试论精确农业与我国行动对策

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1、试论精确农业及我国行动对策提要 精确农业是超前性的农业新技术。由于精确农业充分地利用了作物、土壤和病虫害的 空间和时间变化量来进行耕作和田间管理，因而，取得的经济和环境边际效益非常显著。结 合我国国情，研究发展适用的精确农业技术体系、应用体系不仅是必要的，而且是可能的。 精确农业的研究与发展将有助于我国人口、资源与环境方面重大问题的解决，有助于农业资 源的高效利用和农业环境保护。为了适应精确农业应用，作为核心技术的地理信息系统(GIS) 技术也应在界面、功能、可掾作性、信息源、实时性和欠理速度等方面进行改进，深入研究 多层次集成系统。关键词精确农业地理信息系统现状对策国际农业的发展经历了原始农

2、业(游耕、游牧等)、传统农业和现代农业3个主要发 展阶段1。本世纪以来，石油农业的发展在取得成就的同时，带来了严重的环境问题。对 此，人们提出了一系列的替代农业对策，如回归型农业、生态农业、有机农业、集约农业、 立体农业、持续型农业(持续农业、低投入农业、低炳农业)、生态经济农业、综合农业、 精久农业等农业发展模式2。这些设想的主要目的都是为了充分地利用资源，降低不必要 的投入，减少环境污染和取得最大的社会经济效益3、4。80年代后期和90年代初以来，陵着全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、连续 数据采集传感器(CDS)、遥感(RS)、变率欠理设备(VRT)和决策支持系统(DSS)

3、等技 术的发展5：，精确农业(Precisionagriculture)在美国、英国、德国、荷兰、意大利等 西方发达国家勃然兴起68。1国际上精确农业发展的现状和趋势1.1 精确农业的定义和现状精确农业 （Prccisionagricu 11urc Precisionfarming Sitc-spccificcropmanagcment 或Prescription fanning）是利用重要的作物参数和知识在适当的尺度上优化生产系统管 理7，是根据特定地块的作物潜在生产能力控制不同的投入水平（如肥料、杀虫剂、除草 剂等）9。精确农业包含3个实施阶段：确定田间管理事件、制定对策和实施对策6。 精

4、确农业的核心是对变化因素进行精确管理，变化因素包括：空间因素、时间因素和预测因 索10。空间因素反映地域变化；时间因素反映年度变化；预测因素反映预测与实际值之间 的差异。国外精确农业实践表明：精确农业不仅具有更要的经济效益，而且其获取的详细耕作信 息推演出和有助于解决许多未知问题6。精确农业的根本效益体现在降低作物的生产成本 和过量施用农化产品的污染风险9。如以施肥为例，传统的施肥方式是在一片地块使用一 个平均施肥量。但实际上土壤肥力在不同的地块（像元大小为0.52hm2）、不同时段（上 一茬残留肥力和消耗）差别较大，所以平均施肥就会造成部分地区肥力不足而部分地区肥力 过量。精确农业实现了因土

5、、因作物、因时全面平衡施肥，因此，有明显的经济和环境效益 。1994年，明尼达大学在明尼达州汉斯卡农场实验研究表明：传统农业每公顷施肥为 119.8kg，而精确农业施肥平均为82kg。明尼达的扎卡比森甜菜农场采用精确变率施肥技术 减少了氮肥用量明巴料投入每公顷平均减少1552美元，收益平均每公顷增加358. 32美元。又如在产量预测预报方面，精确农业对投入、产出能按不同地块、不同时间进行详细记 录，对预测产量和耕作决策有着极其重要的意义。在英国奥托沃斯农场，联合收割机上装的 GPS和产量测定仪，每隔1.2秒，GPS测量记录一次。这样，在收割完成的同时，就可以 产生当季准确的产量分布图11。再如

