小議精細(xì)農(nóng)業(yè)理論在我國(guó)的應(yīng)用與實(shí)踐

楊　明　馮昌偉

摘要：“精細(xì)農(nóng)業(yè)”是綜合應(yīng)用地球空間信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助決策技術(shù)、農(nóng)業(yè)工程技術(shù)等現(xiàn)代高新科技，以獲得農(nóng)田“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高級(jí)”的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式和技術(shù)體系。是運(yùn)用全球定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、傳感器及檢測(cè)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制器及變量執(zhí)行設(shè)備等信息技術(shù)，對(duì)大田農(nóng)作物生產(chǎn)和畜牧生產(chǎn)實(shí)施監(jiān)控，從而提高作物和畜牧產(chǎn)量和質(zhì)量，最大限度地保護(hù)生態(tài)環(huán)境，保證農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。本文結(jié)合我國(guó)國(guó)情，提出了在我國(guó)逐步實(shí)施“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)方案。

關(guān)鍵詞：精細(xì)農(nóng)業(yè)信息技術(shù)含義組成應(yīng)用

0引言

隨著生物遺傳育種技術(shù)的進(jìn)步，耕地面積的擴(kuò)大，化學(xué)肥料及農(nóng)藥的大量使用，世界農(nóng)業(yè)取得了長(zhǎng)足發(fā)展。但這種農(nóng)業(yè)增長(zhǎng)模式也同時(shí)帶來(lái)了水土流失、生態(tài)環(huán)境惡化、水資源浪費(fèi)、生物多樣性遭到破壞等一系列問題。為了解決這些問題，“精細(xì)農(nóng)業(yè)”的概念和技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。長(zhǎng)期以來(lái)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都是以田塊為基礎(chǔ)，把耕地看作是具有作物均勻生長(zhǎng)條件的對(duì)象進(jìn)行管理，如利用統(tǒng)一的耕作、播種、灌溉、施肥、噴藥等農(nóng)藝措施，滿足于獲得農(nóng)場(chǎng)或田塊的平均產(chǎn)量。實(shí)際上，在同一農(nóng)田內(nèi)，有許多因素影響著作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量，存在著明顯的時(shí)空差異性。

1精細(xì)農(nóng)業(yè)技術(shù)組成

1.1數(shù)據(jù)采集技術(shù)“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)是通過(guò)產(chǎn)量測(cè)量、作物監(jiān)測(cè)以及土壤采樣等方法來(lái)獲取數(shù)據(jù)，以便了解整個(gè)田塊的作物生長(zhǎng)環(huán)境的空間變異特性。①產(chǎn)量數(shù)據(jù)采集。帶定位系統(tǒng)和產(chǎn)量測(cè)量的谷物聯(lián)合收割機(jī)在收獲的同時(shí)，每隔1.2秒記錄當(dāng)?shù)氐漠a(chǎn)量，記錄數(shù)據(jù)以文本形式(經(jīng)度、緯度、產(chǎn)量和谷物含水量)存儲(chǔ)在磁卡中，然后讀入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。影響產(chǎn)量精度的主要原因是GPS(或DGPS)定位精度、產(chǎn)量傳感器的測(cè)量精度、實(shí)際割幅和前進(jìn)速度的準(zhǔn)確性。②土壤數(shù)據(jù)采集。土壤信息一般包括土壤含水量、土壤肥力、SOM、PH、土壤壓實(shí)、耕作層深度等。利用GPS在田間定位，采集土樣。由于采集的土樣一般還要送到實(shí)驗(yàn)室處理分析，耗資費(fèi)時(shí)，成為實(shí)施“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)實(shí)踐的瓶頸。③苗情、病蟲草害數(shù)據(jù)采集。利用機(jī)載GPS或人工攜帶GPS，在田間行走中隨時(shí)可定位，記錄位置，并記錄作物長(zhǎng)勢(shì)或病蟲草害的分布情況。

1.2數(shù)據(jù)分析一般采集的數(shù)據(jù)都是以文本表形式表示，需要利用一些數(shù)學(xué)方法進(jìn)行處理，生成分布圖。未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析統(tǒng)一起來(lái)，將田間觀測(cè)者的地理位置和田間觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)便攜PC和天線發(fā)往辦公室PC，利用軟件自動(dòng)生成田間數(shù)據(jù)分布圖。

1.3決策分析“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)是根據(jù)田間采集到的不均衡空間分布數(shù)據(jù)及有關(guān)作物其它信息，經(jīng)過(guò)決策分析，來(lái)控制投入方式和施用量。決策分析是“精細(xì)農(nóng)業(yè)”的核心，直接影響“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)的實(shí)踐效果。GIS用于描述農(nóng)田空間上的差異性，而作物生長(zhǎng)模擬技術(shù)用來(lái)描述某一位置上特定生長(zhǎng)環(huán)境下的生長(zhǎng)狀態(tài)。只有將G1S與模擬技術(shù)緊密地結(jié)合在一起，才能制定出切實(shí)可行的決策方案。

