我國精準農業(yè)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展對策

　　摘要:精準農業(yè)作為現(xiàn)代化農業(yè)生產模式已在國際上形成了廣泛共識。本文闡述了精準農業(yè)的概念和發(fā)展精準農業(yè)的意義，介紹了國內精準農業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀和技術實施方法，并就我國精準農業(yè)的發(fā)展提出了幾點建議。

　　關鍵詞:精準農業(yè);研究進展;發(fā)展方向

　　我國農業(yè)資源約束日益突出，農業(yè)生態(tài)環(huán)境退化加劇，化肥占農業(yè)生產成本25%以上，但利用率僅為30%～35%，遠低于發(fā)達的50%～60%，不僅造成了經濟上的巨大損失，更帶來了嚴重的地下水污染和生態(tài)環(huán)境破壞。國內外研究表明，精準變量施肥可使多種作物平均增產8.2%～19.8%，降低總成本約15%，化肥施用量減少約20%～40%，土壤理化性質得到改善。因此，解決上述問題的最佳途徑是大范圍地推廣應用按需變量施肥的精準農業(yè)和測土配方施肥技術。

　　1精準農業(yè)及其在我國的實踐與發(fā)展

　　精準農業(yè)［1～5］又稱精細農業(yè)，它以信息技術為基礎，根據(jù)田間每一操作單元的具體條件，定位、定時、定量地調整土壤和作物的各項管理措施，最大限度地優(yōu)化各項農業(yè)投入的量、質和時機，以期獲得最高產量和最大經濟效益，同時兼顧農業(yè)生態(tài)環(huán)境，保護土地等農業(yè)自然資源。

　　精準農業(yè)技術是基于信息技術、生物技術和工程裝備技術等一系列科學技術成果上發(fā)展起來的一種新型農業(yè)生產技術，由全球定位系統(tǒng)、農田信息采集系統(tǒng)、農田遙感監(jiān)測系統(tǒng)、農田地理信息系統(tǒng)、農業(yè)專家系統(tǒng)、智能化農機具系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、網絡化管理系統(tǒng)和培訓系統(tǒng)等組成。其核心技術是“3S”(即ＲS、GIS、GPS)技術［6，7］及計算機自動控制技術。遙感(ＲS)技術［8］的主要作用是農作物種植面積檢測及產量估算、作物生長環(huán)境信息檢測(包括土壤水分分布檢測、水分虧缺檢測、作物養(yǎng)分檢測和病蟲害檢測)、災害損失評估。地理信息系統(tǒng)(GIS)［9］是精細農業(yè)技術的核心。應用該系統(tǒng)可以將土地邊界、土壤類型、地形地貌、灌溉系統(tǒng)、歷年土壤測試結果、化肥和農藥使用情況、歷年產量等各種專題要素地圖組合在一起，為農田管理提供數(shù)據(jù)查詢和分析，繪制產量分布圖，指導生產。應用全球定位系統(tǒng)(GPS)可以精確定位水、肥、土等作物生長環(huán)境和病、蟲、草害的空間分布，輔助農業(yè)生產中的播種、灌溉、施肥、病蟲害防治工作。另外，農機具上安裝GPS系統(tǒng)還可以進行田間導航，實現(xiàn)變量作業(yè)。我國在1994年就有學者進行精細農業(yè)的研究。“十五”科技戰(zhàn)略重點將發(fā)展精準農業(yè)技術、提高農業(yè)生產水平作為重中之重，并首次在“863”計劃中支持研究機構進行精準農業(yè)技術自主創(chuàng)新。目前一些地區(qū)已經將精細農業(yè)引入生產實踐中，在北京、上海、黑龍江以及新疆一些地區(qū)建立起一批精細農業(yè)示范基地，并取得了可觀的經濟效益。

　　2國內精準農業(yè)技術研究現(xiàn)狀

　　從技術角度來看，完整的精細農業(yè)技術由土壤及作物信息獲取、決策支持、處方生成、精準變量投入四個環(huán)節(jié)組成(圖1)。信息獲取技術、信息處理與分析技術、田間實施技術是精準農業(yè)不可或缺的組成部分，三者有機集成才能實現(xiàn)精準農業(yè)的目標。

　　2.1土壤及作物信息獲?。?0，11］由全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)獲得的定位信息、遙感系統(tǒng)(ＲS)獲得的遙感信息和基礎、動態(tài)信息構成了農業(yè)生物環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)信息。

　　2.1.1土壤環(huán)境信息的獲取

　　(1)土壤養(yǎng)分信息的獲取:土壤養(yǎng)分的快速測量一直是精準農業(yè)信息采集的難題。目前主要的測量儀器一是基于光電分色等傳統(tǒng)養(yǎng)分速測技術的土壤養(yǎng)分速測儀，其穩(wěn)定性、操作性和測量精度雖然尚待改進，但對農田主要肥力因素的快速測量具有實用價值。如河南農業(yè)大學開發(fā)的YN型便攜式土壤養(yǎng)分速測儀［12］，相對誤差為5%～10%，盡管每個項目測試所需時間仍在40～50min，但較傳統(tǒng)的實驗室化學儀器分析在速度上提高了20倍。二是基于近紅外(NIＲ)多光分析技術、極化偏振激光技術、離子選擇場效應晶體管(ISFET)集成元件［13，14］的土壤營養(yǎng)元素快速測量儀器，相關研究己取得初步進展，有的已裝置在移動作業(yè)機上支持快速信息采集。

　　(2)土壤水分信息的獲取:土壤水分的測量是精細農業(yè)實施節(jié)水灌溉的基礎。目前常用的水分測量方法有基于時域反射儀(TDＲ)原理的測量方法、基于中子法技術的測量方法、基于土壤水分張力的測量方法和基于電磁波原理的測量方法［15］。

