精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系的研究進(jìn)展與展望

圖妮薩古麗.赫依提 尼亞孜古麗·烏魯格 祖力比依木·吐爾遜

摘 要：隨著我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)逐步成為我國農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，提高農(nóng)業(yè)綜合能力，帶動(dòng)增加農(nóng)民增收的必然要求。本文對我國精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系以及發(fā)展現(xiàn)狀和今后發(fā)展方向進(jìn)行闡述，旨在為今后我國精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供依據(jù)和方向參考。

關(guān)鍵詞：精準(zhǔn)農(nóng)業(yè);技術(shù)體系;研究進(jìn)展;展望

一、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的含義

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的新潮流，是由信息技術(shù)支持的根據(jù)空間變異，定位、定時(shí)、定量地實(shí)施一整套現(xiàn)代化農(nóng)事操作技術(shù)與管理的系統(tǒng)。其是將遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等高科技與地理學(xué)、農(nóng)業(yè)、生態(tài)學(xué)、植物生理學(xué)、土壤學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科有機(jī)地結(jié)合，實(shí)現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程中對農(nóng)作物、土地、土壤從宏觀到微觀的實(shí)時(shí)監(jiān)測，以實(shí)現(xiàn)對農(nóng)作物生長、發(fā)育狀況、病蟲害、水肥狀況以及相應(yīng)的環(huán)境狀況進(jìn)行定期信息獲取和動(dòng)態(tài)分析，通過診斷和決策，制定實(shí)施計(jì)劃，并在GPS和GIS集成系統(tǒng)支持下進(jìn)行田間作業(yè)的信息化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)。

二、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的技術(shù)體系

1、全球定位系統(tǒng)（GPS）

GPS（Global positioning system）是一種高精度、全天候、全球性的無線電導(dǎo)航、定位、定時(shí)系統(tǒng)。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)廣泛采用了GPS系統(tǒng)用于信息獲取和實(shí)時(shí)的準(zhǔn)確定位。為了提高精度廣泛采用了DGPS（Differential Global Positioning System）技術(shù)，即所謂“差分校正全球衛(wèi)星定位技術(shù)”。它的特點(diǎn)是定位精度高，根據(jù)不同的目的可自由選擇不同精度的GPS系統(tǒng)。DGPS在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的作用有：一是精確定位，農(nóng)業(yè)機(jī)械可以將作物需要的肥料送到準(zhǔn)確位置，也可以將農(nóng)藥噴灑到準(zhǔn)確位置。二是田間作業(yè)自動(dòng)導(dǎo)航，測量地形起伏狀況，它通過差分GPS系統(tǒng)進(jìn)行精確定位和高度測量，利用GIS記錄與顯示聯(lián)合收割機(jī)當(dāng)前作業(yè)位置和土地單位面積的產(chǎn)量和微地形起伏狀況。

2、地理信息系統(tǒng)（GIS）

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)離不開GIS（Geographical Information System）的技術(shù)支持，它是構(gòu)成農(nóng)作物精準(zhǔn)管理空間信息數(shù)據(jù)庫的有力工具，田間信息通過GIS系統(tǒng)予以表達(dá)和處理，是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實(shí)施的重要一步。GIS作為容器的作用將專家系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)等組合起來，其綜合處理通過遙感系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)獲得的環(huán)境及相關(guān)書籍和各種環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)。

GIS主要用于建立農(nóng)田土地管理、土壤數(shù)據(jù)、自然條件、生產(chǎn)條件、作物苗情、病蟲草害發(fā)生發(fā)展趨勢、作物產(chǎn)量等的空間信息數(shù)據(jù)庫和進(jìn)行空間信息的地理統(tǒng)計(jì)處理、圖形轉(zhuǎn)換與表達(dá)等。

3、遙感系統(tǒng)（RS）

遙感技術(shù)（Remote Sensing）是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)田間信息獲取的關(guān)鍵技術(shù)，為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)提供農(nóng)田小區(qū)內(nèi)作物生長環(huán)境、生長狀況和空間變異信息的技術(shù)要求。遙感技術(shù)可以利用高分辨率（米級分辨率）傳感器，在不同的作物生長期，實(shí)施全面監(jiān)測，根據(jù)光譜信息，進(jìn)行空間定性、定位分析，為定位處方農(nóng)作提供大量的田間時(shí)空變化信息。

