智能農(nóng)業(yè)技術(shù)在植物保護中的應(yīng)用現(xiàn)狀以及未來發(fā)展趨勢

隨著全球人口的增長和食品需求的上升，植物保護在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要性日益凸顯。智能農(nóng)業(yè)技術(shù)的應(yīng)用為提高作物產(chǎn)量、保障食品安全以及減少環(huán)境影響提供了新的途徑，這些技術(shù)包括物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、大數(shù)據(jù)分析、遙感技術(shù)、無人機與機器人技術(shù)等，它們在病蟲害監(jiān)測、精準施藥、播種與施肥、智能灌溉等方面展現(xiàn)出巨大潛力。本文將探討智能農(nóng)業(yè)技術(shù)在植物保護中的應(yīng)用現(xiàn)狀以及未來發(fā)展趨勢，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，同時保護生態(tài)環(huán)境。

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，植物保護一直是確保作物產(chǎn)量和質(zhì)量、維護食品安全以及實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。傳統(tǒng)的植物保護策略往往依賴于農(nóng)民的經(jīng)驗和廣泛的化學農(nóng)藥使用，這不僅對環(huán)境造成了嚴重的不利影響，同時也對人類健康帶來了潛在威脅，植物保護迫切需要采用更智能、更環(huán)保的方法。智能農(nóng)業(yè)技術(shù)通過集成物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、大數(shù)據(jù)分析、遙感技術(shù)、無人機與機器人技術(shù)等先進技術(shù)手段，在提高作物生產(chǎn)力、減少農(nóng)藥使用、優(yōu)化資源配置以及增強對植物病害的監(jiān)察和控制方面展現(xiàn)出巨大潛力。這些技術(shù)能夠?qū)崟r監(jiān)測農(nóng)田狀況，精準識別病蟲害的發(fā)生，及時作出決策并實施有效的管理措施。下文將探討智能農(nóng)業(yè)技術(shù)在植物保護中的具體應(yīng)用，并展望未來的發(fā)展方向，以期為相關(guān)人員提供有價值的見解和建議。

一、智能農(nóng)業(yè)技術(shù)概述

智能農(nóng)業(yè)技術(shù)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學與先進信息技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，通過集成應(yīng)用計算機網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、音視頻、3S技術(shù)（遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)）、無線通信以及專家系統(tǒng)等，實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化管理。智能農(nóng)業(yè)的核心在于通過部署在農(nóng)田的各種傳感器節(jié)點和無線通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的智能感知、預(yù)警、決策分析以及在線指導。這涉及從土壤水分、溫濕度、二氧化碳濃度等到作物生長情況的全方位監(jiān)測。在國際上，多國在智能農(nóng)業(yè)領(lǐng)域進行了戰(zhàn)略布局和技術(shù)發(fā)展，很多發(fā)達國家在農(nóng)業(yè)傳感器、大數(shù)據(jù)智能、智能裝備等方面處于領(lǐng)先地位。當前我國也在政策引領(lǐng)下取得了長足進步，尤其在環(huán)境類農(nóng)業(yè)傳感器、農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)、無人機、農(nóng)機導航以及農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域取得了顯著成效。

二、植物保護的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

1、農(nóng)作物病蟲草害嚴重

隨著全球氣候變化和農(nóng)業(yè)種植模式的轉(zhuǎn)變，病蟲害的種類和數(shù)量都在不斷增加。一些傳統(tǒng)的病蟲害在新的環(huán)境下變得更加難以控制，同時新的病蟲害也在不斷出現(xiàn)。由于全球化的貿(mào)易和人員流動，一些原本局限于某一地區(qū)的病蟲害也開始向其他區(qū)域蔓延，這給農(nóng)作物的生產(chǎn)帶來了更大的威脅。除了病蟲害外，草害也是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一個重要因素。一些雜草不僅與農(nóng)作物競爭養(yǎng)分和水分，還會成為病蟲害的寄主，增加了病蟲害的發(fā)生概率。盡管有許多除草劑可以用來控制草害，但由于雜草的抗藥性不斷增強，除草的難度也在不斷增加。

