农业工程概论 第一章 农业物料的工程性质 176页PPT
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2、农业工程的发展： 1889年，美国人伯格首先发明了底盘与蒸汽机底 盘相似的拖拉机── “巴加”号拖拉机，由芝加 哥的查特煤气机械公司试制成功。1892年，美国 衣阿华州的约翰﹒M﹒弗罗利奇，在辛辛那提市制 造出第一台作为农用牵引机的内燃发动机式拖拉 机，这是一台真正实用的拖拉机，是著名的约翰 ﹒迪尔式拖拉机前身。
12
1917年产的履带拖拉机（40HP） 13
1917年Holt产的实验性履带拖拉机 14
1918年产的履来自百度文库拖拉机（Holt45） 15
1928年产的毛毛虫（Caterpillar）L20履带拖拉机16
1929年产的履带拖拉机（毛毛虫60 ） 17
1977年毛毛虫D10
18
1913年的金属轮拖拉机 19
龙骨提水车，又叫翻车。 是东汉灵帝（公元168-189 年）毕岗创造的，直到20 世纪50年代末，在江南农 村还能见到。
39
筒 车
40
井 车
41
保护性耕作的起源与发展
保护性耕作是以保水保土为核心的少耕 免耕、残茬覆盖、生物覆盖和作物轮作 相结合的技术体系，起源于20世纪30年 代的美国
基本概念:用大量秸秆残茬覆盖地表，将 耕作减少到只要能保证种子发芽即可， 并主要用农药来控制杂草和病虫害的一 种耕作技术
24
25
26
27
中国农产品加工业的历史源远 流长。早在战国、西周、西汉的文 献资料中，对粮食制饴，葡萄酿酒， 煎蔗为糖，大豆生产豆腐、酱油， 牛奶制作奶酒等食品技术就有记载。
28
1976年在河南新郑裴李岗出土的石磨 盘。据考证，为7000年前的新石器时 期早期，比仰韶文化还要早。
29
在沈阳
1932年，美国的菲尔斯当轮胎和橡胶公司生产出 一种大尺寸的高花纹低压充气橡胶轮胎。这是第一种 真正适用于农用拖拉机轮胎。
8
1908年产的履带拖拉机（ 25HP ） 9
1908年产的履带拖拉机（L20） 10
1912 年的履带拖拉机（ Holt 30 ）
11
1914 年的履带拖拉机（ Holt 30 ）
=
abc 6 a3
1 / 3
6 64
(abc )1 / 3 几何平均直径
=
a
= 最大直径
（二）尺寸的表示
（1）粒径（非类球物料）
单一粒径的(计 如算 表 1， 1P7) 群体平均直径的需 计先 算测 ，定单一粒 然后计算平(均 如值 表 1，2P8)
56
农业工程——《中国农业百科全书.农业工程 卷》中指出：“农业工程是改善农业生 产手段、生态环境和农村生活设施的各 种工程技术、工程管理、工程理论的总 称”（任务）。
三.农业工程师的素养和农业工程学的研究方 法
1.必须具备农业生产及生物学基础知识； （※ 生物系统的特点：随时间变化；对 环境有自适应性。）
23
1836─1841年，英国德温公爵的园丁领班帕克顿 在备德贝郡查兹沃斯府邸建了一具大型温室，在铁、 木框架上共镶有7000多平方米的玻璃。1851年，在英 国举办世界上首次万国博览会时，帕克斯顿以他建造 的温室为蓝本，为博览会的主展馆设计了著名的 “水 晶宫”。
在现代的大型温室中，已经配有带热风或湿冷风 的混风设备，并采用喷灌、滴灌和地下灌溉等技术， 有的还使用无土栽培法。有的温室还装备有电脑控制 系统，以变化的光照强度为中心，随时调节室温和空 气中二氧化碳浓度，或辅以湿度、风速、温度场乃至 营养液中无机盐含量的调节，从而为作物创造适合生 长的最佳环境。
1
绪论
一 农业工程与农业的发展 1.农业的发展（时代的划分）：
从2000多年以前——19世纪中叶： 原始农业（古代农业）；
19世纪中叶——20世纪40年代（二战结 束）：
传统农业（近代农业）； 20世纪40年代——至今：现代农业。
2
※ 原始农业，完全靠刀耕火种；传统农业，有了引 水灌溉和施用农家肥；现代农业，有了工业产品 的武装（化肥、农药、机械）。国外之所以称为 “近代农业”，是因为那时也有了少量的半机械 化、机械化农具。
50
51
52
二 农业工程学科的性质与任务
1、学科的发展： ★1896年，美国内布拉斯加大学 农学院，开设“农 业工程概论”课程；
