国外精确农业技术研究及应用现状

精確農業是80年代末由美國的土壤研究專家提出來的，10多年來在全世界廣泛開展。精確農業旨在追求農業生產效益的提高和減少農業生態環境污染。日本在精確農業有關技術開發上進展也非常快，甚至連從來都沒有關系的技術領域也都開始與精確農業相結合，的確顯示出了引導農業發展的巨大作用。

    1、精確農業的思考

　　歐美型精確農業的做法是通過變量操作技術來實現農業生產效益的提高和減少農業生態環境污染。利用全球衛星定位系統(GPS) 和地理信息系統( GIS) 技術手段繪制出田間土壤、農作物產量圖，進而構建起圖譜庫精確農業和傳感信息庫精確農業來實現田間病蟲害變量控制防治及變量施肥。精確農業的基本方針除了解決精確農業主要追求農業生產效益的提高和減少農業環境污染外，還要解決相關的綜合問題。

    精確農業的思考具體來講，是利用遙感技術和設置在作物或土壤中的傳感器快速準確地獲得作物生長發育以及來自周圍環境脅迫信息，而且也包括作物的位置信息。以上各種信息的獲取，首先要從詳細準確地記錄田間的變異開始，并繪制成田間現狀圖，構建出農業生產經營模型、農作物種植模型以及借鑒和吸收農業生產者的傳統經驗和智慧，并以此為依據制作出決策圖。該決策圖的實行要通過由計算機控制的農業機械來完成，最終達到變量操作的目的。

　　2、精確農業實施所需的3 個關鍵技術

　　2. 1　田間測繪技術

　　田間測繪技術是繪制田間土壤信息圖，作物產量信息圖，田間雜草及病蟲害發生信息圖等的一項基本技術。其中田間土壤信息、作物產量信息、田間雜草及病蟲害發生信息等又與田間的準確位置信息相結合。如果田間的現狀圖繪制成的話，精確農業的實施將成為可能。

　　2. 2　變量控制操作技術

　　此項技術是與空間變異相對應的可變量控制操作技術。最具代表性的是變量控制農藥噴灑機械和施肥機械。需要獲得田塊內的空間分布信息。農業機械的可變量操作功能及產量或成本等方面的信息，并分別在不同的地點必須對作業的內容切實進行判斷。基于此時實時實地所獲得的田間信息的變量控制操作技術即可實現傳感信息庫精確農業。

　　2. 3 決策支持系統

　　決策的內容是從實時判斷可變量控制操作技術水平開始，涉及到田間、種植種類或作業程序、管理方法的選擇等時間、空間的各個方面。在收集和判斷如此大量的有關數據、信息時，需要建立起一個以計算方法或軟件為基礎的必要方案的信息技術體系。但最終的決策方案的提出在于農業生產者本身，并非計算機完全可以自動地向人們提出最佳的答案。

　　3、技術開發路線

　　精確農業的實施是從準確地記錄變異開始的。變異包括空間變異、時間變異、預測變異。變異的記錄內容又包括田間產量、土壤、病蟲害、環境污染以及作物的長勢、管理上的變異。變異所分析的內容包括空間、時間、預測以及圖譜分析。其次是農業機械化技術的開發，其內容包括機械的高速定位控制、可變量控制操作結構、田間農作業監控以及信息終端。最后是決策支持，其內容包括產量監測，土壤肥力監測，環境污染監測，成本、風險管理及最佳的計算方法。以上三者有機的結合可構建起傳感信息的基礎設備。如果搞清楚以上各種變異，相應的變量控制操作技術即可確立。為了選擇出最佳的變量控制操作技術，還必須要開發出農作物栽培模型、環境保護模型等決策支持系統。在以上技術開發的三個階段中，最具有特別作用的是從田間獲得準確信息的傳感技術的開發。

　　4、精確農業的技術水平開發與現行農業基本法之間的關系

　　從以下農業生產經歷的三個階段可看出上述之間的關系。第一階段為傳統的農業階段，它具有以農業機械化、自動化節省勞力為基礎的多肥高產特征。但是存在著農業環境污染、食品安全及老齡化、勞動力嚴重不足等問題。第二階段為農業生產中引進了信息技術、創新傳感技術，推動著農業生產進入到可自如操作市場信息、農作業記錄及產量等信息的信息化農業時代。總之，田間的耕種履歷、土壤現狀圖譜具備的話，所謂的信息田塊也就誕生了，可以有選擇性的提出若干管理方案。