　　(3)土壤電導率信息的獲取:土壤電導率能不同程度地反映土壤中的鹽分、水分、有機質含量、土壤質地結構和孔隙率等參數(shù)的大?。?6，17］。有效獲取土壤電導率值對于確定各種田間參數(shù)時空分布的差異具有重要意義?？焖贉y量土壤電導率的方法有電流－電壓四端法和基于電磁感應原理的測量方法。

　　(4)土壤pH值的獲取:目前適合精細農業(yè)要求的pH值檢測儀器主要有光纖pH值傳感器和pH－ISFET電極［18～21］。光纖pH值傳感器雖然易受環(huán)境干擾，但在精度和響應時間上基本能滿足田間實時快速采集的需要?；趐H－ISFET電極的測量方法具有良好的精度和較短的響應時間，但易受溫度影響，需要溫度補償，且電極的壽命較短。

　　(5)土壤耕作層深度和耕作阻力:圓錐指數(shù)CI(ConeIndex)可以綜合反映土壤機械物理性質，表征土壤耕作層深度和耕作阻力［22］。圓錐指數(shù)CI是用圓錐貫入儀(簡稱圓錐儀)來測定的。圓錐儀的研制工作不斷發(fā)展，從手動貫入到機動貫入，從目測讀數(shù)到電測記錄，出現(xiàn)了多種多樣的圓錐儀。

　　2.1.2作物生長信息的獲取

　　作物生長信息包括作物冠層生化參數(shù)(葉綠素含量、作物水分脅迫和營養(yǎng)缺素脅迫)、植物物理參數(shù)(如根莖原位形態(tài)、葉片面積指數(shù))等。作物長勢信息是調控作物生長、進行作物營養(yǎng)缺素診斷、分析和預測作物產量的重要基礎和根據(jù)。主要方法有三種:一是從宏觀角度利用ＲS遙感的多時相影像信息研究植被生長發(fā)育的節(jié)律特征［23］。二是在區(qū)域或田塊的尺度上，近距離直接觀測分析作物的長勢信息。三是基于地物光譜特征間接測定作物養(yǎng)分和生化參數(shù)。

　　2.2決策支持與處方生成

　　分析決策系統(tǒng)［31］主要包括地理信息系統(tǒng)(GIS)、作物生產函數(shù)或生長模型和決策系統(tǒng)三部分，決定變量施肥效果［14］。

　　3國內精準農業(yè)發(fā)展對策

　　3.1宣傳普及，提升對精準農業(yè)的認識

　　精準農業(yè)技術本身能帶來可觀的經濟效益和社會生態(tài)效益，同時對提高農民收入、減少農民勞動強度、改善環(huán)境質量等有非常重要的作用。精準農業(yè)技術的推廣應用涉及精準農業(yè)技術本身的發(fā)展、農業(yè)機械化水平、農業(yè)技術培訓、農民承擔生產風險的能力等，其中農業(yè)技術培訓是推廣應用過程中的關鍵。由于農民獲得信息的渠道有限，只有通過農業(yè)技術培訓，農民才能認識到精準農業(yè)技術的優(yōu)點并在技術培訓過程中掌握這項技術，精準農業(yè)技術才能在生產實踐中大范圍地推廣應用。

　　3.2完善精準農業(yè)的配套技術

　　通過測土配方和相應的變量施肥技術，改變農民傳統(tǒng)施肥觀念，根據(jù)土地的肥力現(xiàn)狀按需變量配合施用肥料，提高肥料利用率，減少面源污染，增產增收。做好精準農業(yè)資料收集和信息標準化工作，應用3S技術建立農作物品種、栽培技術、病蟲害防治等技術信息網絡以及農業(yè)科研成果、新材料等科研信息網絡，實現(xiàn)農業(yè)資源的社會化、產業(yè)化。

　　4結束語

　　精準農業(yè)的發(fā)展在我國尚處于起步階段，面臨諸多問題與困難。而且我國土地相對分散，技術落后，環(huán)保意識不強，在相當長的時期內仍然是小農經濟占主導成分。因此建立一個集資源化、信息化、知識化、生態(tài)化于一體的全方位生態(tài)系統(tǒng)，走具有特色的精準農業(yè)發(fā)展之路，是我國農業(yè)發(fā)展的必然?！吨虚L期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006～2020年)》中明確把農業(yè)精準作業(yè)與信息化作為農業(yè)領域科技發(fā)展的優(yōu)先主題，精準農業(yè)對提高我國農業(yè)現(xiàn)代科技水平具有重要作用，具有廣闊的發(fā)展前景。

　　參考文獻:

　　［1］汪懋華.“精細農業(yè)”發(fā)展與工程技術創(chuàng)新［J］.農業(yè)工程學報，1999，15(1):1－8.

　?。?］汪懋華.發(fā)展精細農業(yè)的思考［J］.農機科技推廣，2002，2:4－6.

　　［3］汪懋華.“精細農業(yè)”的實踐與農業(yè)科技創(chuàng)新［J］.軟科學，1999，4:21－25.

　?。?］趙春江，薛緒掌，王秀，等.精準農業(yè)技術體系的研究進展與展望［J］.農業(yè)工程學報，2003，19(4):7－12.

　?。?］劉微，趙同科，方正，等.精準農業(yè)研究進展［J］．安徽農業(yè)科學，2005，33(3):506－507.

　?。?］母金梅，申志永.3S技術在我國農業(yè)領域的應用［J］.農業(yè)工程，2011，1(2):68－70.

　　武軍，謝英麗，安丙儉

《我國精準農業(yè)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展對策》

上一篇：玉米聯(lián)合收割機的維護保養(yǎng)工作分析

下一篇：精準農業(yè)教學問題分析與改革探究