[摘要] 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是以信息為基礎(chǔ)， 利用傳感器及現(xiàn)代先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)， 完整、準(zhǔn)確、及時(shí)地了解土地和作物的詳細(xì)數(shù)據(jù)， 結(jié)合精確時(shí)空統(tǒng)計(jì)分析，及時(shí)迅速地做出決策的一種農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)。遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了條件。該文從我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的區(qū)別入手，系統(tǒng)地介紹了國(guó)外精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的基本內(nèi)涵，結(jié)合實(shí)際分析了我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)落后的原因，提出了我國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向及實(shí)施的路徑。

[關(guān)鍵詞] 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè) “3S” 技術(shù) 發(fā)展方向

1 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵和技術(shù)組成

1.1 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵

所謂精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，是指按照田間每一操作單元的環(huán)境條件和作物產(chǎn)量的時(shí)空差異性，精細(xì)準(zhǔn)確地調(diào)整各種農(nóng)藝措施，最大限度地優(yōu)化水、肥、種子、農(nóng)藥等的量、質(zhì)和時(shí)機(jī)，以期獲得最高產(chǎn)量和最大經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，保護(hù)土地等農(nóng)業(yè)自然資源。實(shí)現(xiàn)三個(gè)精確：一是定位的精確，精確確定灌溉、施肥、殺蟲等的地點(diǎn)；二是定量的精確，精確地確定水、肥、藥、種子等的使用量；三是定時(shí)精確，精確確定各種農(nóng)藝措施實(shí)施的時(shí)間，從而精確地進(jìn)行施肥、播種、灌溉、殺蟲、除草、收獲等。

1.2 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的技術(shù)組成

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)由10個(gè)子系統(tǒng)組成，即全球定位系統(tǒng)（GPS）、農(nóng)田信息采集系統(tǒng)、農(nóng)田遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（RS）、農(nóng)田地理信息系統(tǒng)（GIS）、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)、智能化農(nóng)機(jī)具系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、系統(tǒng)集成、網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)和培訓(xùn)系統(tǒng)。其核心是“3S”（GPS，GIS，RS）技術(shù)。

農(nóng)田遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱RS)指的是從不同高度的平臺(tái)上使用不同的傳感器，收集地球表層各類地物的電磁波信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行分析處理，提取各類地物特征，以探求和識(shí)別各類地物的綜合技術(shù)。衛(wèi)星遙感具有覆蓋面大、周期性強(qiáng)、波譜范圍廣、空間分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)農(nóng)田信息采集的主要數(shù)據(jù)源。

地理信息系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱GIS) 是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的技術(shù)核心，應(yīng)用該系統(tǒng)可以將土地邊界、土壤類型、地形地貌、灌水系統(tǒng)、歷年的土壤測(cè)試結(jié)果、化肥和農(nóng)藥等使用情況以及歷年產(chǎn)量結(jié)果做成各自的地理信息系統(tǒng)圖管理起來(lái)。通過(guò)歷年產(chǎn)量圖的分析，可以看出田間產(chǎn)量變異情況，找出低產(chǎn)區(qū)域，然后通過(guò)產(chǎn)量圖與其他因素圖層的比較分析，找出影響產(chǎn)量的主要限制因素，在此基礎(chǔ)上制定出該地塊的優(yōu)化管理信息系統(tǒng)，用于指導(dǎo)當(dāng)年的播種、施肥、除草、防治病蟲害、中耕、灌水等管理措施。

全球定位系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱GPS)是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一，是確定作業(yè)者或機(jī)器的瞬間位置，并將此信息轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)可接受的格式。GPS在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的主要作用有：（1）精確定位水、肥、土等作物生長(zhǎng)環(huán)境的空間分布。（2）精確定位作物長(zhǎng)勢(shì)和病、蟲、草害的空間分布。（3）精確繪制作物產(chǎn)量分布圖。（4）自動(dòng)導(dǎo)航田間作業(yè)機(jī)械，實(shí)現(xiàn)變量施肥、灌溉、噴藥等作業(yè)。

2 我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的制約因素

2.1土地資源約束

2.1.1人均土地資源少：國(guó)土面積960萬(wàn)hm2，實(shí)際耕地面積約18億畝，有林地面積19億畝，草地面積約60億畝。人均又是一個(gè)資源小國(guó)。中國(guó)人均占有耕地1.39畝，僅為世界平均數(shù)的1／4；人均草地4.6畝，為世界平均數(shù)的1／2；人均有林地1.46畝，僅為世界平均數(shù)的1／6。

