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我国传统农业主要依靠世代沿袭下来的经验，采用以人力、畜力等为主的耕作方式。如今，随着现代科技对粗放式耕作方式的逐步改造，精准农业应运而生，为解决现代农业发展问题提供“良方”。今天我们一起来聚焦精准农业，通过解读精准农业的概念与尖端技术，借鉴美国、以色列、英国等精准农业实践经验，促进精准农业技术在我国农业生产中的应用。 何为精准农业精准农业由信息技术支持，是根据空间定位、定时、定量地实施一整套现代化农事操作技术与管理的系统，其基本含义是根据作物生长的土壤性状，调节对作物的投入，高效利用各类农业资源，以最少或最省的投入达到同等收入或更高的收入，并改善环境，从而取得良好的经济效益和环境效益。精准农业通过建立生态学、地学及农学等模型，采用地理信息系统、全球定位系统及遥感技术等对农业生产过程中各项活动进行精准定位，并进行精细管理，以实现农业生产的集约化和信息化。 精准农业技术特点：①精准播种。将精准种子工程与精准播种技术有机结合，使精准播种机播种均匀、精量播种、播深一致。精准播种技术既可以节约大量优质种子，又可使作物在田间获得最佳分布，为作物生长发育创造最佳环境，大大提高作物对营养和太阳能的利用率。②精准施肥。根据不同地区、不同土壤类型及土壤中各种养分的盈亏情况，作物类别和产量水平，将氮、磷、钾和多种可促进作物生长的微量元素与有机肥加以科学配比与施肥，既可以减少因过量施肥造成的环境污染和农产品质量下降，又可降低成本。③精准灌溉。根据不同作物不同生育期间土壤墒情和作物需水量，实施实时精量灌溉，大大节约水资源，提高水资源利用率。④精准收获。利用精准收获机械做到颗粒归仓，同时可根据一定标准准确分级。 20世纪90年代我国开始精准农业的应用研究，但因国内农业的特殊性及农业技术较低的因素，难以大面积应用推广。在技术成熟与成本下降、国内农业面临人力不足、农田灌溉浪费与缺水并存、农业科技投入不足且农业耕作粗放的背景下，精准农业成为我国农业转型升级的风向标。 尖端技术引领精准农业1.全球导航卫星系统。卫星导航定位技术在农业机械控制中的应用主要包括变量施肥播种机、联合收割机和无人驾驶拖拉机等，还可用于精准喷药和精准灌溉系统等。在精准农业中，应用全球导航卫星系统可实现农田信息的数字化和可视化管理应用。技术人员利用全球导航卫星系统手持机，获得农田的地理位置信息，快速、高效、准确地量算出作业面积等参数；然后与田间的各种信息结合，形成肥力分布图、病虫害分布图等专题图和处方图，用于农作物科学施肥、病虫害防治和估产等。 2.移动设备。目前，大多数涉足移动设备市场的精准农业生产商都致力于扩展移动设备的功能。他们在将信息提供给种植者的过程中尊崇“20分钟法则”，即用户在收到数据后20分钟内，必须能将技术数据转化为用于生产的指导性数据。 3.机器人技术。农业机器人承担多项重任，例如种植大棚作物和修剪葡萄园等。远程控制技术最大限度地推动了自动设备的发展，例如可以连接拖拉机的谷物车系统，能够自动在大田中以一定的安全距离跟随联合收割机前进。操作员只需在大田外面，通过平板电脑的App来进行管理。 4.精准灌溉。种植者可以利用新型遥感勘测系统，远程监视并控制灌溉系统的每个方面，包括节约水资源、时间和能源及降低对设备的磨损。精密移动滴灌系统是精准灌溉的另一重大发明，喷施线通过中间枢纽或者线性移动灌溉系统在大田中前进，整合的喷施器喷出统一的形状，均匀覆盖整个灌溉目标区域，直接将水喷到土壤表面，消除了蒸发和刮风引起的漂移等因素，使更多的水到达作物根部。 5.物联网。通过一个进入互联网（或者互相连接）的开关连接所有设备，精准农业中互相连接的部件包括大田探测器和用于大田监测的空中、卫星图像，其中大田探测器用于记录实时气象、土壤湿度及温度数据。 6.无线感应器。无线感应器在精准农业中用途广泛，可采集土壤水分数据、土壤紧实程度、土壤肥力、环境温度、叶片面积指数、作物水分状态、当地气象数据、病虫草害感染等信息。 7.变量播种技术。与变量施肥略有不同，变量播种需要依赖种植者获取精确数据的能力，对种子本身有所了解。虽然目前实施该技术的种植区域并不大，但可喜的是种植者收集数据用于变量播种的能力取得长足进展。 8.气象模型。对农业而言，也许没有像气象这种既重要而又完全无法预测的变量。如果拥有高级的气象模型，开发的许多重要技术将变得更加有价值。 他山之石：美国、以色列和英国经验1.美国：高级信息化精准农业。美国是世界上最早提出并实践精准农业的国家，也代表着这一领域先进的发展水平。20世纪90年代中期，美国就进行了土壤结构密度传感技术、土壤传导性技术、电磁感应技术等农业工程领域的研究，这些技术现在已经陆续在农业生产中使用，对土壤元素测定、农作物产量监测、施肥变量反应等耕作技术起到实质性推动。