖掘机排第二位，达66.7%。筑垄机、烘干机和锄草机分别排第三、第四和第五。结合比较农业研究方法本研究提出推进肯尼亚咖啡业机械化的指导方案促进种植业的发展。所提出的促进方案即能够满足现有咖啡农场的机械化发展需求，也可以应用于新开辟咖啡农场的需要。入户调查研究所得结果阐明了咖啡农场机械化集约化的实施模型有利于该区的示范推广。
4.农业系统集约化的机械化——技术差距与发展建议
模型评价是解决机械化集约化技术指标体系要素繁多、指标集多样化和评价复杂性的重要手段。肯尼亚的水稻和咖啡种植业的上述研究结果表明需要机械化集约化途径提高其生产力和工作条件。尽管农学和其他科学的集约化努力通过基因和杂交等手段提高农业产出，但肯尼亚农民的工作条件仍然很差、机械化水平低下农场的机械化水平普遍低下。但选择出合适的机械类型或型号也是面临的一个挑战。针对农机选型与决策的信息不充分、主观性强、选型结果不准确等问题，本研究开发了一种改进的CRITIC-熵权和GRA-TOPSIS农机选型模型方法。该模型建立了综合评价指标体系，将改进的CRITIC法和熵权法得到的权重相结合。运用TOPSIS方法结合灰色关联分析法，对各种型号的旋耕机、水稻收割机、水稻播种机、水稻整平机进行了选型。结果表明，GRA-TOPSIS方法在判别和农机技术指标的排名方面最有效，是选择和评估农机的创新模型。
主要创新点如下：
1.通过比较农业方法，借鉴中国的梯田种植技术，为肯尼亚丘陵地区的咖啡种植机械化提供研究基础。
2.为了实现适当机械化技术的规模，在引进农业机械，实现机械化集约化时，要考虑农民的当地社会、技术和经济因素。
3.使用GRA-TOPSIS方法来选择农业机械，确保了决策过程不仅是高效和有效的，而且是社会可承受的
