李蒙 田紅荔 張爽

摘 要 雖然我國農(nóng)業(yè)機械化程度大幅度提高，但精準農(nóng)業(yè)技術(shù)目前仍主要應用于實驗田，尚未實現(xiàn)規(guī)?；瘧?，需要采取相關(guān)措施，推進其發(fā)展?；诖?，按照理論研究進展-推廣實踐進程-產(chǎn)生問題-提出對策的思路，分析國內(nèi)外精準農(nóng)業(yè)的研究進展，著重論述了我國精準農(nóng)業(yè)應用推廣的實踐進展和存在的問題，并提出了相關(guān)的解決對策。

關(guān)鍵詞 精準農(nóng)業(yè);應用推廣;規(guī)?；?/p>

中圖分類號：F323.3 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.27.046

精準農(nóng)業(yè)的概念和設想是美國于20世紀80年代初提出的，是建立在高新技術(shù)基礎(chǔ)之上的新型農(nóng)業(yè)，是高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式和技術(shù)體系[1]。精準農(nóng)業(yè)是利用3S等技術(shù)對影響農(nóng)作物生長的各生態(tài)因子進行精確管理，把灌溉、播種、施肥和田間管理等各項農(nóng)業(yè)支出控制在最理想范圍內(nèi)，增加收入，減小污染，實現(xiàn)綜合利益最大化。目前，圍繞精準農(nóng)業(yè)出現(xiàn)的各種先進技術(shù)、設備不斷應用于生產(chǎn)實踐，如農(nóng)機衛(wèi)星導航自動駕駛系統(tǒng)、變量施肥播種機、植保無人機等大量技術(shù)設備已在我國多地試驗田投入使用，即將進入規(guī)模化應用階段。

1 精準農(nóng)業(yè)的研究進展

1.1 國外研究進展

美國的農(nóng)業(yè)計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)覆蓋整個國家，同時聯(lián)通了加拿大6個省和其他7個國家，信息連通農(nóng)業(yè)部、農(nóng)業(yè)署、科研機構(gòu)、高校和眾多農(nóng)業(yè)企業(yè)，農(nóng)業(yè)信息的獲取采集、分析整理、審核和傳輸與發(fā)布都由美國農(nóng)業(yè)部統(tǒng)籌管理。美國空間網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展迅速，衛(wèi)星導航控制大型農(nóng)業(yè)機械實現(xiàn)播種、施肥、噴藥、收割、翻耕一體化作業(yè)技術(shù)已十分成熟，精準農(nóng)業(yè)已在絕大部分農(nóng)田實現(xiàn)規(guī)?；瘧肹2]。

德國基本實現(xiàn)精準農(nóng)業(yè)的規(guī)模化應用，衛(wèi)星遙感監(jiān)測和GPS定位控制系統(tǒng)已在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣范應用。地面站、GPS空間衛(wèi)星與大型農(nóng)業(yè)機械組成控制網(wǎng)，指揮集成了決策控制系統(tǒng)的大型機器設備，實現(xiàn)了從整地、播種、灌溉、管理到收獲的全程自動化，極大提高了生產(chǎn)效率。

日本、韓國等國家國土面積小，耕地緊張，高效率、高產(chǎn)量一直是這些國家追求的目標，精準農(nóng)業(yè)的低耗高產(chǎn)恰好可以解決這一問題，因此該地區(qū)精準農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。日本、韓國的精準農(nóng)業(yè)理論和技術(shù)發(fā)展非?？欤瑫r發(fā)達的工業(yè)為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)業(yè)機器人技術(shù)的廣泛運用提供了巨大支持[3]。

1.2 國內(nèi)研究進展

查詢中國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部網(wǎng)站2018—2019年發(fā)布的報道顯示，與精準農(nóng)業(yè)相關(guān)的報道達415篇，主要介紹了現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)技術(shù)在各省的應用進展。其中，北京市和河北省精準農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展最為迅速，應用推廣實踐較國內(nèi)其他省份超前;其次是黑龍江省和新疆地區(qū)，以各大農(nóng)場為實驗基地，精準農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展速度較快。中國知網(wǎng)上關(guān)于精準農(nóng)業(yè)的文獻2 000余篇，內(nèi)容涉及3S技術(shù)的綜合應用、智能專家決策系統(tǒng)的開發(fā)、5G網(wǎng)絡支持下的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建、地面信息綜合采集技術(shù)的研發(fā)、地面智能化農(nóng)機研發(fā)和應用等各個方面。