★ 1907年，在美国的麦迪逊，成立美国 农业工程 学会（America Society of Agricultural Engineering. ASAE）；
★随后，在以后的10多年里，美国、加拿 大的许 多大学都成立了“农业工程系”。 农 业工程系 一般由工程学院和农学院共 同领导，起初分两 个科目： 1.农业工程（农业工程科学） 2.农业机 械化（农业工程技术）
“老龙口” 出土的正面 为“阴阳鱼” 造型的石磨 群。是山西 商人孟子敬 于清代康熙 元年（1662 年），在沈 阳小东门外 建的制酒作 坊的遗物。
30
31
5000年前（神农氏）的榨油工具 32
风力车、石磨等
33
晋 代 的 水 磨
34
35
36
37
公元前5000多年，中国就有了石磨
38
1932年的橡胶轮胎拖拉机
20
21
★20世纪30～50年代，发达国家已经实 现了机械化。然后农业工程向更高层次 发展：即设施农业（打破了季节性、地 域性的限制）→ 农副产品加工、贮运 → 农业环境与资源保护（保护性耕作） → 精确农业。
22
温室最早起源于中国，据《前汉书·召信臣传》记 载，距今2000多年前的西汉时，当时的皇都西安已在 生有暗火的屋子里种植葱、韭一类蔬菜，可在冬季为 皇宫提供新鲜蔬菜。这是世界上最早的温室。发展到 清代，温室的形式和栽培技术已较成熟，除用于种植 黄瓜等多种蔬菜外，还生产许多名贵花卉。
55
3.农业建筑环境与能源工程； 4.农田水利工程。 2. 性质与任务 农业工程学科——是应用物理科学、化学 和生物科学及工程技术来研究、解决农业 生产及其过程的工程科学与工程技术。 即：农业工程学科是将农业与工程联系起 来，研究｛生物、生产、生态｝与｛物力、 化学、管理｝的边缘学科（性质）。
在欧洲，公元1世纪罗马帝国已使用一种用云母 片装配的温床，促成水果早熟和为宫廷生产黄瓜。 1599年，在荷兰建成一栋栽培热带植物的温室，这是 欧洲最早的温室之一。直到19世纪，温室才在欧洲普 及开来，当时有许多博物学家从热带地区把多种植物 新种带回北方寒冷的家乡，同时玻璃制造技术发达也 使建造框架式的日光温室成为可能。
讲稿
教材：
《农业工程概论》，张 伟主编，中国农业出版社，2019年，第一版。
主要参考书：
1.《农业物料学》，周祖锷主编，农业出版社，1994年； 2.《农业生物环境工程》，崔引安主编，农业出版社，1994年； 3.《农产品加工机械与贮藏》，沈再春主编，农业出版社，2019年； 4.《农业系统工程》，朱永达主编，农业出版社，1993年。
3
4
5
1892年的拖拉机 6
7
1904年，加利福尼亚的工程师霍尔特设计了 界 上第一台履带式拖拉机，1907年，霍尔特创办的拖拉 机制造公司制造出世界上最早的以汽油内燃机为动力 的履带式拖拉机。这种拖拉机是当时最成功的拖拉机， 并成为数年后英国研制世界上第一种坦克时所参考的 样车。
轮式拖拉机的发明，最初是在钢轮外加一层橡胶 保护层，汽车轮胎诞生后，人们先后给拖拉机使用了 实心和充气胎。但汽车轮胎并不完全适用于拖拉机， 一是汽车轮胎的沟纹过于浅细。二是人们发现拖拉机 在轮胎气不足时反而比气很足时的软地行驶性能更好。
2.必须具备工程理论和工程训练，掌握系 统分析方法；（能力）
57
农业工程属于应用学科：要会综合，会做 科学试验；（综合、实践→创新）
本课程的目的：
提供
有关农业工程的基本概念、常识、 基本方法；进一步深入了解各方面 内容的必要线索。
58
世界农业科技变革趋势
1、由“平面式”向“立体式” 发展
60
第一章 农业物料的工程性质
§1研究的意义
农业物料——一般指：动植物产品、加工成 品、半成品、以及与农业作业有关的土壤、 肥料、农药等。（即：产品和作业对象）
意义：有利于正确的设计工艺与设备；质量 的评估。
§2 农业物料的形态特征
一、尺寸和形状 尺寸和形状
61
能够描述物料实体的形态 能够反映相互之间的差异
65
测定计算平均粒径的简易方法： 粗颗粒的平均粒径（可以一粒一粒的 分拣）
ds 36M ssnnnM 为 sn为 颗总 粒质 个 s为 量 数 2密 ， ， 00度 一
按表1-2的算法 会存在d3<d2<d1<d7<d4<d5 <d6的不同结果
