探讨精准农业技术在中国农业发展中的作用

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安徽农业科学,JournalofAnhuiAgri.Sci.2008,36(25):11126-11128　　　　　　　　　　　　　　　　　　责任编辑　张志转　责任校对　张士敏

探讨精准农业技术在中国农业发展中的作用

朱明1,熊元1,吴亚雄2,章伟雄13　(1.贵州省农业科学院,贵州贵阳550006;2.贵州省安顺市西秀区农业局,贵州安顺561000)

摘要　阐述了精准农业技术在我国农业发展中发挥的作用,并指出今后的发展方向,以期为我国农业的健康发展提供依据。关键词　精准农业技术;遥感系统;地理信息系统;全球定位系统中图分类号　S127　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2008)25-11126-03

StudyontheEffectofPrecisionAgricultureTechnologyinChineseAgriculturalDevelopmentZHUMingetal　(GuizhouAcademyofAgriculturalScience,Guiyang,Guizhou550006)

Abstract　Theeffectsofprecisionagriculturetednnologyweredescribed,andforChineseagriculturaldevelopment.Keywords　Precisionagriculturetechnology;Remotesensingsystem

　　精准农业(PrecisionAgriculture)新潮流,是以信息为基础,术,完整、,结合精统。一,代表了21世纪全球农业发展的方向[1],是农业的一场革命,是面向21世纪农业的新技术,对我国农业生产产生了深远影响。笔者阐述了精准农业在我国农业发展中发挥的作用,并指出今后的发展方向,以期为我国农业的健康发展提供依据。

1　精准农业的涵义及技术支柱

1.1　涵义　精准农业是由信息技术支持的根据空间变异,

使用现状等信息。③全球定位系统(GPS)。GPS是利用地球上空的通讯卫星、地面上的接收系统和用户设备等组成的高精度、全天候、全球性的精确定位系统。GPS是精准农业的基础,主要用于实时、快速地进行田间信息的采集和田间操作的精确定位,在精准农业中发挥了重要作用,为农田信息定位,指挥农机行走和农机作业,同时对周边环境进行不定期监测定位,为农业专家系统提供有益的空间信息[4-5]

2　国内外精准农业发展概况

2.1　国外发展概况　美国是精准农业的发起者,大约在20

世纪70年代起步,并于20世纪80年代初提出精准农业的概念和设想,90年代初开始逐步应用于生产。经多年发展,一些技术和设备已经成熟或成型,但尚未系统化,总体还处于研究发展阶段。美国实施精准农业是根据需要、经济、实用的原则来进行的。1993～1994年,美国明尼苏达州农场进行了精准农业技术试验,取得了巨大的成功,用GPS指导施肥的作物产量比传统平衡施肥作物产量提高30%,而且减少了化肥施用总量,经济效益大大提高[6];1995年,美国约有5%的耕地面积不同程度地应用了精准农业技术[7];1998年对美国精准农业服务商和种子公司的调查显示,77%的用户都采用了精准农业技术。

目前,世界上一些发达国家精准农业的实践已涉及到配方施肥、精量播种、病虫害防治、杂草清除、收获作业和水分管理等相关领域,诸如荷兰的无土栽培切花生产、日本的水培蔬菜生产、美国的生菜生产线、欧共体国家和北美国家的计算机管理奶牛场等均已基本实现了精准化[8]。以色列气候干旱、水资源紧张,由于采用了先进的精准农业灌溉技术,根据作物生长阶段和气候条件等因素,定时、定量、定位供水,极大地提高了水的利用率,水肥利用率达到90%[9]。由于3S技术的应用,进行农情监测和产量预测已达到更加精准的程度,所用设备的数量和精度都在提高。目前全球已有数万台“产量监测器”投入使用,有的还直接装在收获机械上。

2.2　国内发展概况　我国农业发展历史悠久,经历了原始

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,其基本涵义是根据作物生长的土壤性状,调节对作物的投入,即一方面查清田块内部的土壤性状与生产力空间变异,另一方面确定农作物的生产目标,进行定位的“系统诊断、优化配方、技术组装、科学管理”,调动土壤生产力,以最少的或最节省的投入达到同等收入或更高的收入,并改善环境,高效地利用各类农业资源,取得经济效益和环境效益。

1.2　技术支柱　①遥感系统(RS)。由传感器、载体和指挥

系统等3部分组成[1-3]。农业遥感技术是现代航空技术、计算机技术等相结合的产物,是人类从空间对地球进行观察的手段。RS对各种物体如土地、河流水系、农作物等进行观测,使人们快速获得相关农业信息,其准确性比人工预报大大提高。②地理信息系统(GIS)。是基于计算机、数据库技术的数据管理技术。人们使用的地形图、专业图和文字表示的各种地理要素,储存在计算机内,通过计算机及数据库管理软件,可以对有关内容进行快速查询、评估、分析、更新、修改、存档、传输等。通过GIS可快速检索各点的土壤、空气等农业状况,再据此采取措施,有针对性的运用精准农机进行操作。如北京市基本农田管理信息系统收纳了整个北京郊区所有耕地现状及其属性信息,使农业工作者通过计算机可