2.1.2 農(nóng)業(yè)過(guò)度分散經(jīng)營(yíng)：已嚴(yán)重妨礙中國(guó)農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化之路。城鄉(xiāng)和區(qū)域的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展不平衡，農(nóng)業(yè)穩(wěn)定和農(nóng)民增收難度加大，其主要因素就是農(nóng)業(yè)組織化程度不高，分散的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)和勢(shì)單力薄的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)難以在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下與大規(guī)模的工業(yè)和商業(yè)進(jìn)行平等競(jìng)爭(zhēng)，帶來(lái)農(nóng)業(yè)整體效益低、風(fēng)險(xiǎn)大，發(fā)展不穩(wěn)定。

2.1.3復(fù)種指數(shù)高：復(fù)種指數(shù)高是對(duì)土地的不科學(xué)利用，連續(xù)在同一塊地上種植同一種作物，土壤里的病菌、病毒會(huì)越來(lái)越多，而且害蟲的生育發(fā)展得到了很好的延續(xù)，害蟲就會(huì)越來(lái)越多，抗藥性也會(huì)越來(lái)越強(qiáng)，進(jìn)而使用越來(lái)越多的農(nóng)藥。

2.2水資源短缺：我國(guó)陸面平均年降水總量約6.19億m3，實(shí)際利用率不到10%。水資源短缺是我國(guó)許多地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要制約因素。當(dāng)前我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉用水面臨的主要問(wèn)題是灌溉農(nóng)區(qū)面積約5000 hm2，多屬粗放型灌溉模式，水分虧缺部分全靠超采地下水來(lái)彌補(bǔ)，地下水位連年下降。

2.3化肥、農(nóng)藥投入量過(guò)大：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜等的大量使用已經(jīng)造成了嚴(yán)重的大氣、土壤和水污染。具體表現(xiàn)在：溫室氣體不斷增多；重金屬、硝態(tài)氮在土壤中累積；土壤板結(jié)肥力下降；地表水出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化，地下水則受到硝酸鹽、亞硝酸鹽污染。

2.4我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平低：精準(zhǔn)播種、精準(zhǔn)灌溉、精準(zhǔn)施肥、精準(zhǔn)收獲的實(shí)施都要依靠農(nóng)業(yè)技術(shù)裝備。目前精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展不能滿足實(shí)踐的要求，開發(fā)的裝備應(yīng)適合中國(guó)地形復(fù)雜、土地變化性較大的特點(diǎn)，以及不規(guī)則的小地塊操作。

3 我國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向

3.1 選擇符合中國(guó)國(guó)情的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式

我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，幅員遼闊，氣候條件復(fù)雜，不同地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平差異較大，農(nóng)業(yè)資金缺乏。可采用以下兩種模式：一是要利用GIS 技術(shù)，在空間定位數(shù)據(jù)框架下將每個(gè)地塊的土壤類型、質(zhì)地、pH 值、有機(jī)質(zhì)含量、地下水平均水位等相對(duì)靜態(tài)的數(shù)據(jù)，事先輸入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，構(gòu)建接收各種定位動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的接口，為定位定量施肥灌溉準(zhǔn)備條件。在包產(chǎn)到戶和農(nóng)業(yè)高度集約化的農(nóng)區(qū)，以GIS為基礎(chǔ)、操作單位為小地塊的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。二是將信息技術(shù)與現(xiàn)有農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)施結(jié)合起來(lái)，將定位、定量灌溉、施肥、撒藥落實(shí)到實(shí)處，使之成為一整套切實(shí)可行的精確農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)、推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程。

3.2 研究與開發(fā)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)管理決策支持系統(tǒng)

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)管理決策支持系統(tǒng)集GIS、數(shù)據(jù)庫(kù)、模型庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、多媒體技術(shù)和農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)為一體，通過(guò)GIS、作物生長(zhǎng)模型、ES 對(duì)GPS 數(shù)據(jù)、人工采集數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)等多源、多維、多時(shí)空數(shù)據(jù)的分析決策，給出具體空間可視化的變量施肥、變量灌溉病蟲害管理等作業(yè)方案，以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益和最小的環(huán)境污染。

