孔慶富+封文杰+王風云+鄭紀業(yè)+黎香蘭+趙泉+阮懷軍

摘要：在對國內外精準農業(yè)研究與應用進行分析的基礎上，找出我國精準農業(yè)技術發(fā)展存在的共性制約因素和山東省精準農業(yè)科技創(chuàng)新存在的主要問題，明確山東省精準農業(yè)科技創(chuàng)新的重點方向，提出了支持山東省精準農業(yè)科技創(chuàng)新的對策建議。

關鍵詞：精準農業(yè)；科技創(chuàng)新；制約因素；對策；山東

中圖分類號：S127文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2017）03-0143-05

AbstractOn the basis of analyzing the research and applications of precision agriculture at home and abroad， the common restriction factors in the technological development of precision agriculture in China and the main problems in scientific and technological innovation of precision agriculture in Shandong Province were found out. The key direction of scientific and technological innovation of precision agriculture in Shandong was cleared， and the related countermeasures and suggestions were put forward.

KeywordsPrecision agriculture； Scientific and technological innovation； Restriction factors； Countermeasures； Shandong

山東是農業(yè)大省，糧食產量全國第三，蔬菜、水果、畜產品和水產品產量全國第一，但存在大而不強、多而不優(yōu)、快而不穩(wěn)的問題。通過精準農業(yè)科技示范工程，在山東優(yōu)勢農業(yè)領域打造一批精準農業(yè)綠色發(fā)展模式，實現(xiàn)種、肥、水、藥等生產要素的高效利用，減少浪費、提高效益、保護環(huán)境，提升農業(yè)現(xiàn)代化水平，是山東省現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展的內在需求。

本項目從山東農業(yè)實際出發(fā)，貫徹創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享的發(fā)展理念，圍繞山東精準農業(yè)發(fā)展的重大需求，以資源環(huán)境約束問題為導向，以實現(xiàn)農業(yè)生產全過程精準化管理為目標，按照關鍵技術突破、服務一體化設計[1]，充分利用國家農村農業(yè)信息化示范省建設成果，廣泛吸納國內外先進成熟經驗，以切實服務山東區(qū)域農村經濟和社會發(fā)展為重點，發(fā)揮專家咨詢和政府引領作用，有效聚集創(chuàng)新要素和資源，研究提出精準農業(yè)科技創(chuàng)新的對策，促進山東農業(yè)的轉型升級和現(xiàn)代農業(yè)的發(fā)展。

1精準農業(yè)的內涵與發(fā)展概況

1.1精準農業(yè)的涵義

精準農業(yè)作為傳統(tǒng)“精耕細作”農業(yè)的現(xiàn)代延伸，是科學合理利用農業(yè)資源、提高農作物產量和品質、降低生產成本、解決改善生態(tài)環(huán)境及促進經濟和環(huán)境協(xié)調發(fā)展的典范[2]。

精準農業(yè)是由信息技術支持的根據(jù)空間變異，定位、定時、定量地實施一整套現(xiàn)代化農事操作技術與管理的系統(tǒng)[3]。實施精準農業(yè)就是要確保我國農產品總量、調整農業(yè)產業(yè)結構、改善農產品品質、解決資源缺乏且利用率低及環(huán)境污染等問題的有效方式[4]。

1.2國外精準農業(yè)研究與應用概況

20世紀90年代精準農業(yè)首先在美國、加拿大進行產業(yè)化實施，目前部分精準農業(yè)技術和裝備已經成熟，但還沒有形成系統(tǒng)，仍然處在研究發(fā)展階段[5]。

美國最早將3S技術應用于精準作業(yè)、農情監(jiān)測等方面。據(jù)統(tǒng)計，美國有近16萬個年收入25萬美元以上的大規(guī)模農場，其中60%～70%采用精準農業(yè)技術，提高產量、降低成本[6]。在GPS產業(yè)化方面，幾家大規(guī)模農機制造商成功推出綁定GPS系統(tǒng)的精準農機，并提供精準作業(yè)服務。

加拿大多年來致力于依托GPS系統(tǒng)開展精準耕作，提倡民間資本進入導航產業(yè)，鼓勵企業(yè)將GPS技術用于精準農業(yè)領域，參與導航基礎設施建設，并由政府購買企業(yè)的導航定位、數(shù)據(jù)挖掘等增值服務。