2、化學農(nóng)藥使用問題

為了應(yīng)對病蟲草害的威脅，許多農(nóng)戶依賴于化學農(nóng)藥進行防治。然而，過度或不當?shù)氖褂没瘜W農(nóng)藥卻帶來了一系列的問題。化學農(nóng)藥會對環(huán)境和非靶標生物造成污染和傷害。農(nóng)藥殘留在土壤和水體中，會對生態(tài)系統(tǒng)的健康產(chǎn)生長期的影響。農(nóng)藥的過度使用也可導致病蟲害的抗藥性增強，使得一些常用的農(nóng)藥變得無效。此外，農(nóng)藥的使用還會對人體健康產(chǎn)生影響，特別是對于那些直接接觸農(nóng)藥的農(nóng)業(yè)工作者來說。

3、綠色防控技術(shù)發(fā)展需求

面對化學農(nóng)藥使用帶來的問題，越來越多的人開始尋求綠色防控技術(shù)作為替代方案。綠色防控技術(shù)包括生物防治、物理防治、農(nóng)業(yè)管理措施等，這些方法旨在通過更加科學和可持續(xù)的方式來控制病蟲草害。綠色防控技術(shù)的效果往往不如化學農(nóng)藥快速和明顯，綠色防控技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用需要大量的資金和技術(shù)支持，這對于一些資源有限的地區(qū)來說是一大難題。綠色防控技術(shù)的推廣和應(yīng)用也需要相關(guān)政策和法規(guī)的支持，以鼓勵農(nóng)戶采用這些技術(shù)并減少對化學農(nóng)藥的依賴。

三、智能農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)

1、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，簡稱IoT）技術(shù)通過將各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，實現(xiàn)了對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境和作物生長狀況的實時監(jiān)控和管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對農(nóng)田環(huán)境的實時監(jiān)測。通過在農(nóng)田中部署各種傳感器，如溫度、濕度、光照、土壤水分等傳感器，可以實時收集農(nóng)田環(huán)境數(shù)據(jù)，為農(nóng)作物生長提供最佳環(huán)境條件。同時，這些數(shù)據(jù)還可以通過云平臺進行存儲和分析，為農(nóng)民提供科學的種植建議。實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的自動化控制，通過將各種控制設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)相連，可以實現(xiàn)對農(nóng)田灌溉、施肥、噴藥等過程的自動化控制，大大提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和管理水平，還能夠促進農(nóng)產(chǎn)品的追溯和質(zhì)量管理，通過對農(nóng)產(chǎn)品從種植到收獲、加工、運輸?shù)热^程的監(jiān)控和管理，可以實現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的全程控制和追溯，提高了農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性。

2、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)

大數(shù)據(jù)分析技術(shù)可以用于植物生長優(yōu)化。通過對大量數(shù)據(jù)的分析，可以了解不同品種、不同生長條件下的植物生長規(guī)律和特點。這有助于制定科學的種植方案和管理措施，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。通過對農(nóng)田環(huán)境、氣象條件、土壤養(yǎng)分等數(shù)據(jù)的分析，可以合理規(guī)劃農(nóng)田的種植結(jié)構(gòu)和布局。這有助于提高土地利用率和資源利用效率，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。大數(shù)據(jù)分析技術(shù)還可以用于市場分析和決策支持。通過對市場需求、價格變化等數(shù)據(jù)的分析，可以幫助農(nóng)民了解市場動態(tài)和趨勢。這有助于農(nóng)民做出更明智的決策，提高經(jīng)濟效益。

3、遙感技術(shù)