3.3 建立精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)示范基地

我國(guó)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研究剛剛起步，因此應(yīng)加強(qiáng)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的研究與開發(fā)，盡快建立信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)示范基地和樣板。例如不同地域各種農(nóng)作物、特色農(nóng)業(yè)精確種植、精確加工示范基地、不同地域特色精確養(yǎng)殖示范基地等。精確種植方面，應(yīng)進(jìn)行優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)帶優(yōu)質(zhì)農(nóng)作物精確種植技術(shù)體系的研究、集成及其示范，研制開發(fā)能實(shí)際應(yīng)用的優(yōu)質(zhì)農(nóng)作物精確種植信息處理技術(shù)系統(tǒng)，評(píng)價(jià)實(shí)施優(yōu)質(zhì)農(nóng)作物精確種植的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境影響。

4 我國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究現(xiàn)狀及問(wèn)題

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)形成一種高新技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合的產(chǎn)業(yè)，上世紀(jì)90年代初進(jìn)入生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用，目前還處在研究發(fā)展階段，部分技術(shù)和設(shè)備已經(jīng)成熟和成型，但還沒(méi)有形成系統(tǒng)。國(guó)際上對(duì)這一技術(shù)體系的發(fā)展?jié)摿皯?yīng)用前景有了廣泛共識(shí)，并將成為發(fā)展農(nóng)業(yè)高新技術(shù)應(yīng)用的重要內(nèi)容。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是近年來(lái)國(guó)際上農(nóng)業(yè)科學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域，它是現(xiàn)有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施與新近發(fā)展的高新技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，其核心技術(shù)是“3S”（GPS，GIS，RS）技術(shù)。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)就是通過(guò)“3S”技術(shù)的應(yīng)用，按照田間每一操作單元的具體條件，精細(xì)準(zhǔn)確地調(diào)整土壤和作物的各項(xiàng)管理措施，最大限度地優(yōu)化使用各項(xiàng)農(nóng)業(yè)投入，以獲取最高產(chǎn)量和最大經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境、保護(hù)土地等農(nóng)業(yè)自然資源。國(guó)家在863計(jì)劃中已列入了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的內(nèi)容，中科院也把精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)列入知識(shí)創(chuàng)新工程計(jì)劃。在總體上，我國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)仍處于試驗(yàn)示范階段和孕育發(fā)展過(guò)程，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍存在著較大差距，主要表現(xiàn)為：

4.1 設(shè)施簡(jiǎn)陋，操作難以達(dá)到精準(zhǔn)。中國(guó)資源有限，人地矛盾突出，自然災(zāi)害頻繁，而且旱、瘠、鹽堿地較多，因而整體上農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件較差。中國(guó)以塑料暖棚和節(jié)能日光溫室為主體設(shè)施農(nóng)業(yè)已達(dá)近20萬(wàn)hm2，規(guī)模上居世界第一位，在設(shè)施生產(chǎn)的整體水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有相當(dāng)大的差距，表現(xiàn)為設(shè)施簡(jiǎn)陋，技術(shù)含量低，光溫調(diào)控能力差，特別是計(jì)算機(jī)管理仍難以配套，因而總體上還不能算是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。

4.2 專用品種及肥料的開發(fā)滯后。中國(guó)至今仍未開發(fā)出適應(yīng)于工廠化生產(chǎn)的專用品種和肥料，也少進(jìn)行專門的立項(xiàng)研究。在肥料上主要是以大田生產(chǎn)肥料代替，雜質(zhì)較多，影響配方施肥的準(zhǔn)確度。由于設(shè)施、品種和肥料等方面的差距，造成產(chǎn)量、質(zhì)量和效益方面相當(dāng)大的差距。以番茄生產(chǎn)為例，荷蘭選育的品種采收期長(zhǎng)達(dá)8~10個(gè)月，平均單產(chǎn)為45萬(wàn)kg/hm2 以上，而中國(guó)溫室栽培的平均單產(chǎn)僅為9萬(wàn)kg/hm2，約為荷蘭的1/5。

4.3 經(jīng)營(yíng)管理水平較低。主要表現(xiàn)為沒(méi)有統(tǒng)一的行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品市場(chǎng)定位和針對(duì)性不明確，沒(méi)有專門的營(yíng)銷配送網(wǎng)絡(luò)。而且，計(jì)算機(jī)管理尚未配套，離準(zhǔn)確性和及時(shí)性的要求仍有相當(dāng)大的差距。

4.4 缺乏完善的核心技術(shù)服務(wù)體系。中國(guó)至今仍未開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的適合于農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的3S技術(shù)服務(wù)體系，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)仍依賴從國(guó)外引進(jìn)，不但受制于人，而且成本高，針對(duì)性也較差。

