我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)主要依靠世代沿襲下來的經(jīng)驗，采用以人力、畜力等為主的耕作方式。如今，隨著現(xiàn)代科技對粗放式耕作方式的逐步改造，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)應(yīng)運而生，為解決現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展問題提供“良方”。今天我們一起來聚焦精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，通過解讀精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的概念與尖端技術(shù)，借鑒美國、以色列、英國等精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實踐經(jīng)驗，促進(jìn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。

何為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)由信息技術(shù)支持，是根據(jù)空間定位、定時、定量地實施一整套現(xiàn)代化農(nóng)事操作技術(shù)與管理的系統(tǒng)，其基本含義是根據(jù)作物生長的土壤性狀，調(diào)節(jié)對作物的投入，高效利用各類農(nóng)業(yè)資源，以最少或最省的投入達(dá)到同等收入或更高的收入，并改善環(huán)境，從而取得良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)通過建立生態(tài)學(xué)、地學(xué)及農(nóng)學(xué)等模型，采用地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)及遙感技術(shù)等對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中各項活動進(jìn)行精準(zhǔn)定位，并進(jìn)行精細(xì)管理，以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的集約化和信息化。

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)特點：①精準(zhǔn)播種。將精準(zhǔn)種子工程與精準(zhǔn)播種技術(shù)有機結(jié)合，使精準(zhǔn)播種機播種均勻、精量播種、播深一致。精準(zhǔn)播種技術(shù)既可以節(jié)約大量優(yōu)質(zhì)種子，又可使作物在田間獲得最佳分布，為作物生長發(fā)育創(chuàng)造最佳環(huán)境，大大提高作物對營養(yǎng)和太陽能的利用率。②精準(zhǔn)施肥。根據(jù)不同地區(qū)、不同土壤類型及土壤中各種養(yǎng)分的盈虧情況，作物類別和產(chǎn)量水平，將氮、磷、鉀和多種可促進(jìn)作物生長的微量元素與有機肥加以科學(xué)配比與施肥，既可以減少因過量施肥造成的環(huán)境污染和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降，又可降低成本。③精準(zhǔn)灌溉。根據(jù)不同作物不同生育期間土壤墑情和作物需水量，實施實時精量灌溉，大大節(jié)約水資源，提高水資源利用率。④精準(zhǔn)收獲。利用精準(zhǔn)收獲機械做到顆粒歸倉，同時可根據(jù)一定標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確分級。

20世紀(jì)90年代我國開始精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的應(yīng)用研究，但因國內(nèi)農(nóng)業(yè)的特殊性及農(nóng)業(yè)技術(shù)較低的因素，難以大面積應(yīng)用推廣。在技術(shù)成熟與成本下降、國內(nèi)農(nóng)業(yè)面臨人力不足、農(nóng)田灌溉浪費與缺水并存、農(nóng)業(yè)科技投入不足且農(nóng)業(yè)耕作粗放的背景下，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)成為我國農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的風(fēng)向標(biāo)。

尖端技術(shù)引領(lǐng)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)

1.全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)。衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械控制中的應(yīng)用主要包括變量施肥播種機、聯(lián)合收割機和無人駕駛拖拉機等，還可用于精準(zhǔn)噴藥和精準(zhǔn)灌溉系統(tǒng)等。在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中，應(yīng)用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)可實現(xiàn)農(nóng)田信息的數(shù)字化和可視化管理應(yīng)用。技術(shù)人員利用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)手持機，獲得農(nóng)田的地理位置信息，快速、高效、準(zhǔn)確地量算出作業(yè)面積等參數(shù)；然后與田間的各種信息結(jié)合，形成肥力分布圖、病蟲害分布圖等專題圖和處方圖，用于農(nóng)作物科學(xué)施肥、病蟲害防治和估產(chǎn)等。

2.移動設(shè)備。目前，大多數(shù)涉足移動設(shè)備市場的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)商都致力于擴展移動設(shè)備的功能。他們在將信息提供給種植者的過程中尊崇“20分鐘法則”，即用戶在收到數(shù)據(jù)后20分鐘內(nèi)，必須能將技術(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為用于生產(chǎn)的指導(dǎo)性數(shù)據(jù)。

3.機器人技術(shù)。農(nóng)業(yè)機器人承擔(dān)多項重任，例如種植大棚作物和修剪葡萄園等。遠(yuǎn)程控制技術(shù)最大限度地推動了自動設(shè)備的發(fā)展，例如可以連接拖拉機的谷物車系統(tǒng)，能夠自動在大田中以一定的安全距離跟隨聯(lián)合收割機前進(jìn)。操作員只需在大田外面，通過平板電腦的App來進(jìn)行管理。