粉状物的平均粒径 （取为50~100g试样）
（一）圆形和球形
圆度
m
r
i1 i
m R
式中：圆度表示与理想圆的接近程度； r指各棱角的曲率半径； R值最大内接圆的半径。（P6 图1-1）
62
63
对于类球体：
di 球度=
dc
式中：di指类球体=的最大投影面积图形的最大 内切圆直径
dc指类球体的最大投影面积图形的最小 外接圆直径
对于椭球： 球度 = 外椭接球球体体积 1积 /3
42
保护性耕作的四项关键技术
免耕播种技术 深松技术 秸秆残茬覆盖处理技术 杂草控制技术。
43
保护性耕作的意义
1、免耕法能够形成小气候优势 2、保护性耕作改善土壤结构，保蓄更多水分，
提高土壤水分利用效率, 增加作物产量 3、作物根茬覆盖能固定表土，阻止土粒、沙
尘的移动，防止土壤风蚀,有效扼制沙尘暴 的发生 4、少免耕法减少机具在田间的耕作次数、降 低成本，提高燃油利用率与经济效益
44
45
大型多梁牵引式免耕播种机
46
47
48
“精确农业” (Precision Agriculture)技 术研究发展的驱动力，是在所有耕地中发 现的作物生长环境和收获产量实际分布的 空间差异性。
精确种植的基本技术至少要具备以下四 项功能：①随时间或(及)空间变化采集数 据；②根据数据绘制数据电子地图，即田 间状态图，并加工、处理，形成管理设计 (或作业执行电子地图，即对策图)；②精 确控制田间作业；④对精确种植的农业效 果、经济效益及环境效益进行评估。
2、由“石油型”向“生态型” 发展
3、由“自然式”向“设施式” 发展
4、由“机械化”向“自动化” 发展
5、由“农场式”向“公园式” 59
我国农业战略布局
沿海地区和大中城市郊区要大力发展高 效农业。中部粮食主产区要抓住主销区 腾出部分粮食市场的机遇，扩大优质粮 食生产，提高粮食的综合效益和市场竞 争力。西部地区要发展特色农业、旱作 农业和生态农业。
66
67
ds
1
m
X
i
i1 d i
………（调和平均粒径）
或用算术平均粒径
m
ds (xi di) i1
相邻筛子之间物粒的名义直径 did'id'i1
53
★学科的发展：机械应用与管理→耕作土 壤动力学→农业物料的工程性质→农田水 利学→农村能源→农村电气化→农副产品 加工→农业系统工程（计算机模拟、专家 系统等）。
2019年以前，农业工程学科包括9个本科专 业： 1.农业机械化； 2. 农业建筑与环境工程； 3. 农业电气化与自动化；
54
4.农田水利工程； 5.土地规划与利用； 6.农村能源开发与利用； 7.农产品贮运与加工； 8.水产品贮藏与加工； 9.冷冻冷藏工程。 2019年以后合并为4个本科专业： 1.农业机械化及其自动化； 2.农业电气化与自动化；
49
精确种植的技术包括以下内容：全球定位系统GPS、 地理信息系统GIS、计算机控制器、传感器及遥感系统 RS、变量投入设备、绘制电子地图及数据处理加工软 件、专家系统ES及决策支持系统DSS等软件及硬件。
GIS—Geographical Infromation System，地理信息系统； GPS—G1obal Positioning System，全球定位系统： RSS—Remote Sensing System，遥感系统； SS—Simulation System，模拟系统； ES—Expert System，专家系统； DSS—Decision Support System．决策支持系统； ICS—Intelligence Contro1 System，智能控制系统
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1917年产的履带拖拉机（40HP） 13
1917年Holt产的实验性履带拖拉机 14
1918年产的履来自百度文库拖拉机（Holt45） 15
1928年产的毛毛虫（Caterpillar）L20履带拖拉机16
1929年产的履带拖拉机（毛毛虫60 ） 17
1977年毛毛虫D10
18
1913年的金属轮拖拉机 19
龙骨提水车，又叫翻车。 是东汉灵帝（公元168-189 年）毕岗创造的，直到20 世纪50年代末，在江南农 村还能见到。