遙感技術(shù)是一種通過無需直接接觸即可感知目標特征的技術(shù)，它通常涉及使用傳感器從遠距離捕捉關(guān)于地球表面和大氣的信息。遙感技術(shù)能夠提供大范圍、多時段的農(nóng)田監(jiān)測能力。利用衛(wèi)星或飛機搭載的傳感器，可以獲取大區(qū)域的農(nóng)作物生長情況、土壤濕度、植被指數(shù)等信息。這些信息對于評估作物健康狀況、發(fā)現(xiàn)病蟲害發(fā)生區(qū)域以及進行產(chǎn)量預(yù)測至關(guān)重要。通過對遙感圖像的分析，可以精確地定位農(nóng)田中的非均勻性，比如水分、養(yǎng)分的空間分布差異，從而指導農(nóng)民進行變量施肥、灌溉等操作，以實現(xiàn)資源的最優(yōu)配置。在干旱、洪澇、冰雹等災(zāi)害發(fā)生前，遙感技術(shù)可以幫助決策者及時獲得相關(guān)信息，采取預(yù)防措施減少損失。災(zāi)害發(fā)生后，遙感技術(shù)又能迅速評估受災(zāi)面積和程度，為救災(zāi)和恢復生產(chǎn)提供依據(jù)。長期的序列化遙感數(shù)據(jù)可以用來監(jiān)測土地退化、荒漠化進程，為制定合理的土地利用規(guī)劃和管理政策提供支持。遙感技術(shù)還可以用于監(jiān)測農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的影響，如水體污染和溫室氣體排放。

4、無人機與機器人技術(shù)

無人機與機器人技術(shù)正日益成為提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量的關(guān)鍵因素。這些自動化技術(shù)的融入不僅改變了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的作業(yè)方式，而且顯著提升了植物保護的能力。無人機被廣泛用于噴灑農(nóng)藥和肥料等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)人工噴灑相比，無人機可以在短時間內(nèi)覆蓋大面積的農(nóng)田，不僅提高了作業(yè)效率，還減少了農(nóng)藥的使用量和對環(huán)境的污染。同時，無人機搭載的高精度傳感器可以進行作物健康監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)并處理病蟲害問題。地面機器人可以在田間進行自動導航和作業(yè)，如耕作、播種、收割等，極大地減輕了農(nóng)民的勞動強度。地面機器人還可以根據(jù)預(yù)設(shè)程序和實時數(shù)據(jù)做出決策，實現(xiàn)作物的精準管理。無人機和機器人技術(shù)的結(jié)合使得數(shù)據(jù)采集更加高效。例如，配備攝像頭和其他傳感器的無人機可以捕捉高分辨率的圖像，這些圖像經(jīng)過分析后可用于作物生長監(jiān)測、土地勘測和作物病害監(jiān)測。隨著人工智能的發(fā)展，無人機和機器人的自主性不斷增強。它們能夠?qū)W習和適應(yīng)不同的農(nóng)業(yè)環(huán)境和作業(yè)條件，實現(xiàn)更為復雜的任務(wù)，如自動識別雜草并進行定向除草，或者根據(jù)作物生長狀況調(diào)整灌溉策略。這些技術(shù)不僅提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和效益，而且有助于實現(xiàn)更環(huán)保、可持續(xù)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。隨著未來技術(shù)的不斷進步，無人機與機器人技術(shù)將在智能農(nóng)業(yè)，特別是植物保護領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。