遙感在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的主要用途：獲取小區(qū)域長勢與背景的差異，從而提供精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實(shí)施定位處方農(nóng)作所需的信息。利用遙感技術(shù)在作物生長不同階段進(jìn)行觀測，獲得不同時(shí)間序列的圖像，農(nóng)田管理者可以通過遙感提供的信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)作物生長出現(xiàn)的問題，采取針對措施進(jìn)行田間管理（如施肥、噴施農(nóng)藥等）。管理者可以根據(jù)不同時(shí)間序列的遙感圖像，了解不同生長階段中作物的長勢，提前預(yù)測作物產(chǎn)量。

4、決策支持系統(tǒng)（DSS）

它的核心內(nèi)容是用于提供作物生長過程模擬、投入產(chǎn)出分析與模擬的模型庫;支持作物生產(chǎn)管理的數(shù)據(jù)資源的數(shù)據(jù)庫;作物生產(chǎn)管理知識、經(jīng)驗(yàn)的集合知識庫;基于數(shù)據(jù)、模型、知識庫的推理程序;人機(jī)交互界面程序等。

精細(xì)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系中，DSS根據(jù)作物生長、作物栽培、經(jīng)濟(jì)分析、空間分析、時(shí)間序列分析、統(tǒng)計(jì)分析、趨勢分析以及預(yù)測分析等模型，綜合土壤、氣候、資源、農(nóng)用物資及作物生長有關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行決策，結(jié)合農(nóng)業(yè)專家知識，對不同的決策目標(biāo)分別給出最優(yōu)方案，用以指導(dǎo)田間操作。

5、信息采集與處理技術(shù)（CDS）

信息采集與處理技術(shù)是獲取各種信息的重要手段。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的實(shí)現(xiàn)首先在于認(rèn)識農(nóng)田小區(qū)內(nèi)農(nóng)作物生長環(huán)境和生長情況的差異，而這必須依賴于各種先進(jìn)的傳感器，如土壤容重、土壤堅(jiān)實(shí)度、土壤含水量、土壤pH值、土壤肥力（N、P、K含量）、大氣溫度、大氣濕度、風(fēng)速、太陽輻射、作物生長情況、作物產(chǎn)量等各種類型傳感，主要用于產(chǎn)量數(shù)據(jù)采集、土壤數(shù)據(jù)采集、苗情、病蟲草害數(shù)據(jù)采集和其它數(shù)據(jù)采集。

6、智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化（IAM）

農(nóng)業(yè)機(jī)械IAM是實(shí)現(xiàn)精細(xì)農(nóng)業(yè)的重要設(shè)備。智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械首先必須利用DGPS技術(shù)實(shí)現(xiàn)精確定位，然后必須根據(jù)田間處方圖生成的智能控制軟件，針對農(nóng)田小區(qū)存在的差異自動(dòng)執(zhí)行分布式投入決策。各種智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械有：帶DGPS和產(chǎn)量傳感器的聯(lián)合收割機(jī)、自動(dòng)控制精度平地機(jī)、自動(dòng)控制精密播種機(jī)、自動(dòng)控制施肥機(jī)、自動(dòng)控制施藥機(jī)等。

三、我國精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系發(fā)展現(xiàn)狀

1、發(fā)展現(xiàn)狀

我國在1994年就提出在我國進(jìn)行精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究應(yīng)用的建議，但是由于當(dāng)時(shí)條件的限制，并沒有引起有關(guān)部門的重視。近幾年我國精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)有力迅速發(fā)展，但目前我國關(guān)于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用仍處于起步階段。如國家在863計(jì)劃中已列入精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的內(nèi)容，國家計(jì)委和北京市政府共同出資在北京打造精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)示范區(qū)。東北墾區(qū)近兩年已分別引進(jìn)了CASE和John Deere公司生產(chǎn)的，帶產(chǎn)量監(jiān)視器的谷物聯(lián)合收割機(jī)各一臺，華南農(nóng)大引進(jìn)了一臺帶DGPS和FieldStar農(nóng)田之星的Massey Fegurson拖拉機(jī)，著手開展引進(jìn)技術(shù)的試驗(yàn)研究。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)精細(xì)農(nóng)業(yè)研究中心、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院土肥所、浙江太學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院、西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位，近兩年來先后引進(jìn)了DGPS、GIS、RS設(shè)備開展了有關(guān)的研究工作。

