精細農業(yè)的技術組織、決策分析及在我國的應用實踐

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摘 要 “精細農業(yè)”技術的核心是用信息技術改造傳統(tǒng)農業(yè)，在機械化基礎上，將地理信息系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、傳感技術進行集成，實現農業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標。實施這項技術，其結果必然會引起一場新的農業(yè)科技革命，也必將會對我國未來農業(yè)發(fā)展產生重大影響。因此，在充分了解“精細農業(yè)”技術組成的基礎上，探討了“精細農業(yè)”的應用范圍，尤其是結合我國國情，提出了在我國逐步實施“精細農業(yè)”技術方案。

關鍵詞 精細農業(yè)；地理信息系統(tǒng)；定位系統(tǒng)；決策支持系統(tǒng)；傳感技術

本世紀后半期世界農業(yè)的高速發(fā)展，除了依靠生物遺傳育種技術的進步，耕地和灌溉面積的擴大以外，基本上是在化肥與農藥等化學品的大量增加和機械動力與礦物能源大量投入的條件下獲得的。由此引起的農業(yè)水土流失、土壤生產力下降、農產品和地下水污染、生態(tài)環(huán)境惡化等問題，已經引起國際社會的廣泛關注，并成為實踐農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要驅動力。所謂可農業(yè)持續(xù)發(fā)展是指在農業(yè)資源和環(huán)境的持續(xù)支撐下的農業(yè)經濟的持續(xù)增長。即有效利用農業(yè)資源，提高農業(yè)利潤，減少農業(yè)污染。

中國是一個農業(yè)大國，用占世界7％的耕地解決了世界22％人口的溫飽問題，取得了舉世矚目的成就。但是，我國面對的“人多地少，資源短缺，環(huán)境惡化，人增地減”的趨勢不可逆轉。保證21世紀我國16億人口的食物安全，關鍵在于推動農業(yè)科技的進步。正如江澤民同志所指出的“中國的農業(yè)問題，糧食問題要靠中國人自己解決。這就要求我們的農業(yè)科技必須要有一個大的發(fā)展，必然要進行一次新的農業(yè)科技革命”?？v觀世界現代農業(yè)發(fā)展動態(tài)，一個新的農業(yè)科技革命的序幕已經拉開。以生物技術、信息技術為先導的現代科學技術發(fā)展及其在農業(yè)上的廣泛應用，為世界各國農業(yè)發(fā)展提供了前所未有的機遇。“精細農業(yè)”技術正是在這種環(huán)境下應運而生，成為農業(yè)信息技術應用的一個重要分支。其核心是用現代高新技術特別是信息技術來改造傳統(tǒng)農業(yè)，在機械化的基礎上，把地理信息系統(tǒng)（GIS）、定位系統(tǒng)（GPS）、決策支持系統(tǒng)、傳感技術進行集成，使作物生產更加科學，減少投入，提高產出，實現高效利用各種農業(yè)資源，保護生態(tài)環(huán)境的農業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標。

目前，我國化肥和農藥的利用率都在30％左右，農業(yè)灌溉水利用率不足35％，僅及發(fā)達國家的一半。以施用化肥為例，1978年到1995年，全國化肥用量增長了97％，而糧食僅增長了36％，糧食產量每增長1％，化肥施用量差不多要增長3％。這種化肥施用量遞增和過低的利用率，造成化肥報酬遞減和對土壤、地下水、谷物的嚴重污染。如果化肥利用率提高10個百分點，每年即可節(jié)約1000多萬噸化肥，相當于節(jié)約近100億元人民幣。據有關國外報道，“精細農業(yè)”技術將會使目前化肥和農藥的施用量減少50％甚至更多。

1 “精細農業(yè)”技術組成

1.1 數據采集技術

“精細農業(yè)”技術是通過產量測量、作物監(jiān)測以及土壤采樣等方法來獲取數據，以便了解整個田塊的作物生長環(huán)境的空間變異特性。

1) 產量數據采集

帶定位系統(tǒng)和產量測量的谷物聯合收割機（如美國John Deree和英國Messey Ferguson等），在收獲的同時，每隔1.2秒記錄當地的產量，記錄數據以文本形式（經度、緯度、產量和谷物含水量）存儲在磁卡中，然后讀入計算機進行處理。影響產量精度的主要原因是GPS（或DGPS）定位精度、產量傳感器的測量精度、實際割幅和前進速度的準確性。

2) 土壤數據采集

土壤信息一般包括土壤含水量、土壤肥力、SOM、PH、土壤壓實、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驗室處理分析，耗資費時，成為實施“精細農業(yè)”技術實踐的瓶頸。目前商品化的土壤養(yǎng)分快速測試儀器還是基于傳統(tǒng)化學分析技術，其可操作性和測量精度有待于改進。國外基于TDR技術的土壤水分測量儀器、基于MR技術的多光譜SOM測試儀器已經商品化，但其價格昂貴，不適于大面積推廣使用。

3) 苗情、病蟲草害數據采集

利用機載GPS或人工攜帶GPS，在田間行走中隨時可定位，記錄位置，并記錄作物長勢或病蟲草害的分布情況。如監(jiān)測病蟲草害分布，一般人為可定性分為輕、較輕、中、較重、重，以1、2、3、4、5代表。該數據的準確性很大程度上依賴于人的判斷能力。近年來，由于NIR視覺技術、圖象模式識別、多光譜識別技術的發(fā)展，有關苗情、雜草識別快速監(jiān)測儀器不久將研制出來，并投入使用。