四、智能農(nóng)業(yè)技術(shù)在植物保護中的應(yīng)用

1、病蟲害監(jiān)測與預(yù)警

在智能農(nóng)業(yè)技術(shù)的支持下，病蟲害監(jiān)測與預(yù)警可以實現(xiàn)自動化和智能化。基于物聯(lián)網(wǎng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崟r收集農(nóng)田的環(huán)境信息，包括溫濕度、土壤水分、光照等，這些信息對于預(yù)測病蟲害的發(fā)生具有重要作用。同時，通過高清攝像頭和圖像處理技術(shù)，可以對作物的生長狀況進行實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)病蟲害的跡象。利用遙感技術(shù)和無人機進行空中巡視，可以獲取更大范圍的作物生長信息，為病蟲害的早期識別和空間分布分析提供數(shù)據(jù)支持。智能農(nóng)業(yè)技術(shù)使得病蟲害數(shù)據(jù)的收集更加精準和全面。通過對歷史數(shù)據(jù)的挖掘和分析，結(jié)合機器學習算法，可以構(gòu)建病蟲害發(fā)生的預(yù)測模型。這些模型能夠根據(jù)當前的環(huán)境條件和作物生長狀態(tài)，預(yù)測未來一段時間內(nèi)病蟲害的發(fā)生概率和可能的發(fā)展趨勢。當系統(tǒng)檢測到潛在的病蟲害風險時，可以通過智能決策支持系統(tǒng)向農(nóng)戶發(fā)送預(yù)警信息。農(nóng)戶可以根據(jù)這些信息采取相應(yīng)的預(yù)防措施，如調(diào)整灌溉、施肥策略或提前布置防蟲網(wǎng)等。這種主動防御機制大大降低了病蟲害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，提高了作物的安全性和產(chǎn)量。

2、精準施藥

精準施藥通過精確控制農(nóng)藥的投放量和位置，最大限度地減少了農(nóng)藥的使用量和環(huán)境污染。利用智能噴霧器和無人機等裝備，可以實現(xiàn)對特定區(qū)域的定點噴灑。這些設(shè)備通常配備有高精度的定位系統(tǒng)和可控噴頭，能夠根據(jù)作物的具體位置和病蟲害的實際分布情況進行精準噴灑。此外，通過實時監(jiān)測作物生長狀況和病蟲害發(fā)展情況，智能決策系統(tǒng)可以為每一次噴灑提供最優(yōu)的方案，確保藥物的使用效果最大化，還可以實現(xiàn)對農(nóng)藥噴灑過程的實時監(jiān)控和反饋。通過搭載在噴霧器上的傳感器和攝像頭，可以實時監(jiān)測噴灑的效果和覆蓋范圍，確保沒有遺漏或重復噴灑的區(qū)域。如果發(fā)現(xiàn)噴灑效果不理想，系統(tǒng)會自動調(diào)整噴藥策略，以提高噴灑的均勻性和準確性。精準施藥不僅提高了植物保護的效率和效果，還有助于減少農(nóng)藥使用量和環(huán)境污染。

3、播種與施肥

通過智能化的播種設(shè)備，如自動駕駛播種機和無人機播種系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)種子的精準投放。這些設(shè)備利用高精度的GPS定位技術(shù)和機器視覺技術(shù)，確保種子按照預(yù)定的間距和深度播種，從而提高最大化土地的使用效率并提高出苗率。在施肥方面，智能施肥系統(tǒng)能夠根據(jù)作物的生長階段、土壤營養(yǎng)狀況以及預(yù)期產(chǎn)量等因素，精確計算并供給適宜類型和用量的肥料。這種系統(tǒng)通常包括土壤養(yǎng)分傳感器、葉綠素傳感器和智能控制器等組件。土壤養(yǎng)分傳感器能夠?qū)崟r監(jiān)測土壤中的營養(yǎng)成分，如氮、磷、鉀等，而葉綠素傳感器則能評估作物的健康狀況。智能控制器根據(jù)這些數(shù)據(jù)，自動調(diào)節(jié)施肥的時間、量和種類，實現(xiàn)精準施肥。智能施肥系統(tǒng)還能與氣象預(yù)報數(shù)據(jù)相結(jié)合，根據(jù)天氣預(yù)報來調(diào)整施肥計劃。例如，在預(yù)測到降雨的情況下，系統(tǒng)會推遲施肥，以避免肥料被雨水沖走，確保肥料的有效利用。