6、在提高水资源利用率方面，精确农业技术也具有极大 的作用。在以色列，用水管理已实现高度的自动化，全国已全部实施节水灌溉技术，其中25% 为喷淮，75%为微淮（滴灌和微喷灌）。所有的灌溉都是由计算机控制，实现了因时、因作 物、因地用水和用肥自动控制。1989年，以色列水分利用率为每立方米产粮食2.32kg，与 技术使用前（1949年）相比，平均提高了 0. 68kg/m3 ；到2000年，计划提高到4.31kg Zm312 13-但是，精确农业的边际效益（marginal effect）与农场的规模成正比8。发达国家较 小的农场精细耕作程度较高，精确农业产生效益的可能性就小得多；而大农场，精细耕作

7、程 度较低，很大的一块田（地）采用一样的管理方式，因而，实施精确农业产生边际效益就大。精确农业的应用已涉及到施肥、植物保护、播种、耕作、水分管理等相关领域。精准农 业已渐渐为各农场经营者了解和熟悉。欧洲的一项调查表明：欧洲大约2/5的农场主知道 精确农业技术8。1.2 精确农业的发展趋势从大趋势看，精确农业将向着完全的时间和空间变量管理和决策支持方向发展。 Blackmore在展望欧洲精确农业发展时，指出了三种技术应用水平与相应的耕作管理战略 14：无任何信息技术（IT）组成的传统方式；管理信息系统（MIS）、咨询方式（whatif model）和简单机械化；空间信息技术的充分应用和自动欠理：

8、自动数据收集、集成 MIS/DSS技术支持系统。不同的应用水平将包含不同的IT组成，产生不同的环境和操作 效应及达到不同的经济效果。支持精确农业的专用硬件和设施系统将在不远的将来实现，而 相应的决策支持软件将会得到不断的、长期的开发和完善14中近者相应技术的进一步发展， 精确农业将很快从试验应用走向推广应用。可以预计，21世纪的农业可以说是计算机辅助 管理的精确农业时代12。2我国的农业现状和存在的问题2. 1我国的农业现状我国农业正由传统农业向现代农业发展，但从全局来看，仍欠于半自给半商品、半经验 半科学、半人畜半机械的状况，并未完全脱离传统农业的围1。农民仅初步温饱，生活水 平较低。199

9、5年，全国农业人口人均收入仅为780元，约8000万农民尚欠于贫困之中1。在农业资源利用方面，中国农业在精耕细作、多层次利用、生态农业等高效利用农业资 源方面独树一帜12。各地已总结出许多具有区域特色的耕作技术和农业模式，如间、套、 连作的多熟制、基塘农业、立体山地农业、有机物迁田等等。这些技术对提高我国光能、土 地、水、肥力等资源的利用率发挥着更要的作用。农业新技术研究与开发也开始起步。例如， 灌溉（如喷灌、滴灌、微灌、渗灌、膜上灌等）、施肥（如配方施肥、复湿肥技术、多元素 平衡施肥等）、植保、水土保持（如坡地农业）等方面的先进技术和措施已在研究或部分应 用之中。农业资源监测技术也取得了较大

10、的进展，遥感与地理信息系统（GIS）技术成功地 应用于作物长势、种植面积、产量、灾害、水土流失等方面的监测1517。国农业专家系 统日益深入，主要包括启发式专家系统、实时专家系统、专家数据库、模型专家系统、问题 专用壳等五类18。全国人工农情信息网络为农业决策部门提供生产形势和对策分析服务方面，发挥 着a益重要的作用16。全国农业科技信息网络已开始着手建设19，所有这些进步和发展 都标志着我国农业信息化建设正在迈出重要的一步。目前，我国政府正在推行的“高产、优质、低耗、高效”的资源节约型农业 政策12，社会主义市场经济体制的确定，经济增长方式的迅速转变为我国精确农业的发展 提供了有力的技术支探

11、和政策保障。2.2我国农业面临的挑战（1）有限农业资源的高效利用我国人口众多，人均资源少。目前，人均耕地、草地、 林地和水资源分别不到世界平均水平的1/3、1/3、1/8和。进入下一世纪中叶， 中国人口将增至1516亿12。人地矛盾和人楸矛盾会进一步严峻。而另一方面，我国的 资源利用效益很低。如我国灌溉水有效利用率约为40舟，根食作物用水产出效益（即单位耗 水量的农作物产量）少于lkg/n13x，远低于发达国家水平（约为50%70%） 20、12。又 如我国化肥的当季利用率，氮为30%35舟，磷为10*20*，钟为3玳50%，大大低于美 国和日本的氮素利用率（可达60%70%），而地域和养分不