2、限制因素

（1）中國農(nóng)田類型多樣，分布零星。中國大部分農(nóng)田處在丘陵地區(qū)，雖有大片的平原，但不多，主要集中在北方;南方農(nóng)田分散在丘陵、山區(qū)或半山區(qū)間，田塊破碎，高低不平，由拖拉機(jī)牽引及灌溉、翻耕、施肥于一體的聯(lián)合作業(yè)機(jī)械在這樣的地區(qū)很難實(shí)施。

（2）農(nóng)戶組織松散，農(nóng)戶土地經(jīng)營規(guī)模小，人均耕地?cái)?shù)量少，很難實(shí)現(xiàn)某個(gè)作物的大面積種植。

（3）精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)投資巨大。目前，中國農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，農(nóng)村貧困，相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)仍然是小農(nóng)經(jīng)濟(jì)占主導(dǎo)成分，這種情況下，高投入的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在中國的絕大部分農(nóng)業(yè)區(qū)還難以付諸實(shí)施。

（4）我國農(nóng)業(yè)信息化水平有待于發(fā)展，相應(yīng)的組件要進(jìn)口，費(fèi)用高，農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平低，一時(shí)很難全面推廣精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)。

（5）缺乏相應(yīng)的配套政策來實(shí)行精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)后解決農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力的安置。

四、我國精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系發(fā)展方向

目前中國實(shí)施精確農(nóng)業(yè)可以分為三個(gè)階段，采用三種模式。

三個(gè)階段即：第一階段，引進(jìn)、試驗(yàn)、示范階段。要根據(jù)中國實(shí)際，引進(jìn)必要的技術(shù)和裝備，建立試驗(yàn)示范點(diǎn)，探索精確農(nóng)業(yè)規(guī)律和技術(shù)，摸索經(jīng)驗(yàn);第二階段將試驗(yàn)示范工作擴(kuò)展到大型國營農(nóng)場和種植業(yè)專業(yè)戶或種田能手，特別要注重灌輸實(shí)施精確農(nóng)業(yè)的概念和方法，進(jìn)一步探索規(guī)律和積累經(jīng)驗(yàn);第三階段，在多點(diǎn)試驗(yàn)示范基礎(chǔ)上，形成中國特色的“精確農(nóng)業(yè)模式”，并在部分地區(qū)形成實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化

三種模式即：（1）利用GIS技術(shù)，在空間定位數(shù)據(jù)框架下將每塊地的土壤類型、質(zhì)地、pH值、有機(jī)質(zhì)含量、地下水平均水位等相對靜態(tài)的數(shù)據(jù)事先輸入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，構(gòu)建接收各種定位動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的接口，為定位定量施肥灌溉準(zhǔn)備條件。（2）將信息技術(shù)與現(xiàn)有農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)施如自動(dòng)控制的噴灌設(shè)施、化肥與農(nóng)藥的播灑機(jī)械結(jié)合起來，將定位定量灌溉、施肥、噴藥落到實(shí)處，成為一整套切實(shí)可行的精確農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程。（3）針對當(dāng)前家庭聯(lián)產(chǎn)承包分散經(jīng)營的體制，積極推廣應(yīng)用新技術(shù)，建立適合小規(guī)模分散經(jīng)營體制的精確農(nóng)業(yè)養(yǎng)分信息管理模式。

今后重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域有：一是發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息技術(shù);二是實(shí)施精準(zhǔn)灌溉，提高水資源利用率;三是實(shí)施精準(zhǔn)施肥，提高化肥資源利用率;四是發(fā)展精準(zhǔn)設(shè)施農(nóng)業(yè)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 姚敏娜. 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系的研究進(jìn)展與展望[J]. 農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備，2018（12）：43+72.