4.精準(zhǔn)灌溉。種植者可以利用新型遙感勘測系統(tǒng)，遠(yuǎn)程監(jiān)視并控制灌溉系統(tǒng)的每個方面，包括節(jié)約水資源、時間和能源及降低對設(shè)備的磨損。精密移動滴灌系統(tǒng)是精準(zhǔn)灌溉的另一重大發(fā)明，噴施線通過中間樞紐或者線性移動灌溉系統(tǒng)在大田中前進(jìn)，整合的噴施器噴出統(tǒng)一的形狀，均勻覆蓋整個灌溉目標(biāo)區(qū)域，直接將水噴到土壤表面，消除了蒸發(fā)和刮風(fēng)引起的漂移等因素，使更多的水到達(dá)作物根部。

5.物聯(lián)網(wǎng)。通過一個進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)（或者互相連接）的開關(guān)連接所有設(shè)備，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中互相連接的部件包括大田探測器和用于大田監(jiān)測的空中、衛(wèi)星圖像，其中大田探測器用于記錄實時氣象、土壤濕度及溫度數(shù)據(jù)。

6.無線感應(yīng)器。無線感應(yīng)器在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中用途廣泛，可采集土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)、土壤緊實程度、土壤肥力、環(huán)境溫度、葉片面積指數(shù)、作物水分狀態(tài)、當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)、病蟲草害感染等信息。

7.變量播種技術(shù)。與變量施肥略有不同，變量播種需要依賴種植者獲取精確數(shù)據(jù)的能力，對種子本身有所了解。雖然目前實施該技術(shù)的種植區(qū)域并不大，但可喜的是種植者收集數(shù)據(jù)用于變量播種的能力取得長足進(jìn)展。

8.氣象模型。對農(nóng)業(yè)而言，也許沒有像氣象這種既重要而又完全無法預(yù)測的變量。如果擁有高級的氣象模型，開發(fā)的許多重要技術(shù)將變得更加有價值。

他山之石：美國、以色列和英國經(jīng)驗

1.美國：高級信息化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。美國是世界上最早提出并實踐精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的國家，也代表著這一領(lǐng)域先進(jìn)的發(fā)展水平。20世紀(jì)90年代中期，美國就進(jìn)行了土壤結(jié)構(gòu)密度傳感技術(shù)、土壤傳導(dǎo)性技術(shù)、電磁感應(yīng)技術(shù)等農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的研究，這些技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)陸續(xù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用，對土壤元素測定、農(nóng)作物產(chǎn)量監(jiān)測、施肥變量反應(yīng)等耕作技術(shù)起到實質(zhì)性推動。當(dāng)前，美國60%～70%的農(nóng)場都采用了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)。

美國精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式的核心是技術(shù)層面，將現(xiàn)代化的信息技術(shù)、農(nóng)業(yè)技術(shù)與工程技術(shù)進(jìn)行有機結(jié)合，通過農(nóng)田地理信息系統(tǒng)提供的地理信息確定作物的最佳生產(chǎn)模型，決定依據(jù)不同作物的差異，采用衛(wèi)星定位，智能機械，智能施肥、灌溉、噴灑農(nóng)藥等，最大限度地優(yōu)化農(nóng)業(yè)投入，保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境及土地資源。

2.以色列：發(fā)達(dá)的溫室技術(shù)與節(jié)水灌溉。20世紀(jì)70年代，以色列依據(jù)本國的自然資源條件，調(diào)整農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)，減少對土地資源要求高的糧食作物種植，積極發(fā)展溫室技術(shù)，改種產(chǎn)值高的作物，大大改善了其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)狀況。以色列大部分地區(qū)干旱少雨，土地貧瘠，提高水資源的利用率是以色列解決農(nóng)業(yè)發(fā)展的最大問題。20世紀(jì)中期，以色列政府開始大規(guī)模進(jìn)行水利建設(shè)，將北部水源引入沙漠縱深，將地下水抽取連成全國網(wǎng)絡(luò)，積極發(fā)展節(jié)水灌溉技術(shù)和水肥一體化技術(shù)。灌溉與施肥同時進(jìn)行的精準(zhǔn)技術(shù)是建立在對土壤品質(zhì)及作物生長過程的監(jiān)測之上，實現(xiàn)了節(jié)水、灌溉與平衡施肥的統(tǒng)一化。

3.英國：全面精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)模式。近年來，由于氣候變化和全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)競爭加劇，英國農(nóng)業(yè)收入波動明顯。為了應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，英國農(nóng)業(yè)部門開始進(jìn)行策略調(diào)整，利用大數(shù)據(jù)平臺及最新科技成果，逐步向精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)邁進(jìn)，結(jié)合數(shù)字技術(shù)、傳感技術(shù)和空間地理技術(shù)等，更為精準(zhǔn)地進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系已應(yīng)用于英國許多家庭農(nóng)場的冬小麥、燕麥、大麥、大豆、甜菜和馬鈴薯等作物的生產(chǎn)管理。英國先進(jìn)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系系統(tǒng)而全面，包括全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、空間技術(shù)與數(shù)據(jù)庫、遙感系統(tǒng)、作物生產(chǎn)管理專家決策系統(tǒng)等各類信息技術(shù)的集成與應(yīng)用。

