答辩博士：HASSAN ABDELRAHMAN ABDELWAHED SAYED
指导老师：丁启朔教授
论文题目：选择适当的机械化来提高埃及三角洲小型小麦农场的生产力
答辩委员会：
主席：
何瑞银教授/博导南京农业大学
委员：
汪小旵教授/博导 南京农业大学
周俊教授/博导 南京农业大学
吴崇友研究员/博导 农业农村部南京农业机械化研究所
凌小燕研究员 农业农村部南京农业机械化研究所
秘书：
施印炎副教授/硕导南京农业大学
答辩时间：2024年5月25日14时
答辩地点：浦口校区育贤楼C402会议室
论文简介：
小农农场是亚洲和非洲发展中国家农业系统的支柱，生产这些国家80%以上的粮食。然而，他们面临着缺乏适当的机械化、气候变化影响、劳动力短缺、工资上涨、贫困以及获得信贷和市场机会有限等问题。农业机械化是农业能源的重要来源。它提高了小农由于缺乏适合规模的机械或难以获得机械而缺乏的劳动生产率。因此，从社会、经济、环境和技术角度综合研究小型农场适宜机械化的概念和选择标准，对于改善小农的生计是必要的。
埃及的三角洲地区被认为是埃及农业和农业生产的主要地区之一，其大部分土地都是面积小于2公顷或更小的小农场。小麦被认为是三角洲地区种植密集的主要农作物之一。该作物缺乏适当的机械化，大多数操作都是手动或使用大型机器进行，这导致了产量和金钱的损失。埃及三角洲地区小农场的另一个问题是缺乏有关土地和农业系统的数据和信息。因此，在本研究中，我们试图通过收集和分析数据来记录该地区的状况，以了解农业系统，从而为此类农民提出最合适的机械化建议。此外，由于土地面积小且购买土地缺乏经济性，大多数农民在农业经营中使用劳动力。
通过使用比较方法和两国机械化和农业统计数据，还研究了中国在小农机械化方面的成功经验，以便在埃及三角洲农业系统中受益。该研究还从有助于为政策提供信息的各个方面研究并展示了影响小农户采用适当机械化的因素。影响机械化选择和采用的因素复杂且相互交织，包括融资渠道、农场规模、农民生活条件等经济因素，以及农民性别、年龄、受教育程度等社会因素。家庭的户主、环境和地理因素，如温度、地区地理和土壤类型，以及技术因素，如机器的尺寸和容量、农业过程的类型、产量类型和其他因素。该研究使用多标准决策分析（MCDA）从埃及当地市场选择合适的拖拉机，并提出了一些适当的机械化和技术来提高小麦生产力。还显示了政府和私营部门在支持传播适当的自动化和促进访问方面的作用。因此，这项研究对于更好地了解影响小农户选择适当农业机械化的因素以及记录埃及三角洲地区的信息和数据具有重要意义。它还比较了中国和埃及的农业系统，使小农受益于中国的专业知识。这将减少因试错法而未能采用适当机械化的情况。研究的决定因素及其实现研究目标的各个方面如下：
1.中埃小麦农机化系统比较研究及经验交流
本次比较研究考察了中国和埃及的小麦农场机械化系统，重点是两国之间的经验交流。中国和埃及都是重要的小麦生产国，具有独特的农业背景和挑战。该研究旨在找出相似之处、差异以及可以从彼此经验中汲取的潜在教训，以加强小麦农场机械化实践。该研究采用综合方法，分析机械化系统的各个方面，包括机械类型、采用率、操作实践和支持机制。它探讨了政府政策、研发工作以及私营部门参与在促进两国机械化方面的作用。通过彻底审查现有数据、报告和案例研究，该研究深入了解了中国和埃及小麦农场机械化的成功、挑战和机遇。对比分析表明，中国小麦农田机械化取得了显着进步，机械选择范围广，政府支持力度大，采用率高。相反，埃及面临某些限制，例如融资渠道有限、缺乏适当的机械以及支持基础设施不足。然而，该研究确定了两国之间潜在的合作和知识交流领域。中国的经验可以为埃及提供宝贵的经验教训，特别是在促进研究和开发、制定有效的政府政策和促进私营部门参与方面。另一方面，埃及独特的农业生态条件和小农耕作制度可以为中国提供针对具体情况调整机械设计和操作实践的见解。总体而言，这项研究强调了国际合作和知识共享在推进小麦农场机械化方面的重要性。两国可以借鉴中国和埃及的经验，加强各自的机械化体系，为各自小麦种植业的可持续发展做出贡献。这项研究的结果可以为两国以及面临类似挑战的其他国家的政策制定者、研究人员和行业利益相关者提供信息，帮助他们努力改善小麦农场机械化实践。
2.利用机器学习应用调查埃及三角洲小麦农场的农业机械化情况