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筒 车
40
井 车
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保护性耕作的起源与发展
保护性耕作是以保水保土为核心的少耕 免耕、残茬覆盖、生物覆盖和作物轮作 相结合的技术体系，起源于20世纪30年 代的美国
基本概念:用大量秸秆残茬覆盖地表，将 耕作减少到只要能保证种子发芽即可， 并主要用农药来控制杂草和病虫害的一 种耕作技术
24
25
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中国农产品加工业的历史源远 流长。早在战国、西周、西汉的文 献资料中，对粮食制饴，葡萄酿酒， 煎蔗为糖，大豆生产豆腐、酱油， 牛奶制作奶酒等食品技术就有记载。
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1976年在河南新郑裴李岗出土的石磨 盘。据考证，为7000年前的新石器时 期早期，比仰韶文化还要早。
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在沈阳
1932年，美国的菲尔斯当轮胎和橡胶公司生产出 一种大尺寸的高花纹低压充气橡胶轮胎。这是第一种 真正适用于农用拖拉机轮胎。
8
1908年产的履带拖拉机（ 25HP ） 9
1908年产的履带拖拉机（L20） 10
1912 年的履带拖拉机（ Holt 30 ）
11
1914 年的履带拖拉机（ Holt 30 ）
=
abc 6 a3
1 / 3
6 64
(abc )1 / 3 几何平均直径
=
a
= 最大直径
（二）尺寸的表示
（1）粒径（非类球物料）
单一粒径的(计 如算 表 1， 1P7) 群体平均直径的需 计先 算测 ，定单一粒 然后计算平(均 如值 表 1，2P8)
56
农业工程——《中国农业百科全书.农业工程 卷》中指出：“农业工程是改善农业生 产手段、生态环境和农村生活设施的各 种工程技术、工程管理、工程理论的总 称”（任务）。
三.农业工程师的素养和农业工程学的研究方 法
1.必须具备农业生产及生物学基础知识； （※ 生物系统的特点：随时间变化；对 环境有自适应性。）
23
1836─1841年，英国德温公爵的园丁领班帕克顿 在备德贝郡查兹沃斯府邸建了一具大型温室，在铁、 木框架上共镶有7000多平方米的玻璃。1851年，在英 国举办世界上首次万国博览会时，帕克斯顿以他建造 的温室为蓝本，为博览会的主展馆设计了著名的 “水 晶宫”。
在现代的大型温室中，已经配有带热风或湿冷风 的混风设备，并采用喷灌、滴灌和地下灌溉等技术， 有的还使用无土栽培法。有的温室还装备有电脑控制 系统，以变化的光照强度为中心，随时调节室温和空 气中二氧化碳浓度，或辅以湿度、风速、温度场乃至 营养液中无机盐含量的调节，从而为作物创造适合生 长的最佳环境。
1
绪论
一 农业工程与农业的发展 1.农业的发展（时代的划分）：
从2000多年以前——19世纪中叶： 原始农业（古代农业）；
19世纪中叶——20世纪40年代（二战结 束）：
传统农业（近代农业）； 20世纪40年代——至今：现代农业。
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※ 原始农业，完全靠刀耕火种；传统农业，有了引 水灌溉和施用农家肥；现代农业，有了工业产品 的武装（化肥、农药、机械）。国外之所以称为 “近代农业”，是因为那时也有了少量的半机械 化、机械化农具。
50
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二 农业工程学科的性质与任务
1、学科的发展： ★1896年，美国内布拉斯加大学 农学院，开设“农 业工程概论”课程；
★ 1907年，在美国的麦迪逊，成立美国 农业工程 学会（America Society of Agricultural Engineering. ASAE）；