法國不斷探索將衛(wèi)星應用技術推廣到農業(yè)生產中，開展精準農業(yè)，提高農業(yè)生產效率。在精準作業(yè)方面，通過引進基于GPS的大型農機、自動導航駕駛儀等設備，農業(yè)機械精準作業(yè)水平得到了顯著提升，逐步實現(xiàn)了變量施肥、變量施藥、變量灌溉等精準作業(yè)。

韓國注重農業(yè)衛(wèi)星應用技術的實效性和產業(yè)的延續(xù)性，現(xiàn)已形成完善的農業(yè)衛(wèi)星應用體系，利用農情監(jiān)測、精準作業(yè)等手段實現(xiàn)農業(yè)增產、穩(wěn)產，并通過商業(yè)化運營開展數(shù)據(jù)增值業(yè)務，政府和民間資本共同注資建立精準農業(yè)應用公司，向大規(guī)模農戶提供精準作業(yè)服務。在精準作業(yè)方面，基于GPS發(fā)展導航產業(yè)，實現(xiàn)農田精細耕作。

1.3國內精準農業(yè)研究與應用現(xiàn)狀

我國精準農業(yè)研究始于20世紀90年代[7]。1999年，黑龍江農墾總局從美國凱斯公司購買了20臺2366軸流谷物收獲機，并在其中1臺上安裝了精準農業(yè)系統(tǒng)，標志著精準農業(yè)在我國實施的開始。此后，北京、陜西、黑龍江、新疆、內蒙古等地相繼建起了一批具有一定規(guī)模的試驗區(qū)[8]，如北京小湯山精準農業(yè)開發(fā)園區(qū)。目前，國家“863計劃”已在全國20個省市開展了“智能化農業(yè)信息技術應用示范工程”。但從總體上看，我國的精準農業(yè)仍處于試驗示范和孕育發(fā)展階段[9]，目前還存在技術支持不足、信息收集系統(tǒng)不全、專家系統(tǒng)未完善等問題，特別是高精度農業(yè)機械精密控制系統(tǒng)產品長期依賴國外產品，成本投入過高，嚴重影響了我國精準農業(yè)的發(fā)展。

1.4山東省精準農業(yè)技術研究與應用情況

《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》發(fā)布后，山東把農業(yè)精準作業(yè)與信息化作為農業(yè)領域科技發(fā)展的優(yōu)先主題[10]，列入省科技支撐計劃、星火計劃、農轉資金、國際科技合作專項及科研院所技術開發(fā)研究專項等計劃的支持，以建設智慧農業(yè)為目標，依托數(shù)字農業(yè)技術、精準作業(yè)技術、物聯(lián)網技術、農村信息服務技術等，研發(fā)了一批核心關鍵技術產品，有利地推動了農業(yè)生產的智能化、管理數(shù)據(jù)化、服務在線化，在引領和支撐山東現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展上發(fā)揮了重大作用；利用多種方式構建“官產學研用”相結合的協(xié)作機制，通過政策引導、產業(yè)化推動、人才培養(yǎng)、研究創(chuàng)新以及示范帶動[11]，有力地推動了山東精準農業(yè)的發(fā)展。

近年來，山東省結合國家示范省建設，圍繞特色優(yōu)勢農業(yè)產業(yè)發(fā)展需求，重點面向設施蔬菜、設施畜禽、設施水產等領域開展農業(yè)物聯(lián)網、精準農業(yè)等規(guī)?；痉稇茫攸c在1 000多個設施蔬菜大棚、300萬平方米水產養(yǎng)殖場和200多個規(guī)模化設施豬、牛、雞養(yǎng)殖場推廣應用物聯(lián)網和精準農業(yè)生產技術，實現(xiàn)了生產現(xiàn)場的信息采集、無線傳輸、智能處理、智能控制，生產效率有了明顯提升，示范和輻射帶動作用明顯。