5 我國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實(shí)施的路徑

5.1 明確發(fā)展思路

在中國(guó)發(fā)展“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”要比美國(guó)、西歐國(guó)家復(fù)雜得多，難度也大得多，這是由于中國(guó)農(nóng)田類型多樣，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，農(nóng)村貧困，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)仍然是小農(nóng)經(jīng)濟(jì)占主導(dǎo)成分。因此，發(fā)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息化在科學(xué)上、技術(shù)上和農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)建設(shè)上需要做出更大努力，付出更多的代價(jià)，以探索一條適合中國(guó)特點(diǎn)的發(fā)展道路。因此，中國(guó)發(fā)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)必定是一個(gè)漸進(jìn)過(guò)程，一定要分階段循序進(jìn)行。第一階段為引進(jìn)、試驗(yàn)、示范階段。從根本上講，最重要的是引進(jìn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的概念。要根據(jù)中國(guó)實(shí)際，引進(jìn)必要的技術(shù)和裝備，建立試驗(yàn)示范點(diǎn)，探索精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)規(guī)律和技術(shù)，摸索經(jīng)驗(yàn)。第二階段將試驗(yàn)示范工作擴(kuò)展到大型國(guó)營(yíng)農(nóng)場(chǎng)和小型農(nóng)戶，特別要在小型農(nóng)戶中實(shí)施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的概念和方法，進(jìn)一步探索規(guī)律和積累經(jīng)驗(yàn)。第三階段在多點(diǎn)試驗(yàn)示范基礎(chǔ)上，形成中國(guó)特色的“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)模式”，并在部分地區(qū)形成實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化。

5.2 加強(qiáng)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)交流

通過(guò)舉行精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)研討會(huì)，邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究單位、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)示范單位參加，同時(shí)邀請(qǐng)美國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)科研、教學(xué)和有關(guān)企業(yè)等參加交流。采取“請(qǐng)進(jìn)來(lái)”與“走出去”相結(jié)合的辦法，加強(qiáng)人才培養(yǎng)和技術(shù)培訓(xùn)。加強(qiáng)與國(guó)外精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究機(jī)構(gòu)和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備企業(yè)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)和經(jīng)貿(mào)方面的合作；國(guó)內(nèi)高校、科研機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)等單位之間也應(yīng)進(jìn)行技術(shù)合作，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，協(xié)同攻關(guān)。

5.3 選準(zhǔn)適合國(guó)情的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)項(xiàng)目

更多地開展節(jié)水、節(jié)肥、控制雜草與病蟲害的節(jié)約農(nóng)藥措施的試驗(yàn)研究，以積累經(jīng)驗(yàn)，為全面實(shí)施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)提供科學(xué)基礎(chǔ)。中國(guó)是個(gè)貧水國(guó)家，又是水資源浪費(fèi)嚴(yán)重的國(guó)家，農(nóng)田灌溉水的有效利用率只有45%，而先進(jìn)國(guó)家達(dá)50%~70%。根據(jù)田間土壤水分情況實(shí)施精確灌溉，最大程度地提高田間水分利用率是中國(guó)農(nóng)業(yè)資源利用的重要方向。中國(guó)化肥利用率也相當(dāng)?shù)停瑑H在30%~40%，氮肥損失率高達(dá)70%~80%，浪費(fèi)十分嚴(yán)重，還造成環(huán)境問(wèn)題。實(shí)施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，根據(jù)田間土壤養(yǎng)分的變異，精確施肥，將會(huì)大大節(jié)省肥的用量，減少投入。

5.4 加強(qiáng)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

做好精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)資料收集、信息格式標(biāo)準(zhǔn)化工作。充分利用墾區(qū)原有的土地普查資料、規(guī)劃資料、地塊航拍資料、衛(wèi)星遙感資料、作物種植資料、病蟲害資料、農(nóng)田水利規(guī)劃資料、農(nóng)機(jī)田間作業(yè)資料、墾區(qū)氣象資料、墾區(qū)林業(yè)規(guī)劃資料等，要充分利用墾區(qū)多年來(lái)投資建立的數(shù)據(jù)資料，實(shí)現(xiàn)墾區(qū)數(shù)據(jù)資料的共享，建立以農(nóng)業(yè)地理信息為平臺(tái)的農(nóng)墾農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)庫(kù)。

5.5 加強(qiáng)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)示范工作

在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)示范點(diǎn)，重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化吸收，研制適合中國(guó)國(guó)情的變量施肥播種機(jī)、變量噴藥機(jī)、變量灌溉設(shè)備等加強(qiáng)軟件系統(tǒng)建設(shè)，如農(nóng)業(yè)地理信息系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)庫(kù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)等，促進(jìn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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