当前，美国60%～70%的农场都采用了精准农业技术。 美国精准农业发展模式的核心是技术层面，将现代化的信息技术、农业技术与工程技术进行有机结合，通过农田地理信息系统提供的地理信息确定作物的最佳生产模型，决定依据不同作物的差异，采用卫星定位，智能机械，智能施肥、灌溉、喷洒农药等，最大限度地优化农业投入，保护农业生态环境及土地资源。 2.以色列：发达的温室技术与节水灌溉。20世纪70年代，以色列依据本国的自然资源条件，调整农作物种植结构，减少对土地资源要求高的粮食作物种植，积极发展温室技术，改种产值高的作物，大大改善了其农业生产状况。以色列大部分地区干旱少雨，土地贫瘠，提高水资源的利用率是以色列解决农业发展的最大问题。20世纪中期，以色列政府开始大规模进行水利建设，将北部水源引入沙漠纵深，将地下水抽取连成全国网络，积极发展节水灌溉技术和水肥一体化技术。灌溉与施肥同时进行的精准技术是建立在对土壤品质及作物生长过程的监测之上，实现了节水、灌溉与平衡施肥的统一化。 3.英国：全面精准农业模式。近年来，由于气候变化和全球农业生产竞争加剧，英国农业收入波动明显。为了应对上述挑战，英国农业部门开始进行策略调整，利用大数据平台及最新科技成果，逐步向精准农业迈进，结合数字技术、传感技术和空间地理技术等，更为精准地进行农业生产。精准农业技术体系已应用于英国许多家庭农场的冬小麦、燕麦、大麦、大豆、甜菜和马铃薯等作物的生产管理。英国先进的精准农业技术体系系统而全面，包括全球定位系统、地理信息系统、空间技术与数据库、遥感系统、作物生产管理专家决策系统等各类信息技术的集成与应用。 基于精准技术设计的水稻施肥系统我国是水稻生产大国，但各水稻种植区都有其独特的土壤类型，肥力参差不齐。同时，在我国商业化种植的水稻中籼粳亚种并存，相同亚种内的品种繁多，而不同品种对肥料的需求存在差异。为了解决水稻生产过程中过量和盲目施肥的问题，提高肥料的利用效率，一种基于精准技术设计的水稻施肥系统能极大地节约肥料投入和提高产量，为农民实现增收提供技术支持。 1.设计原理。该水稻精准施肥系统是一系列集成化的智能化程序，以水稻专家数据库提供的专业知识进行模拟和推断，对水稻的精准施肥问题进行决策。该水稻科学施肥系统用采集氮、磷、钾元素的种类、数量及其比例关系的信息，以及对试验区域的土壤肥力变量、肥料投放数据进行分析和管理，建立该自然条件下的水稻科学施肥模型。在确定了肥料施用量和目标产量后，系统可设计出简单易行的施肥方案。 2.总体设计。水稻施肥控制系统由NXP系列微处理器LPC2138、核心控制元件、移动硬盘、ZLG7289A键盘及240160液晶显示屏等主要硬件组成。试验中的变量通过两种模型进行比较，设定允许的误差范围，用微处理器的输出结果作为结论。模型的输入端为土壤中的氮、磷、钾含量，再设定目标产量，输出端为氮、磷、钾肥施用量。该系统把地图信息与施肥方案链接，操作者在电脑上可以看到地图上任何一个田间单元地块的土壤类型、有机质含量及可供水稻吸收的氮、磷、钾含量等土壤肥力信息。 3.系统组成。用于支撑精细农业水稻施肥系统的技术包括地理信息系统、遥感技术、产量分布图生成系统、变量施肥技术、农田信息采集技术、决策支持系统、智能化施肥机械。 4.应用结果分析。传统农业模式在高、中、低3种肥力的田块中所投入的肥料较多，以氮肥为例，其在低产田中施用的纯氮达到10千克/公顷，在中高产田中的施肥量相对较少；但相比精准农业模式的施肥量仍然高出至少7%，这无疑增加了生产成本。另外，精准农业的施肥模式在中低产田中大幅降低肥料施用量，水稻单株有效穗数的差别不明显，仅在低产田中显著增加。精准施肥模式下的水稻结实率普遍升高，在中高产田中达到显著水平。3种性状中，水稻产量所受施肥模式的影响最为明显，精准施肥模式下3种田块中的产量显著增加，在中产田中达到极显著水平。精准施肥模式对水稻单个产量组成性状的影响并不明显，但是能引起最终产量的大幅变化，说明其对水稻的影响是多方面的。 精准农业任重道远随着经济全球化的深入，世界各国的日常交流更加普遍。许多农业大国的农产品流入我国市场，给我国农业发展造成不小冲击。在农业生产中加强精准农业技术推广，有效监管农作物的生长，减少病虫害等不利因素，最终使农作物丰产，生产质量符合预期。当农产品质量有充分保障，就能有效应对外来农产品的冲击。 精准农业不仅能提高农产品质量，有利于提高农民收入，而且还能有效提高土地资源利用率。精准农业技术的推广能从根本上改变传统农业靠天吃饭的状态，使农业发展的产业结构得到有效升级。因此，实施精准农业任重道远。 （邓进利/文；网络/图） |
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