1.4控制實(shí)施“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)的目的是科學(xué)管理田間小區(qū)，降低投入，提高生產(chǎn)效率。作為支持“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備。除了帶有定位系統(tǒng)和產(chǎn)量測(cè)量的聯(lián)合收割機(jī)外，按處方圖進(jìn)行作業(yè)的農(nóng)業(yè)機(jī)械還有：帶有定位系統(tǒng)和處方圖讀入設(shè)備，控制播深和播量的谷物精密播種機(jī)；控制施肥量的施肥機(jī)；控制劑量的噴藥機(jī)：控制噴水量的噴灌機(jī)；控制耕深的翻耕機(jī)等。例如，當(dāng)駕駛拖拉機(jī)在田間噴施農(nóng)藥時(shí)，駕駛室中安裝的監(jiān)視器顯示噴藥處方圖和拖拉機(jī)所在的位置。駕駛員監(jiān)視行走軌跡的同時(shí)，數(shù)據(jù)處理器根據(jù)處方圖上的噴藥量，隨時(shí)向噴藥機(jī)下達(dá)命令，控制噴灑。

2精細(xì)農(nóng)業(yè)技術(shù)的應(yīng)用

2.1“精細(xì)農(nóng)業(yè)”具有以下優(yōu)點(diǎn)：①提高收益。按照土壤特性、作物需求，實(shí)施灌溉、施肥、播種和病蟲草害防治，即能降低用水、肥料、種子、農(nóng)藥的投入，也能增加作物產(chǎn)量。②保護(hù)環(huán)境。根據(jù)農(nóng)田作物定點(diǎn)需求，控制化學(xué)物品的施用量，即能降低土壤、地下水、作物品質(zhì)的污染，也能保護(hù)生態(tài)環(huán)境。③提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量。根據(jù)作物的實(shí)際需求，即能避免因過(guò)量施用化肥、農(nóng)藥、水帶來(lái)的副作用，造成作物減產(chǎn)，品質(zhì)下降，也能改善因缺少養(yǎng)分造成的減產(chǎn)和降低作物品質(zhì)。④提供更多有用信息。由于可以獲取農(nóng)田更多的信息，能夠使作物生產(chǎn)管理人員制定出更準(zhǔn)確、合理的管理決策。

2.2需要滿足的條件①農(nóng)田大小。農(nóng)田大小的概念主要取決于外部環(huán)境。不同國(guó)家，適于“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)實(shí)踐的農(nóng)田大小不一樣。一般需要一個(gè)全面的經(jīng)濟(jì)分析，可以計(jì)算出一個(gè)國(guó)家適于“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)實(shí)踐的最小農(nóng)田范圍。②農(nóng)機(jī)化程度。農(nóng)田可大可小，但是，農(nóng)業(yè)作業(yè)若不是機(jī)械化，“精細(xì)農(nóng)業(yè)”就無(wú)法實(shí)施。如聯(lián)合收割機(jī)、播種機(jī)、施肥機(jī)、噴藥機(jī)、噴灌機(jī)等。另外，還需要GIS、GPS(DGPS)：信息采集、分析設(shè)備；隨農(nóng)業(yè)機(jī)械配備的定位系統(tǒng)、控制設(shè)備、監(jiān)測(cè)設(shè)備等。總之，機(jī)械化、自動(dòng)化程度越高，越利于實(shí)施“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)實(shí)踐。③農(nóng)田差異。一般來(lái)說(shuō)，作物生長(zhǎng)沒有空間差異的農(nóng)田，實(shí)施“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)實(shí)踐，是不會(huì)有經(jīng)濟(jì)效益的。農(nóng)田的空間差異首先表現(xiàn)在產(chǎn)量的空間差異上。產(chǎn)量的差異可能是由于土壤墑情、土壤肥力、病蟲草害分布等因素的差異性造成的。

3精細(xì)農(nóng)業(yè)技術(shù)實(shí)踐

在我國(guó)，農(nóng)田規(guī)模較小，機(jī)械化水平比較落后，實(shí)施廣域的“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)實(shí)踐尚需較長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程，但是，結(jié)合我國(guó)國(guó)情，在某些具體條件下，開展“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)實(shí)踐或“精細(xì)農(nóng)業(yè)”單項(xiàng)技術(shù)實(shí)踐是可行的。

3.1了解差異，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在我國(guó)廣大農(nóng)村，實(shí)行聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制的情況下，個(gè)體農(nóng)民主要是根據(jù)自己的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)實(shí)施農(nóng)業(yè)作業(yè)。盡管每戶的責(zé)任田范圍內(nèi)作物生長(zhǎng)條件的空間差異可能不大，但就整個(gè)地塊來(lái)說(shuō)，其空間的差異性是顯而易見的。所以，以鄉(xiāng)、村范圍內(nèi)，建立以GIS為開發(fā)平臺(tái)的田間地理信息系統(tǒng)，其目的是讓農(nóng)民了解田間的差異分布，為農(nóng)民提供合理的管理支持。

3.2建立基于GIS、DGPS技術(shù)的作物管理輔助決策支持系統(tǒng)在以縣或大農(nóng)場(chǎng)范圍內(nèi)，計(jì)算機(jī)及一些農(nóng)業(yè)信息技術(shù)具有了一定基礎(chǔ)。如果建立DGPS，基本上能夠覆蓋整個(gè)作業(yè)范圍。

3.3建立“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)體系試驗(yàn)示范工程在墾區(qū)農(nóng)場(chǎng)或大面積作物生產(chǎn)平原地區(qū)建立“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)體系試驗(yàn)示范工程，充分利用該地農(nóng)業(yè)規(guī)?；?jīng)營(yíng)和先進(jìn)的技術(shù)裝備優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)工程技術(shù)集成應(yīng)用。