我國從20世紀80年代開始研究農(nóng)作物耕作栽培智能決策系統(tǒng)。20世紀80年代中科院合肥智能機械研究所研發(fā)了小麥施肥專家咨詢系統(tǒng)。20世紀90年代我國精準農(nóng)業(yè)發(fā)展加快，國家“十五”時期將發(fā)展精準農(nóng)業(yè)技術(shù)、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平作為科技戰(zhàn)略重點[4]。國家863計劃在全國20個省市開展了“智能化農(nóng)業(yè)信息技術(shù)應用示范工程”[5]。2010年底，系統(tǒng)研究了一般大田作物和少數(shù)溫室作物生理模式與高光譜遙感數(shù)據(jù)的對接體系，建立了生產(chǎn)管理決策系統(tǒng)。在此期間，國內(nèi)還研發(fā)了具有國際領(lǐng)先水平的光纖式農(nóng)田土壤有機質(zhì)含量檢測儀，開發(fā)了具有通信和定位能力的農(nóng)機機載控制終端[6]。2011年起，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)給精準農(nóng)業(yè)帶來了新活力，如何圍繞農(nóng)作物的生長建立信息采集系統(tǒng)是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)要解決的關(guān)鍵問題。南京農(nóng)業(yè)大學研發(fā)了適用于大規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的農(nóng)田感知與智慧管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以完成大規(guī)模作物信息采集和處理，能夠引導大型聯(lián)合收割機自動作業(yè)，引導精準播種機和變量施肥機等農(nóng)業(yè)機械按預設程序工作。江蘇省農(nóng)科院農(nóng)業(yè)設施與裝備研究所研發(fā)了變量施肥播種機、搭載GPS導航定位系統(tǒng)的平移式變量噴灌機等智能化農(nóng)業(yè)機械設備。中國工程院在中國農(nóng)業(yè)大學成立了精細農(nóng)作研究中心，開展了3S技術(shù)對接試驗、作物測產(chǎn)技術(shù)體系、土壤水分測試及農(nóng)產(chǎn)品影像分級等一系列研究。吉林大學陳桂芬[7]利用空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，提出解決玉米精準施肥、土壤肥力評價、地力等級分類和產(chǎn)量預測等問題的新方法，應用于玉米精準作業(yè)智能決策系統(tǒng)。

2017年7月，國務院《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》指出，要研制農(nóng)業(yè)智能傳感器與自動控制系統(tǒng)，大力發(fā)展智能農(nóng)業(yè)裝備[8]。原農(nóng)業(yè)部公布數(shù)據(jù)顯示，2017年批復中國農(nóng)業(yè)大學精準農(nóng)業(yè)項目，總投資3 800余萬元，用于購置土壤三相測定儀、多功能谷物近紅外分析儀、田間灌溉監(jiān)控系統(tǒng)、小麥播種計量系統(tǒng)、玉米精密播種計量系統(tǒng)、自走式田間作業(yè)軌跡監(jiān)控系統(tǒng)、高性能信息處理系統(tǒng)與服務器、田間土壤綜合監(jiān)測系統(tǒng)、田間作業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、作物病蟲害防治及效果監(jiān)測系統(tǒng)、田間土壤肥力監(jiān)控系統(tǒng)、土壤變異性采集分析儀、田間測產(chǎn)系統(tǒng)、遠程遙控作物長勢監(jiān)控設備、植物生長（根系）監(jiān)測系統(tǒng)和光合作用測定系統(tǒng)，作物蒸發(fā)蒸騰測量儀、便攜式激光葉面積儀等儀器設備。

2 我國精準農(nóng)業(yè)應用推廣現(xiàn)狀

我國精準農(nóng)業(yè)應用推廣實踐發(fā)展速度較快。北安管理局遜克農(nóng)場、紅色邊疆農(nóng)場、趙光農(nóng)場和紅星農(nóng)場等大型國有農(nóng)場在農(nóng)業(yè)管理上涉及了精準農(nóng)業(yè)技術(shù)，使用GPS面積儀測量土地面積、使用農(nóng)田無線傳感監(jiān)測技術(shù)了解農(nóng)作物生長情況;同時，也廣泛應用了施肥信息化管理系統(tǒng)、自動導航技術(shù)和播種監(jiān)控技術(shù)、智能產(chǎn)量監(jiān)測技術(shù)、農(nóng)藥變量噴灑技術(shù)和農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)等?？傮w來看，黑龍江墾區(qū)精準農(nóng)業(yè)技術(shù)規(guī)?；瘧贸潭容^高。

吉林省永吉縣擁有以萬昌鎮(zhèn)為核心的萬公頃綠色水稻生產(chǎn)基地，為適應機械化的需要，傳統(tǒng)水稻田被改成2 000 m2的標準方條田，采用組合式軌道渠埂，實現(xiàn)渠埂一體化，集成飛機航化、水稻機械化缽育擺栽等技術(shù)，實現(xiàn)增溫、節(jié)水、保肥、高產(chǎn)、早熟，應用了“互聯(lián)網(wǎng)+精準農(nóng)業(yè)”系統(tǒng)，使消費者對大米生產(chǎn)從育種到成品全程可視。

