精細(xì)農(nóng)業(yè)的技術(shù)組織、決策分析及在我國(guó)的應(yīng)用實(shí)踐

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摘 要 “精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)的核心是用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，在機(jī)械化基礎(chǔ)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(shù)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。實(shí)施這項(xiàng)技術(shù)，其結(jié)果必然會(huì)引起一場(chǎng)新的農(nóng)業(yè)科技革命，也必將會(huì)對(duì)我國(guó)未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生重大影響。因此，在充分了解“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)組成的基礎(chǔ)上，探討了“精細(xì)農(nóng)業(yè)”的應(yīng)用范圍，尤其是結(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)；地理信息系統(tǒng)；定位系統(tǒng)；決策支持系統(tǒng)；傳感技術(shù)

本世紀(jì)后半期世界農(nóng)業(yè)的高速發(fā)展，除了依靠生物遺傳育種技術(shù)的進(jìn)步，耕地和灌溉面積的擴(kuò)大以外，基本上是在化肥與農(nóng)藥等化學(xué)品的大量增加和機(jī)械動(dòng)力與礦物能源大量投入的條件下獲得的。由此引起的農(nóng)業(yè)水土流失、土壤生產(chǎn)力下降、農(nóng)產(chǎn)品和地下水污染、生態(tài)環(huán)境惡化等問(wèn)題，已經(jīng)引起國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注，并成為實(shí)踐農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力。所謂可農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展是指在農(nóng)業(yè)資源和環(huán)境的持續(xù)支撐下的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)。即有效利用農(nóng)業(yè)資源，提高農(nóng)業(yè)利潤(rùn)，減少農(nóng)業(yè)污染。

中國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，用占世界7％的耕地解決了世界22％人口的溫飽問(wèn)題，取得了舉世矚目的成就。但是，我國(guó)面對(duì)的“人多地少，資源短缺，環(huán)境惡化，人增地減”的趨勢(shì)不可逆轉(zhuǎn)。保證21世紀(jì)我國(guó)16億人口的食物安全，關(guān)鍵在于推動(dòng)農(nóng)業(yè)科技的進(jìn)步。正如江澤民同志所指出的“中國(guó)的農(nóng)業(yè)問(wèn)題，糧食問(wèn)題要靠中國(guó)人自己解決。這就要求我們的農(nóng)業(yè)科技必須要有一個(gè)大的發(fā)展，必然要進(jìn)行一次新的農(nóng)業(yè)科技革命”?？v觀世界現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)，一個(gè)新的農(nóng)業(yè)科技革命的序幕已經(jīng)拉開(kāi)。以生物技術(shù)、信息技術(shù)為先導(dǎo)的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展及其在農(nóng)業(yè)上的廣泛應(yīng)用，為世界各國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了前所未有的機(jī)遇。“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)正是在這種環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生，成為農(nóng)業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要分支。其核心是用現(xiàn)代高新技術(shù)特別是信息技術(shù)來(lái)改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，在機(jī)械化的基礎(chǔ)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(shù)進(jìn)行集成，使作物生產(chǎn)更加科學(xué)，減少投入，提高產(chǎn)出，實(shí)現(xiàn)高效利用各種農(nóng)業(yè)資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

目前，我國(guó)化肥和農(nóng)藥的利用率都在30％左右，農(nóng)業(yè)灌溉水利用率不足35％，僅及發(fā)達(dá)國(guó)家的一半。以施用化肥為例，1978年到1995年，全國(guó)化肥用量增長(zhǎng)了97％，而糧食僅增長(zhǎng)了36％，糧食產(chǎn)量每增長(zhǎng)1％，化肥施用量差不多要增長(zhǎng)3％。這種化肥施用量遞增和過(guò)低的利用率，造成化肥報(bào)酬遞減和對(duì)土壤、地下水、谷物的嚴(yán)重污染。如果化肥利用率提高10個(gè)百分點(diǎn)，每年即可節(jié)約1000多萬(wàn)噸化肥，相當(dāng)于節(jié)約近100億元人民幣。據(jù)有關(guān)國(guó)外報(bào)道，“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)將會(huì)使目前化肥和農(nóng)藥的施用量減少50％甚至更多。

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)（如美國(guó)John Deree和英國(guó)Messey Ferguson等），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。目前商品化的土壤養(yǎng)分快速測(cè)試儀器還是基于傳統(tǒng)化學(xué)分析技術(shù)，其可操作性和測(cè)量精度有待于改進(jìn)。國(guó)外基于TDR技術(shù)的土壤水分測(cè)量?jī)x器、基于MR技術(shù)的多光譜SOM測(cè)試儀器已經(jīng)商品化，但其價(jià)格昂貴，不適于大面積推廣使用。

3) 苗情、病蟲(chóng)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(chóng)草害的分布情況。如監(jiān)測(cè)病蟲(chóng)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(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性很大程度上依賴于人的判斷能力。近年來(lái)，由于NIR視覺(jué)技術(shù)、圖象模式識(shí)別、多光譜識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，有關(guān)苗情、雜草識(shí)別快速監(jiān)測(cè)儀器不久將研制出來(lái)，并投入使用。