12、平衡又进一步减少了肥效12、 21、22。因此，充分有效地利用有限的资源，发展以节地、节水、节肥、节粮为目标的农 业将是当前与未来中国农业必须关注的重点问题。（2）农业环境污染的有效控制我国部分地区因施肥不当已引起环境污染，出现了地表 水富营养化，地下水和鼓菜中硝态氮含量超标等问题21。水土流失面积占国土总面积的1 /5 ；沙漠化的土地达到3330hm2，且以每年120万hm2左右速度增加1。旱、涝、盐、碱、风等灾害又威胁着我国2000万hn】2耕地1 。如何在当前与未 来能在不加剧或减少环境污染的前提下谋求发展是我国农业面临的另一重要问题。当前国际公认的精确农业的好欠就在于其完善的管理、资源

13、的高效利用和环境保护效益 23 o因此，我国很有必要进行精确农业的研究与试脸。3我国的精确农业行动对策精确农业是具有超前性的农业高技术，代表了当前国际上农业发展的新趋势，对我国农 业的发展将发挥日益重要的推动作用。因此，我们应开展精确农业的研究，加强我国农业信 息化的建设，示和实践适用的精确农业体系。3. 1开展多种集成水平的精确农业研究和实践按技术集成水平和机械化程度，精确农业至少可划为三类：无机械化精确农业、半机械 化精确农业和全自动化、信息化的精确农业。无机化精确农业指无任何VRT机械设备，对 某项或某几项因子的时间、空间变化利用GIS进行查询和辅助决策。这是一种最简单而有 效的精确农业

14、，适合我国绝大部分地区应用和发展，尤其是丘陵和山区。半机械化精确农业 指部分采用VRT机械化设备，用于收割、播种、施肥或淮溉，部分设备实现了自动控制和 监测，其余部分仍由GIS进行查询，然后人工实施。这可能适合我国北方平原已形成了规 模化经营、机械化已达一定程度的大农场。全自动化、信息化的精确农业指全部采用VRT机 械化设备，GIS提供决策基础，DSS辅助决策 GPS/DGPS定位，自动控制耕作全过程和建 立建全田间管理档案。这在我国实现和应用迁会有相当大的难度，但作为研究，仍可重点选 释和支持一个试验点，以便研究高度集成化的精确农业技术系统。针对各种不同的精确农业实现水平，我们应建立相应的试

15、脸示农场。这样，我们才能在 实践中研究精确农业技术、系统集成方法、信息分析和决策方法、自动控制、效益（经济、 环境和社会效益）等，总结出适合我国发展的精确农业体系，指导我国农业的发展。3.1 农业信息基础设施的建设精确农业可以说就是农业信息化的典型产物。农业资源信息和农情信息是精确农业的信 息基础，是决定精确农业效益的关键。因此，必须加强农业信息基础设施建设，建立和制定 信息共享和数据更新的机制、技术规、标准和政策法规，促进我国国产化设备和软件的设计 和应用。农业信息基础设施最基本的是要以各级农业部门为依托，建设中央一省一市一县信 息骨干网络系统24。即全国以国家农业部信息中心为核心，以各省（

16、市）为枢纽，县（市） 为网点，并与其它网络互联，形成全方位的农业资源和经济信息网络系统。3.2 精确农业推广系统的建立农业推广系统实质是人才的培养，包括政府管理决策人员、研究人员、教学人员、经营 企业、农民等的培养和教育25。精确农业推广系统的目标就是要培养一支多层次的队伍， 使精确农业的研究、管理、应用得以实现。具中，社会咨询意识的培养尤其重要26，它关 系着精确农业是否能在我国真正得到应用。农业信息化和精确农业要求劳动者具有更高的知 识和技术水平27。3.3 多学科联合研究体系的建立精确农业是一多学科技术系统集成的具体化。它需要多学科 多层次的专业人员的合作。 因此，为促进合作和交流，建议：成立一全国性专业学会；每年组织12次专业讨论 会；建立一供