基金项目　贵州省科技平台建设专项[黔科合条P(2005)4001];国家科

技支撑计划[2006BAD05B06206];贵州省农业科技攻关项目[黔科合nz字(2007)3002号];IPNI科技项目。

作者简介　朱明(1958-),男,河南西平人,助理研究员,从事科研条

件、作物种质资源管理。3通讯作者。

收稿日期　2008207223

农业、传统农业、石油农业等阶段。近年来,我国农业吸取“石油农业”的教训,正向知识高度密集型的现代农业发展,相继出现了“有机农业”、“生态农业”、“持续农业”、“精准农业”等替代型现代农业,而精准农业的出现也为现代农业的

36卷25期　　　　　　　　　　　　　　朱明等　探讨精准农业技术在中国农业发展中的作用11127

发展指明了方向。

我国“精准农业”技术的应用较发达国家要落后20年以上,甚至有些地方还是一片空白。近年来,信息技术飞速发展,其在农业上的应用也得以重视。目前,我国北京、上海等地已开展了精准农业的研究应用,例如,在京郊小汤山精准农业基地,由北京师范大学遥感与地理信息系统研究中心、中国科学院地理科学与资源研究所热红外遥感实验室以及北京市农林科学院联合实施的大型定量遥感联合试验和北京农业信息技术研究中心,根据国家973项目与精准农业示范项目的总体要求,在小麦病害的高光谱遥感检测和预测预报试验等方面,都取得了大量试验数据。但目前我国关于精准农业的研究应用还处于起步阶段[10-11]。

3　精准农业在我国农业发展中的作用

仅形成大气污染源,且同过量的磷向水体淋溶,形成水体富营养化。实施精准农业可以减少因农业化学物质滥用造成的环境污染,是保持农业可持续发展的有效途径。

3.4　有利于促进农民生产观念转变、生产技术和素质的提

高　精准农业使农业劳动力的就业结构发生变化,从事密集型农业生产的劳动力逐渐减少,农民的知识结构也将从根本上得到改变,这是突破千百年来形成的传统耕作观念的关键之一。“传统精耕细作”技术,,只是没,使实施基于知识和现代科技的分布式调控、达到田区内资源潜力的均衡利用和获取尽可能高的经济产量成为可能。精准农业技术可显著提高耕地的生产潜力,节约良种、化肥农药、能源和劳力的投入,并获得良好的经济效益。

3.5　有利于促进研究开发高新技术在农业领域的应用　精

我国是一个农业大国,繁,由于种种原因经验型的水平上,较为粗放、浪费大、效率低,精投入,存在成本高及破坏生态环境等问题。因此“,精准农业”技术的引进和应用会给我国农业发展带来新的机遇,为我国推广、应用和发展现代化农业起着示范和推动作用[12-14]。精准农业相对于传统农业的一个最大特点,就是通过高科技投入和管理,获取资源的最大节约和农业产出的最佳效益,其最重要的价值和意义就在于能够实现农业的科学化、标准化、定量化、高效化。

3.1　加速提升农业科技水平　我国农业的整体科技水平较

准农业的关键技术是实现采集地块作物收获量分布状况,生成小区产量分布图;根据田间作物生长条件的差别,以及田间土壤类型、水分、肥力、实测的产量分布图、作物栽培模型等,并综合专家知识决定如何操作处理地块内小区间的条件差别,对地块小区产量分布图进行分析,定义需要进行特殊处理的区域,分析形成决策方案,生成决策图;根据地块决策图生成控制指令,对变量作业机械进行调节与控制。农业机械的精确定位与变量作业,需要空间信息技术的支持,由于

GPS、GIS、RS与其他传感控制技术的发展,使变量机械的设

低,与世界发达国家还存在较大差距,如传统的灌溉、施肥技术和农药、除草剂的大量施用,不但造成生产成本的提高和资金的浪费,而且直接危害人畜健康,污染农产品、环境和水质。因此需要利用能够根据作物生长需求、田间杂草及病虫害分布情况,实现精确喷灌、施肥及定点喷药,减少成本和环境污染的自动控制机械与技术。例如用于除草的喷药机械要求较高的控制精度,能够利用计算机视觉技术进行杂草识别,进而控制喷药的地点与用量。精准农业是以高科技带动的农业科技创新技术体系,对于加速提升我国农业科技水平,促进我国农业现代化进程具有十分重要的意义。

3.2　进一步增强农产品竞争力,实现高效农业　精准农业

计成为可能。如带有谷物产量传感器的联合收割机能绘制产量分布图,带有GPS与测量谷物产量传感器的联合收割机能绘制小区产量分布图,这些产量分布图反映了地块小区的差异;用于除草的自动监控喷药机械,能够利用计算机视觉技术进行杂草识别、进而控制喷药的地点与用量;用于灭虫的喷药机械,需要相对定位,可以利用带GPS数据采集器绘制地块的病虫害分布图,作为喷药的依据;变量施肥播种机具,能根据土壤肥力的不同,自动调节施肥量,同时也能根据土壤水分、土壤温度的不同,自动调节播种深度。