基于精準(zhǔn)技術(shù)設(shè)計的水稻施肥系統(tǒng)

我國是水稻生產(chǎn)大國，但各水稻種植區(qū)都有其獨特的土壤類型，肥力參差不齊。同時，在我國商業(yè)化種植的水稻中秈粳亞種并存，相同亞種內(nèi)的品種繁多，而不同品種對肥料的需求存在差異。為了解決水稻生產(chǎn)過程中過量和盲目施肥的問題，提高肥料的利用效率，一種基于精準(zhǔn)技術(shù)設(shè)計的水稻施肥系統(tǒng)能極大地節(jié)約肥料投入和提高產(chǎn)量，為農(nóng)民實現(xiàn)增收提供技術(shù)支持。

1.設(shè)計原理。該水稻精準(zhǔn)施肥系統(tǒng)是一系列集成化的智能化程序，以水稻專家數(shù)據(jù)庫提供的專業(yè)知識進(jìn)行模擬和推斷，對水稻的精準(zhǔn)施肥問題進(jìn)行決策。該水稻科學(xué)施肥系統(tǒng)用采集氮、磷、鉀元素的種類、數(shù)量及其比例關(guān)系的信息，以及對試驗區(qū)域的土壤肥力變量、肥料投放數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和管理，建立該自然條件下的水稻科學(xué)施肥模型。在確定了肥料施用量和目標(biāo)產(chǎn)量后，系統(tǒng)可設(shè)計出簡單易行的施肥方案。

2.總體設(shè)計。水稻施肥控制系統(tǒng)由NXP系列微處理器LPC2138、核心控制元件、移動硬盤、ZLG7289A鍵盤及240160液晶顯示屏等主要硬件組成。試驗中的變量通過兩種模型進(jìn)行比較，設(shè)定允許的誤差范圍，用微處理器的輸出結(jié)果作為結(jié)論。模型的輸入端為土壤中的氮、磷、鉀含量，再設(shè)定目標(biāo)產(chǎn)量，輸出端為氮、磷、鉀肥施用量。該系統(tǒng)把地圖信息與施肥方案鏈接，操作者在電腦上可以看到地圖上任何一個田間單元地塊的土壤類型、有機質(zhì)含量及可供水稻吸收的氮、磷、鉀含量等土壤肥力信息。

3.系統(tǒng)組成。用于支撐精細(xì)農(nóng)業(yè)水稻施肥系統(tǒng)的技術(shù)包括地理信息系統(tǒng)、遙感技術(shù)、產(chǎn)量分布圖生成系統(tǒng)、變量施肥技術(shù)、農(nóng)田信息采集技術(shù)、決策支持系統(tǒng)、智能化施肥機械。

4.應(yīng)用結(jié)果分析。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)模式在高、中、低3種肥力的田塊中所投入的肥料較多，以氮肥為例，其在低產(chǎn)田中施用的純氮達(dá)到10千克/公頃，在中高產(chǎn)田中的施肥量相對較少；但相比精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)模式的施肥量仍然高出至少7%，這無疑增加了生產(chǎn)成本。另外，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的施肥模式在中低產(chǎn)田中大幅降低肥料施用量，水稻單株有效穗數(shù)的差別不明顯，僅在低產(chǎn)田中顯著增加。精準(zhǔn)施肥模式下的水稻結(jié)實率普遍升高，在中高產(chǎn)田中達(dá)到顯著水平。3種性狀中，水稻產(chǎn)量所受施肥模式的影響最為明顯，精準(zhǔn)施肥模式下3種田塊中的產(chǎn)量顯著增加，在中產(chǎn)田中達(dá)到極顯著水平。精準(zhǔn)施肥模式對水稻單個產(chǎn)量組成性狀的影響并不明顯，但是能引起最終產(chǎn)量的大幅變化，說明其對水稻的影響是多方面的。

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)任重道遠(yuǎn)

隨著經(jīng)濟全球化的深入，世界各國的日常交流更加普遍。許多農(nóng)業(yè)大國的農(nóng)產(chǎn)品流入我國市場，給我國農(nóng)業(yè)發(fā)展造成不小沖擊。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中加強精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣，有效監(jiān)管農(nóng)作物的生長，減少病蟲害等不利因素，最終使農(nóng)作物豐產(chǎn)，生產(chǎn)質(zhì)量符合預(yù)期。當(dāng)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量有充分保障，就能有效應(yīng)對外來農(nóng)產(chǎn)品的沖擊。

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)不僅能提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，有利于提高農(nóng)民收入，而且還能有效提高土地資源利用率。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的推廣能從根本上改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)靠天吃飯的狀態(tài)，使農(nóng)業(yè)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)得到有效升級。因此，實施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)任重道遠(yuǎn)。

（鄧進(jìn)利/文；網(wǎng)絡(luò)/圖）