2精準農業(yè)發(fā)展及其科技創(chuàng)新存在的主要問題2.1制約我國精準農業(yè)發(fā)展的共性因素

2.1.1成本因素精準農業(yè)機構實施的做法在農場產生額外的費用被認為是過度消費，尤其是在以家庭為單位的生產模式和在產品價格比較低時。

2.1.2農藝障礙因素早期的精準農業(yè)應用某些謹慎和有效率的方法如產量映射擴展法、選站點的具體做法，包括作物營養(yǎng)和精確農業(yè)信息系統(tǒng)等，在大多數(shù)情況下精準農業(yè)的快速發(fā)展受益于改良土壤和投入管理，使得作物產量、品質和銷售業(yè)務顯著提升。但精準農業(yè)目前仍處于農藝學嬰兒期[6]，存在重大障礙。

2.1.3技術障礙國外對于先進農業(yè)技術設備的壟斷，國內農業(yè)科技的落后，研發(fā)能力的不足，致使我國精準農業(yè)技術裝備大量依靠進口，專用肥料和作物品種的開發(fā)也嚴重依賴進口。

2.1.4傳統(tǒng)因素國外精準農業(yè)技術是針對大平原地區(qū)、大塊農田來實施，而我國復雜的地形條件，各式各樣的農田類型，農機化技術水平、土地利用率、規(guī)模化集約化程度、綜合生產力等都與發(fā)達國家相比存在相當大的差距，且大都是以農戶為單位的小塊耕作，大型智能農業(yè)機械在有些地區(qū)根本就無法實施。

2.1.5基礎設施因素我國農業(yè)基礎相當薄弱，發(fā)展相對滯后，還達不到精準農業(yè)的相關要求。據(jù)調查，由于農田水利灌溉設施老化，現(xiàn)有耕地有效灌溉面積不足45%，中低產田比例高達78%[12]。此外，農村青壯年勞動力中，文化程度在初中及以下的占90%，而大專及以上的僅占0.6%。

2.2制約山東省精準農業(yè)發(fā)展的主要因素

一是耕地類型差異、地形條件及不同地貌區(qū)域經濟發(fā)展水平差異較大，耕地高度細碎化，農業(yè)機械化和集約化水平不高。二是農業(yè)基礎設施建設滯后，經濟效益顯現(xiàn)時間漫長，農民素質整體水平不高。三是信息技術和裝備對農業(yè)支撐不夠，設施裝備簡陋，特別是計算機管理不能完全配套，難以達到精準操作，專用品種及肥料的研發(fā)滯后[13]。四是經營管理水平較低，行業(yè)質量標準難以統(tǒng)一，產品市場定位不明確針對性不強，缺乏專門的營銷配送網絡，經濟效益不高。五是精準農業(yè)關鍵技術仍依靠國外引進，成本較高且針對性不強。山東精準化養(yǎng)殖走在全國前列，但大田的精準化作業(yè)與東北相差很大，智能化農機裝備少。

2.3山東省精準農業(yè)科技創(chuàng)新存在的主要問題

2.3.1創(chuàng)新效率與產出效益不高山東在人均課題數(shù)量、獲獎成果、技術性收入等方面與先進省市相比差距較大，在國內外有重大影響的科研成果相對較少，農業(yè)科技投入增幅有限，農業(yè)科研成果產出效率較低。

2.3.2科研隊伍整體實力不強有重大學術影響的專家和創(chuàng)新團隊少，部分領域缺乏高水平學科帶頭人，高層次后備人才儲備不足。

2.3.3相關學科發(fā)展不平衡農業(yè)科研院所、高等院校之間發(fā)展不平衡，內部存在著學科研究方向不明、布局重復、傳統(tǒng)優(yōu)勢學科弱化、新興學科發(fā)展緩慢、綜合學科不強等問題。高水平研究人才主要集中在幾個優(yōu)勢學科，分布不均衡，科技推廣力量相對薄弱。

2.3.4農業(yè)科研成果轉化機制不完善農業(yè)科研與產業(yè)有效對接的機制以及農業(yè)科技成果快速轉化的渠道還未建立；知識產權的利用、保護和管理水平還比較低，對外農業(yè)科技合作的領域層次和機制模式等需要繼續(xù)拓展和完善，科技產業(yè)開發(fā)能力需要提升。農業(yè)科技對產業(yè)發(fā)展支撐不足，對農民增收的顯示度不高。