★随后，在以后的10多年里，美国、加拿 大的许 多大学都成立了“农业工程系”。 农 业工程系 一般由工程学院和农学院共 同领导，起初分两 个科目： 1.农业工程（农业工程科学） 2.农业机 械化（农业工程技术）
“老龙口” 出土的正面 为“阴阳鱼” 造型的石磨 群。是山西 商人孟子敬 于清代康熙 元年（1662 年），在沈 阳小东门外 建的制酒作 坊的遗物。
30
31
5000年前（神农氏）的榨油工具 32
风力车、石磨等
33
晋 代 的 水 磨
34
35
36
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公元前5000多年，中国就有了石磨
38
1932年的橡胶轮胎拖拉机
20
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★20世纪30～50年代，发达国家已经实 现了机械化。然后农业工程向更高层次 发展：即设施农业（打破了季节性、地 域性的限制）→ 农副产品加工、贮运 → 农业环境与资源保护（保护性耕作） → 精确农业。
22
温室最早起源于中国，据《前汉书·召信臣传》记 载，距今2000多年前的西汉时，当时的皇都西安已在 生有暗火的屋子里种植葱、韭一类蔬菜，可在冬季为 皇宫提供新鲜蔬菜。这是世界上最早的温室。发展到 清代，温室的形式和栽培技术已较成熟，除用于种植 黄瓜等多种蔬菜外，还生产许多名贵花卉。
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3.农业建筑环境与能源工程； 4.农田水利工程。 2. 性质与任务 农业工程学科——是应用物理科学、化学 和生物科学及工程技术来研究、解决农业 生产及其过程的工程科学与工程技术。 即：农业工程学科是将农业与工程联系起 来，研究｛生物、生产、生态｝与｛物力、 化学、管理｝的边缘学科（性质）。
在欧洲，公元1世纪罗马帝国已使用一种用云母 片装配的温床，促成水果早熟和为宫廷生产黄瓜。 1599年，在荷兰建成一栋栽培热带植物的温室，这是 欧洲最早的温室之一。直到19世纪，温室才在欧洲普 及开来，当时有许多博物学家从热带地区把多种植物 新种带回北方寒冷的家乡，同时玻璃制造技术发达也 使建造框架式的日光温室成为可能。
讲稿
教材：
《农业工程概论》，张 伟主编，中国农业出版社，2019年，第一版。
主要参考书：
1.《农业物料学》，周祖锷主编，农业出版社，1994年； 2.《农业生物环境工程》，崔引安主编，农业出版社，1994年； 3.《农产品加工机械与贮藏》，沈再春主编，农业出版社，2019年； 4.《农业系统工程》，朱永达主编，农业出版社，1993年。
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1892年的拖拉机 6
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1904年，加利福尼亚的工程师霍尔特设计了 界 上第一台履带式拖拉机，1907年，霍尔特创办的拖拉 机制造公司制造出世界上最早的以汽油内燃机为动力 的履带式拖拉机。这种拖拉机是当时最成功的拖拉机， 并成为数年后英国研制世界上第一种坦克时所参考的 样车。
轮式拖拉机的发明，最初是在钢轮外加一层橡胶 保护层，汽车轮胎诞生后，人们先后给拖拉机使用了 实心和充气胎。但汽车轮胎并不完全适用于拖拉机， 一是汽车轮胎的沟纹过于浅细。二是人们发现拖拉机 在轮胎气不足时反而比气很足时的软地行驶性能更好。
2.必须具备工程理论和工程训练，掌握系 统分析方法；（能力）
57
农业工程属于应用学科：要会综合，会做 科学试验；（综合、实践→创新）
本课程的目的：
提供
有关农业工程的基本概念、常识、 基本方法；进一步深入了解各方面 内容的必要线索。
58
世界农业科技变革趋势
1、由“平面式”向“立体式” 发展
60
第一章 农业物料的工程性质
§1研究的意义
农业物料——一般指：动植物产品、加工成 品、半成品、以及与农业作业有关的土壤、 肥料、农药等。（即：产品和作业对象）
意义：有利于正确的设计工艺与设备；质量 的评估。
§2 农业物料的形态特征
一、尺寸和形状 尺寸和形状
61