研究的第二步重点是探索农业机械化在提高农业生产可持续性方面的潜力，因为小规模农户往往缺乏必要的农业机械。具体来说，该研究集中在埃及三角洲地区的小麦种植，并考察了不同规模的农场采用农业机械化的程度。该研究记录了三角洲地区小麦生产农业作业的现有情景，包括租赁或自有机械的使用，或农业作业中劳动力的使用，以确定缺乏机械的程度。三角洲地区机械化。然后，我们使用K均值聚类分析了与小麦种植相关的各种场景，为机械化提供指导，从而最大限度地提高每个农民集群的产量。该研究分为两个主要部分。首先，收集了小型、中型和大型农场的分布、每种农业规模的小麦作物种植面积以及拖拉机的规模等数据，作为三角洲地区机械化程度的指标。其次，对长三角地区2652名小农户、328名中型农户和354名大农户进行了问卷调查。根据调查数据，我们确定了14种小型农场、14种中型农场和12种大型农场的情景，代表了小麦作物生产中涉及的不同农业经营方式。然后对这些场景进行K均值聚类，将它们分为与农场规模的三个级别相对应的三个集群。研究结果强调了机械化对小农的重要性，并提出了通过租赁服务实现这一目标的可能性。实施这些研究结果将为农民带来可观的社会和经济效益，包括增加产量、节省时间和劳动力，并减少对体力劳动的依赖。
3.在小农场小麦生产场景中使用数据包络分析（DEA）来提高能源效率和温室气体排放
评估与埃及小型农场小麦生产相关的能源循环和温室气体（GHG）排放对于提高小麦生产力、满足人口增长的需求和促进可持续发展至关重要。本研究旨在比较埃及三角洲地区小麦生产的能源使用和温室气体排放的不同情景，同时采用数据包络分析（DEA）来优化小麦生产系统。该研究包括代表旧土地小麦产量的三种常见情景（S-I、S-II和S-III）和新开垦土地的一种情景（S-IV）。该研究的数据是通过2022-2023年期间对小农户进行面对面问卷调查和访谈收集的。结果表明，老土地上的第三种情景（S-III）表现出最低的输入能源消耗（42,555 MJ ha-1）和最高的输出能源（160,418 MJ ha-1），能源利用效率为3.770。相比之下，新开垦情景（S-IV）的输入和输出能量分别为37,575 MJ ha-1和130,581 MJ ha-1，能源利用效率为3.475。S-III情景因其有利的能源指标（例如0.173 kg MJ-1的能源生产率）而被确定为最佳选择。在温室气体排放方面，S-III在旧土地上的总排放量最低，为1432.9 kg CO2-eqha-1，而S-IV的排放量为1290.2 kg CO2-eqha-1。温室气体排放的主要来源是用于机械和灌溉的柴油燃料，其次是粪便、化肥和农业机械的使用。在S-III和S-IV的各种农业作业中利用机械化减少了损失农业投入和增加的产出（产量和秸秆）。因此，建议将机械化纳入小麦种植实践中，以提高小麦生产系统的能源效率并减少温室气体排放。
4.利用多标准决策分析为小农户选择合适的机械化
研究的最后一步是在埃及市场现有的拖拉机中选择适合小型农场的拖拉机。此外，我们还建议一些适合小型小麦农场的机械和技术，以提高小型农场的小麦产量。这部分研究的目的是根据标准为埃及三角洲的小农农场选择最合适的拖拉机。采用多标准决策分析(MCDA)方法，使用六项标准对埃及的四种常见拖拉机进行了评估。采用客观方法确定标准权重，并采用CRADIS方法对小型拖拉机进行排名。结果表明，拖拉机T4表现最佳，符合研究目标，拖拉机T1在评估的拖拉机中排名第二。然而，需要注意的是，熵方法与大多数其他方法不同，不应该主要用于类似的决策问题，而应作为比较权重的手段。这项研究的局限性包括排除具有类似特征的其他拖拉机。仅考虑埃及市场上出售的拖拉机进行评估。另一个限制是用于评估的标准数量有限，因为纳入更多标准会使决策过程复杂化。此外，本章还重点介绍了一些提高小麦产量的解决方案和建议，例如使用两轮拖拉机（2WT）作为小型农场的多用途机器。使用保护性农业还可以减少耕作操作所需的能源。我们还建议在小麦种植中采用高床法，并采用喷灌系统代替漫灌，以减少水分损失。最后，除了私营部门在小农培训和机械化方面发挥的重要作用之外，埃及政府在改善小农基础设施和获得信贷方面的作用也非常重要。
主要创新点如下：
1.通过记录和分析不同因素（社会、经济等），实现埃及三角洲小农的可持续发展，以增强其农业系统并实现适当的机械化。
2.利用机器学习技术和DEA为埃及三角洲小农户选择合适的机械化系统，提高生产力。
3.使用MCDA方法为小农户选择合适的机械化方案。