3支持山東省精準農業(yè)科技創(chuàng)新的對策建議

結合國內外精準農業(yè)的發(fā)展趨勢及具體省情，山東省精準農業(yè)科技創(chuàng)新應關注以下主要方向：一是糧食作物精準種植，以各級農業(yè)科技園區(qū)為主體，結合渤海糧倉工程深度實施，重點研發(fā)精準播種、收割技術以及節(jié)水、節(jié)肥精準農業(yè)技術體系。二是自主研發(fā)與引進相結合，儲備和發(fā)展精準農業(yè)信息技術、智能設備及種肥等配套物資；因地制宜地引進以以色列、荷蘭為代表的小型工廠化精準農業(yè)和投資少、對設施要求不高的新西蘭數(shù)字農業(yè)模式，推進集成創(chuàng)新和引進消化吸收再創(chuàng)新。三是開展農田信息和農情監(jiān)測服務，通過地理網絡信息系統(tǒng)和基于傳感器的精確田間管理系統(tǒng)提供農田基本信息；利用衛(wèi)星遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)進行產量預報，通過基于多源遙感數(shù)據(jù)的協(xié)同反演與監(jiān)測提供基于農田尺度的關鍵農情參數(shù)，滿足農業(yè)生產管理的遠程調度和即時調整需求。

隨著山東農村經濟實力的不斷增強，農村土地的三權分立使土地流轉加速，農業(yè)經營規(guī)模不斷擴大，生產組織形式逐步由單家獨戶向農業(yè)合作社統(tǒng)一經營，精準農業(yè)技術在全省大范圍應用的時機已經基本成熟。本研究從以下幾方面提出支持山東省精準農業(yè)創(chuàng)新的對策建議，全面推進精準農業(yè)技術的應用和快速發(fā)展。

3.1把握精準農業(yè)科技創(chuàng)新重點

適應山東現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展需求，堅持“三化兩型”，提升精準農業(yè)關鍵核心技術的原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進消化吸收再創(chuàng)新能力，加快研發(fā)性能穩(wěn)定、操作簡單、價格低廉、維護方便的適用“傻瓜”型智能裝備，逐步實現(xiàn)精準農業(yè)技術重點領域的自主、安全、可控。

工程化：建設精準農業(yè)技術學科群，進行工程化技術創(chuàng)新，科學布局一批工程化實驗室，培育成果孵化平臺，構建“基礎研究-工程化-產業(yè)化”科技創(chuàng)新鏈條。

智能化：研發(fā)適合省情的傳感器、采集器、控制器，推動傳統(tǒng)設施裝備的智能化改造，提高設施和裝備的智能化水平。重點進行光、溫、水、土、肥、飼料投喂、災害防治等精準管理技術研究[14]。

機械化：以農業(yè)機械化為突破，研究適合復雜地形的大中小型智能機械，建立農業(yè)機械信息收集體系[15]，提升農業(yè)生產精準化、智能化水平。

綠色型：圍繞高效綠色種養(yǎng)、循環(huán)農業(yè)、資源綜合利用以及資源數(shù)據(jù)的采集、分析與管理等，開展相關工程化技術創(chuàng)新研發(fā)。

安全型：促進農機精準作業(yè)、遙感監(jiān)測、病蟲害遠程診斷、溫室環(huán)境自動監(jiān)測與控制、水肥藥智能管理、精準飼喂、水體監(jiān)控、餌料自動投喂等快速集成應用，構建健康栽培、生態(tài)養(yǎng)殖模式和標準化體系以及質量安全可追溯體系。