    最具有代表性的是在過去大量投入、追求高產方案的基礎上，希望能把損失和風險降低至最小的一種方案。其次是不增加投入，同樣可提高產量，或者減少投入，亦可保持目前產量的一種方案。后一種方案正是實施精確農業所需要解決的問題。第三階段是前面所提到的三個關鍵技術具備的話，針對田塊內的變異，不同區域田塊間的靈活性的田間管理方案即可確立，再加之農業生產者的經驗和智慧的發揮，從田間生產到農產品的流通整個全過程就可以詳細地記錄下來，再在農產品上貼上質量安全的標簽，放心的農產品就可與消費者見面。

    此時，以上三種方案就完全可以確立。需要說明的是，方案一雖然是實施的傳統的大量投入，追求穩產高產戰略，但造成的農業環境污染問題仍然存在，需要擺在重要位置來加以解決。方案二是減少了投入，減輕了對環境污染的負擔，但要十分重視生產效益的提高。方案三是追求投入與產量的最佳平衡，通過農業生產活動可使環境得到恢復和保護。

　　5、實施精確農業對傳統農業的影響

　　構成目前傳統農業的5 大要素是農作物、田塊、技術、區域體系以及農業生產者的動機。在實際的農業生產經營過程當中，這5種要素要很好的得到統一，否則其中的一項要素如果發生變更，其余的4項都要跟著變，因此，存在著5種關系需要再次統一的必要。精確農業所需三個關鍵技術的引進，迫使目前農業的5 大要素發生如下變化。

    一是田間圖譜管理帶動農作物、田間的信息化。二是可變量操作技術要與區域體系的環境標準及市場需求等相適應，同時技術體系也要適合于田間及作物的狀態。三是決策支持系統既要考慮到與農業生產者的愿望相關的決策，又要使復雜的體系在技術上最佳化。即誰能提出決策，誰就是現代農業管理的能手。因此，精確農業的引進，不僅僅是在于個別技術的推廣應用，可促使目前農業種植方法進行全面調整，對推動整個農業結構發生大的變革蘊藏著很大的潛力。

　　6、精確農業實施的局限性

　　精確農業技術體系是以數百公頃規模大小的田塊為對象，記錄以米為單元的變異進行管理而不斷建立起來的。歐美的農業為大規模經營，咋一看似乎全都是旱地，所種植的作物大都屬于單季作物，可以說是以田塊內的變異為對象進行管理的。

　　用同樣的眼光去看日本的農村，其中有水稻、蔬菜、農村居民住宅，屬于土地利用多樣性的一種綜合性管理。可以說是以田塊間的區域性變異為對象的管理。還有大多數農戶所擁有的土地有限和耕作方式的不同，導致各農戶間的經營形式、規模或每戶農戶的想法都不一樣，不僅存在著小規模田塊內的變異，也存在著田塊間的變異和農戶間的變異等。鑒于這種情況下，如果走聯合經營的路子的話，那么，精確農業的技術體系就可原封不動地搬用。此時所獲得的各類信息就是小規模田間內的最佳管理，同時也是最合適的區域管理。另外，還可促進農戶群和區域居民間的很好合作。因此，日本的精確農業與歐美的不同，經營管理應該屬于層次上的差異，決策的主體應該說是以農戶為主的群眾團體，并非是個人行為。總之，精確農業技術體系的建立應該從最主要的變異，最可能解決的方面入手。

　　日本引進精確農業技術經歷的5 個階段:日本致力于精確農業技術的引進是從1996年開始的，正式啟動開展研究是1998年，為起步階段，由政府投資約12億日元，設立課題約70多個，作為國家的一項攻關項目，委托日本農林水產省下屬的8個研究機構和有關的8個大學，以水稻、旱作、牧草為對象，有組織地開展精確農業田間管理等技術方面的開發研究。

　　第二步是由企業投資技術開發直至應用階段。第三階段是利用經營農戶的田塊通過技術試驗驗證階段。第四階段是在示范農場的試驗驗證階段，并提出考慮過效益在內的農業經營示范方案。第五階段是在先進的集體經營農場大面積推廣應用。

　　另外，日本政府把精確農業技術作為激活區域經濟的支柱之一引入農村，積極推進農業信息產業化發展。

　　7、實時近地光傳感技術的開發

　　為了快速繪制出土壤養分圖譜，已開展了可見光及近紅外線光實時實地近地光傳感技術的開發。通過對土壤反射光譜的分析，可推斷出土壤中的水分含量、有機質含量、硝態氮、電解質及pH值。光傳感觀測深度為15～40cm，觀測速度為最大1秒，觀測間隔為1m左右。上述光傳感技術設備是裝配在農用機械上的，通過機械作業可實時實地獲得土壤中有機質含量和硝態氮的空間分布情況，然后將繪制出的土壤養分圖和產量圖組配，再結合田塊的特性，就可得出最合適的管理技術方案。

消息來源：中國科技信息

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