能够描述物料实体的形态 能够反映相互之间的差异
65
测定计算平均粒径的简易方法： 粗颗粒的平均粒径（可以一粒一粒的 分拣）
ds 36M ssnnnM 为 sn为 颗总 粒质 个 s为 量 数 2密 ， ， 00度 一
按表1-2的算法 会存在d3<d2<d1<d7<d4<d5 <d6的不同结果
粉状物的平均粒径 （取为50~100g试样）
（一）圆形和球形
圆度
m
r
i1 i
m R
式中：圆度表示与理想圆的接近程度； r指各棱角的曲率半径； R值最大内接圆的半径。（P6 图1-1）
62
63
对于类球体：
di 球度=
dc
式中：di指类球体=的最大投影面积图形的最大 内切圆直径
dc指类球体的最大投影面积图形的最小 外接圆直径
对于椭球： 球度 = 外椭接球球体体积 1积 /3
42
保护性耕作的四项关键技术
免耕播种技术 深松技术 秸秆残茬覆盖处理技术 杂草控制技术。
43
保护性耕作的意义
1、免耕法能够形成小气候优势 2、保护性耕作改善土壤结构，保蓄更多水分，
提高土壤水分利用效率, 增加作物产量 3、作物根茬覆盖能固定表土，阻止土粒、沙
尘的移动，防止土壤风蚀,有效扼制沙尘暴 的发生 4、少免耕法减少机具在田间的耕作次数、降 低成本，提高燃油利用率与经济效益
44
45
大型多梁牵引式免耕播种机
46
47
48
“精确农业” (Precision Agriculture)技 术研究发展的驱动力，是在所有耕地中发 现的作物生长环境和收获产量实际分布的 空间差异性。
精确种植的基本技术至少要具备以下四 项功能：①随时间或(及)空间变化采集数 据；②根据数据绘制数据电子地图，即田 间状态图，并加工、处理，形成管理设计 (或作业执行电子地图，即对策图)；②精 确控制田间作业；④对精确种植的农业效 果、经济效益及环境效益进行评估。
2、由“石油型”向“生态型” 发展
3、由“自然式”向“设施式” 发展
4、由“机械化”向“自动化” 发展
5、由“农场式”向“公园式” 59
我国农业战略布局
沿海地区和大中城市郊区要大力发展高 效农业。中部粮食主产区要抓住主销区 腾出部分粮食市场的机遇，扩大优质粮 食生产，提高粮食的综合效益和市场竞 争力。西部地区要发展特色农业、旱作 农业和生态农业。
66
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1
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X
i
i1 d i
………（调和平均粒径）
或用算术平均粒径
m
ds (xi di) i1
相邻筛子之间物粒的名义直径 did'id'i1
53
★学科的发展：机械应用与管理→耕作土 壤动力学→农业物料的工程性质→农田水 利学→农村能源→农村电气化→农副产品 加工→农业系统工程（计算机模拟、专家 系统等）。
2019年以前，农业工程学科包括9个本科专 业： 1.农业机械化； 2. 农业建筑与环境工程； 3. 农业电气化与自动化；
54
4.农田水利工程； 5.土地规划与利用； 6.农村能源开发与利用； 7.农产品贮运与加工； 8.水产品贮藏与加工； 9.冷冻冷藏工程。 2019年以后合并为4个本科专业： 1.农业机械化及其自动化； 2.农业电气化与自动化；
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精确种植的技术包括以下内容：全球定位系统GPS、 地理信息系统GIS、计算机控制器、传感器及遥感系统 RS、变量投入设备、绘制电子地图及数据处理加工软 件、专家系统ES及决策支持系统DSS等软件及硬件。
GIS—Geographical Infromation System，地理信息系统； GPS—G1obal Positioning System，全球定位系统： RSS—Remote Sensing System，遥感系统； SS—Simulation System，模拟系统； ES—Expert System，专家系统； DSS—Decision Support System．决策支持系统； ICS—Intelligence Contro1 System，智能控制系统