3.2以農業(yè)產業(yè)發(fā)展需求為導向，開展精準農業(yè)關鍵領域創(chuàng)新

精準農業(yè)的發(fā)展要由市場定位， 并隨著市場的變化在更高層次上實現(xiàn)精準農業(yè)科技創(chuàng)新[16]。以市場為主導，面向產業(yè)需求，促進精準農業(yè)關鍵適用技術研發(fā)和成果轉化。一是建立以產業(yè)需求為導向的科研立項制度和機制，強化激勵機制，鼓勵科技人員通過技術入股、技術承包等形式，創(chuàng)辦涉農科技型企業(yè)、家庭農場、農民專業(yè)合作組織等生產經營主體。二是加強關鍵技術節(jié)點的銜接研究，精準對接產銷，推進產業(yè)鏈與創(chuàng)新鏈的整合。三是對接產業(yè)技術支撐體系。以創(chuàng)新團隊、重點實驗室、試驗臺站為主構建產業(yè)技術支撐體系，實行產業(yè)配套、技術集成、市場運作相結合，建設農業(yè)產業(yè)鏈技術支撐。四是發(fā)展科技金融。完善金融資金支持精準農業(yè)科技創(chuàng)新的政策措施，探索社會資金投入創(chuàng)新的機制[17]。五是圍繞農業(yè)轉型升級，運用跨界融合、共建共享的互聯(lián)網思維，促進現(xiàn)代信息技術在精準農業(yè)各環(huán)節(jié)、各行業(yè)的應用。

3.3加強政策引導，完善創(chuàng)新管理

充分發(fā)揮政府的引導作用，強化精準農業(yè)科技創(chuàng)新與服務，促進科技成果轉化[18]；持續(xù)投入、技術進步、人才儲備是精準農業(yè)科技創(chuàng)新的不竭動力。要加強協(xié)同創(chuàng)新，推進產學研、農科教緊密結合，探索科研與創(chuàng)新并重、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)一體化的科技創(chuàng)新管理機制，引導科技人員圍繞精準農業(yè)創(chuàng)新體系建設開展科學研究、技術創(chuàng)新和市場應用。以科企聯(lián)合研發(fā)為抓手，企業(yè)和團隊相互融合，搭建科技創(chuàng)業(yè)孵化服務和技術交易等平臺，加快培育領軍人才、專業(yè)人才和創(chuàng)新團隊，提高科研效率和效果。

3.4研究構建精準農業(yè)全程社會化服務體系

工業(yè)化、城市化的發(fā)展，造成了農村大量勞動力的轉移，精準農業(yè)是未來農業(yè)發(fā)展的趨勢。圍繞“種、管、收、運、儲、加”全產業(yè)鏈，探索建立全省精準農業(yè)社會化服務體系，通過科研院所、農業(yè)企業(yè)、專業(yè)合作組織與政府管理的緊密結合，實現(xiàn)科技、推廣、培訓服務一體化，推動全省精準農業(yè)科技服務社會化。

3.5構建精準農業(yè)科技創(chuàng)新體系

為滿足農業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的要求，研究適度規(guī)模的、高度機械化、裝備智能化的精準農業(yè)技術模式，有針對性地開展精準農業(yè)科技創(chuàng)新，構建農機農藝相結合的精準農業(yè)標準化技術支撐體系，集成創(chuàng)新支撐精準農業(yè)發(fā)展的信息化、生態(tài)化、標準化關鍵技術，研發(fā)一批適合不同區(qū)域、不同對象的精準高效的農業(yè)生產智能化裝備，培育精準農業(yè)產業(yè)集群，形成一批適合山東主要糧食作物、設施蔬菜、果樹、畜禽、海洋水產等產業(yè)特點的精準農業(yè)發(fā)展模式。具體來說，一是進行農業(yè)信息精準處理與決策關鍵技術研究；二是精準耕種控制技術研究；三是水肥藥精準施用技術研究；四是高效采收控制技術研究。

3.6實施山東省精準農業(yè)科技示范工程

以切實服務山東區(qū)域農村經濟和社會發(fā)展為重點，有效聚集創(chuàng)新要素和資源，建立健全覆蓋全省的精準農業(yè)協(xié)作攻關體系，構建運行高效的協(xié)同創(chuàng)新模式。以實現(xiàn)農業(yè)節(jié)本增效和農田生態(tài)環(huán)境改善為目標，探索適合山東特點的精準農業(yè)發(fā)展模式和創(chuàng)新機制。選擇農業(yè)產業(yè)化龍頭企業(yè)、農民合作社、家庭農場、互聯(lián)網企業(yè)等市場主體，加快主要糧食作物、設施蔬菜、果樹等精準農業(yè)技術的推廣應用，通過信息化、智能控制等技術，實現(xiàn)農業(yè)產前、產中、產后全產業(yè)鏈上的精準化、生態(tài)化、標準化，促進農業(yè)產業(yè)結構調整和轉型升級。

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