4　精准农业的应用重点

是质量效益型农业,以优质高效为目标,追求以最少的投入实现优质、高产、高效。我国化肥利用率相当低,仅为30%～

40%,且氮、磷、钾肥施用比例不合理,中、微量元素缺乏的情

精准农业已成为合理利用农业资源、提高农作物产量和品质、降低生产成本、改善生态环境及农业可持续发展的前沿性农业科学研究热点之一。目前,我国农业仍处于由传统农业向现代农业转变的过程中,与国外精准农业条件比较,还存在诸多不利因素,例如,地形复杂,机械化和集约化水平不高,信息技术及其装备薄弱,农民素质不高等;此外,实施精准农业,前期的仪器、设备、装置等的成本投入相对过高,也影响了精准农业在我国的发展。因此,我国发展精准农业必须分步推行,从应用较为成熟、投资较小的阶段性成果开始,逐步配套提高精准程度。为此,在技术上,可先发展3S集成技术,开发应用软件,再研制智能控制的装备和农机具,在技术实施过程中,可先进行人工采集信息,常规机械操作,逐步过渡到半自动化、自动化作业;在推广上,应先在受自然

况没有得到及时纠正,氮肥损失率高达70%～80%,浪费十分严重,肥料的增产效益未能充分发挥,养分管理和施肥技术方面的研究基础更是薄弱。实施精准农业,可在作物田块内,依据特定小区的作物生长潜力投入不同水平的管理(变量播种、施肥、喷药等),提高化肥、农药的有效利用率,降低农用成本和作物中有毒物质的残留量,从而提高作物的产量和品质,增强农产品的竞争力,实现高效农业。

3.3　有效地保护环境,实现农业可持续发展　从我国近几

十年的农业发展来看,环境保护与农业发展间存在着一定的矛盾,且日益严重。目前中国农村化肥、农药、除草剂、农膜的大量使用已经造成了严重的面污染,例如过量的化学氮不

11128　　　　　　　　　　　　　安徽农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2008年

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条件影响小、时空差异不大和工业化程度较高的设施农业生产中应用,在大规模的农场和农业高新技术综合开发试验区实践,然后才向有条件的农村和农户渗透。这样,既可使我国的精准农业与国际接轨,又符合我国的国情,逐步形成自身特点。当前我国发展精准农业的重点应该是精确种子工程、精准播种、精准施肥、精准农药防治、精准灌溉、精准生育动态调控、精准收获及精准农产品加工等[15-18]。

5　结语

精准农业作为“数字地球”发展战略的切入点之一,在很多国家已经形成一种高新技术与农业生产相结合的产业,被认为是农业可持续发展的重要途径。虽然我国信息化建设的基础设施还比较薄弱,但从未来农业发展趋势看,中国也需要利用信息技术改造传统农业,信息化。因此,,况,,将是今后[19]参考文献

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(上接第11125页)台,带动武夷山的建设,建立城市支持农村、服务农村,旅游反哺农业的农村信息化建设的长效机制[4]。寿光市作为中国最大的蔬菜生产基地之一,以大棚种植蔬菜为特色,在充分发挥规模和市场优势提高生产效率和扩大出口的同时,积极推进信息技术的应用,例如,在互联网上寻找种植管理信息、发布供求信息、进行蔬菜网上交易等成为该地菜农生活的一部分。

4　小结

旅游功能、创汇功能和辐射功能的发挥,并进一步带动周边中小城市都市农业信息化的发展。因此生态观光型模式对大型城市的都市农业信息化发展更为有利。

大连把发展都市农业作为促进城市发展水平、实现传统城郊经济向现代农业转化、推动城乡经济融合、统筹城市经济和农村经济全面发展的有效途径。大连市农业由传统单一种植业逐步发展为集设施农业、旅游观光农业、休闲农业、绿色无公害农业和花卉产业以及出口创汇型农业的新农村发展格局。经济功能型都市农业信息化发展模式符合大连市对都市农业的定位和建设思路。

3.2　中小型城市　对中小城市来说,经济水平的提高是城

都市农业已成为城市发展中不可缺少的一个环节,而都市农业信息化有助于都市农业和现代农业的实现。在我国都市农业信息化的发展中,首先应根据各城市的发展水平和城市定位,选择和借鉴适合的都市农业信息化发展模式;其次以国家政策扶持和城乡统筹为基础,以现代农业信息技术应用为核心,以特大城市、城市群、大城市以及中小城市的链条式带头为途径,汇集社会各方面力量加强建设,实现农业管理、生产和经营等各环节的高水平信息化。参考文献

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市发展的首要环节,农业生产功能对城市的发展最为关键。其都市农业信息化的发展策略表现在借鉴周边大城市的建设经验,着力于农产品生产管理、农产品市场网络以及农业休闲旅游等信息化建设,注重发挥本地区都市农业的生产功能和创汇功能。因此经济功能型模式更适合中小城市都市农业信息化的发展。

福建省武夷山市充分利用其风景秀丽、历史悠久、人文荟萃等资源,以信息技术为手段,以“数字武夷”为平台,全面展现武夷山社会新农村建设成果。通过资源整合、高位嫁接、模式创新,以电子商务和科技服务等系统为交流平

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