4、智能灌溉

這種系統(tǒng)利用傳感器網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)測土壤水分狀況、環(huán)境溫濕度、作物需水量等信息，通過數(shù)據(jù)分析來制定灌溉策略，確保作物獲得適宜的水分供應(yīng)。智能灌溉系統(tǒng)的核心在于其能夠?qū)崿F(xiàn)變量灌溉，即根據(jù)不同區(qū)域作物的實際需求進行差異化灌溉。這不僅提高了水資源的利用效率，還有助于減少因過量灌溉導致的土壤侵蝕和養(yǎng)分流失。智能灌溉系統(tǒng)通常包括土壤水分傳感器、環(huán)境溫濕度傳感器、閥門控制系統(tǒng)和中央控制單元等部分。土壤水分傳感器能夠?qū)崟r監(jiān)測土壤的水分含量，當水分含量低于設(shè)定閾值時，系統(tǒng)會自動啟動灌溉程序。環(huán)境溫濕度傳感器則用于監(jiān)測氣候條件，以便在炎熱或干燥的天氣下增加灌溉頻率。閥門控制系統(tǒng)負責控制水流的開啟和關(guān)閉，而中央控制單元則根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)的程序，智能地調(diào)度整個灌溉過程。智能灌溉系統(tǒng)提高了作物種植的科學性和精細化管理水平，這有助于節(jié)約資源和降低環(huán)境污染。

五、智能農(nóng)業(yè)技術(shù)在植物保護中應(yīng)用的未來發(fā)展趨勢

1、集成化的技術(shù)應(yīng)用

這種集成化不僅包括各種先進技術(shù)的綜合運用，如物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、機器學習等，還涉及這些技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的深度融合。在集成化的技術(shù)應(yīng)用中，智能傳感器網(wǎng)絡(luò)、自動化設(shè)備和智能決策支持系統(tǒng)將緊密結(jié)合，形成一個高度自動化和智能化的植物保護體系。例如，智能傳感器能夠?qū)崟r監(jiān)測作物生長狀況和土壤環(huán)境，通過無線通信技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸至中央控制系統(tǒng)。中央控制系統(tǒng)則利用先進的數(shù)據(jù)分析技術(shù)和機器學習算法，對數(shù)據(jù)進行處理和分析，為農(nóng)戶提供精準的植保建議。集成化的技術(shù)應(yīng)用將推動植物保護向更加精細化和個性化的方向發(fā)展，通過對大量數(shù)據(jù)的挖掘和分析，智能決策支持系統(tǒng)能夠為每一種作物、每一個生長階段，甚至每一塊土地提供定制化的植保方案。

2、可視化的管理平臺

可視化的管理平臺可以集成各種功能模塊，如實時監(jiān)控、預(yù)警系統(tǒng)、作業(yè)調(diào)度、數(shù)據(jù)分析等。通過這些模塊，農(nóng)戶可以在一個統(tǒng)一的界面上查看作物的生長狀況、土壤環(huán)境、氣象信息等，同時還可以接收到系統(tǒng)自動生成的植保建議和預(yù)警信息?？梢暬墓芾砥脚_還具有較強的交互性和可操作性。農(nóng)戶可以通過平臺直接控制各種智能設(shè)備，如自動噴霧器、無人機、智能灌溉系統(tǒng)等，實現(xiàn)遠程操作和自動化作業(yè)。同時，平臺還可以提供豐富的教學資源和在線咨詢服務(wù)，幫助農(nóng)戶提升植物保護的技術(shù)水平?？梢暬墓芾砥脚_將有助于實現(xiàn)植物保護的精準化、智能化和便捷化，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來更高的效率和更好的效果。

總言之，智能農(nóng)業(yè)技術(shù)在植物保護中的應(yīng)用前景廣闊，它們有潛力極大地提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化水平，減少化學農(nóng)藥的使用，并促進環(huán)境的可持續(xù)性。未來的發(fā)展趨勢將包括技術(shù)的集成化應(yīng)用、可視化管理平臺等。然而，實現(xiàn)這些目標與政策制定者的支持以及公眾教育和參與密不可分。通過持續(xù)的研究和創(chuàng)新，智能農(nóng)業(yè)技術(shù)將在植物保護領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用，為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。

（作者單位：112400遼寧省西豐縣農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心）