2016年，在趙春江院士團隊“全程機械化”方案指導下，河北省實現(xiàn)了由單個試驗向多群體示范的轉(zhuǎn)化，智能化精準施肥及肥料深施技術(shù)、小麥秸稈覆蓋和玉米高速精播配套技術(shù)、玉米高速精播與對行淋灌高效節(jié)水配套技術(shù)、小麥聯(lián)合收獲實時計產(chǎn)技術(shù)、拖拉機無人駕駛技術(shù)均比較成熟[9]。2018年，河北省建立了30個全程機械化示范縣和60多個農(nóng)機合作社，“物聯(lián)網(wǎng)+精準作業(yè)”“智慧農(nóng)場”等應運而生，依托農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的強大功能，許多“智慧農(nóng)場”實現(xiàn)了農(nóng)機管理信息化、田間作業(yè)智能化、生產(chǎn)過程數(shù)字化、經(jīng)營服務網(wǎng)絡化[8]。河北省農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向是在現(xiàn)代科技支持下的全智能化精準農(nóng)業(yè)。2019年，國家北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)組網(wǎng)成功，國家高分一號衛(wèi)星、高分二號衛(wèi)星投入使用，對我國精準農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了強大的技術(shù)保障，在衛(wèi)星精確導航的引導下，搭載激光測距雷達及主動識別系統(tǒng)的無人機完成了首次全自動無人駕駛作業(yè)。

在北京小湯山精準農(nóng)業(yè)示范區(qū)的帶動下，北京周邊各縣不斷探索蔬菜生產(chǎn)全程機械化技術(shù)，以激光平地技術(shù)、北斗導航無人駕駛技術(shù)為代表的精準農(nóng)業(yè)技術(shù)得到了應用和推廣，蔬菜產(chǎn)業(yè)也得到了前所未有的發(fā)展。

山東省利用3S、5G技術(shù)和自媒體發(fā)展精準農(nóng)業(yè)，利用大數(shù)據(jù)和“互聯(lián)網(wǎng)+”等信息技術(shù)，搭建農(nóng)產(chǎn)品電商平臺，加快農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)、生活功能的融合發(fā)展。濟寧市汶上縣“三農(nóng)云”服務平臺覆蓋了最新最全的“三農(nóng)”分類信息，充分利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算等信息技術(shù)，對“三農(nóng)”產(chǎn)業(yè)進行精準服務。

我國一、二級階梯的多山省份，地形復雜，技術(shù)落后，人才短缺，耕地面積少，土地集約化水平很低，不利于發(fā)展機械化，而國家的西部大開發(fā)計劃和中部崛起計劃對中西部地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展起到了很大的推動作用。但是由于精準農(nóng)業(yè)的推廣起步較晚，實現(xiàn)規(guī)?；瘧眠€需時日。

3 我國精準農(nóng)業(yè)應用推廣中存在的問題

3.1 自然條件限制

我國地形復雜，氣候多樣，大范圍整塊耕地不多，3S技術(shù)、大型聯(lián)合農(nóng)機、飛機噴藥等一系列先進的技術(shù)應用受到限制。例如適于小麥精準農(nóng)業(yè)技術(shù)生產(chǎn)的最小面積約為85.6 hm2，而在我國現(xiàn)有的分配制度下，農(nóng)民無法擁有如此大面積的耕地[5]。多數(shù)精準農(nóng)業(yè)技術(shù)裝備只有我國東部平原區(qū)和新疆地區(qū)大型國家級試驗田和大型國有農(nóng)場中才有使用，而地處一級、二級階梯上的省、市、自治區(qū)則只能發(fā)展有各自特色的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)。此外，在一些農(nóng)機無法使用的山地地區(qū)，還在沿用最原始的耕作方式。自然條件在很長一段時間內(nèi)是制約我國精準農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要限制性因素。

3.2 土地集約化利用程度低

我國現(xiàn)行的土地所有制賦予了農(nóng)民土地耕作自主權(quán)，同時也增加了土地利用的任意性。同時，由于我國農(nóng)業(yè)人口數(shù)量大，每戶所能支配的耕地面積非常少，再加上各農(nóng)戶選擇種植的農(nóng)作物不同、相同農(nóng)作物品種差異和各戶農(nóng)田管理水平的差異，使大范圍土地被切割成細小的田塊，導致土地的集約化利用程度非常低，不利于制定科學統(tǒng)一的管理決策體系，很大程度上限制了精準農(nóng)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展。

3.3 農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈單一

我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈非常短，僅包括播種、田間管理、收獲、進入市場4個過程。播種階段包括種子、肥料、農(nóng)藥的購買和人工播種;田間管理包括灌溉、除草和追肥;收獲主要靠人工完成;直接賣給糧庫或者糧商。由于產(chǎn)業(yè)鏈的單一，農(nóng)民在市場中處于被動地位，收入很低。目前，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈在逐漸轉(zhuǎn)變，最先變化的是銷售環(huán)節(jié)，很多農(nóng)民開始搞網(wǎng)絡直銷，產(chǎn)品不再供給糧商，而是通過電商平臺直接與消費者對接;然后是田間管理，開始向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型。然而，我國的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈還沒有徹底轉(zhuǎn)變，尚末建成成熟的新式產(chǎn)業(yè)鏈。

3.4 勞動力素質(zhì)限制

隨著社會發(fā)展，特別是網(wǎng)絡時代的到來，我國農(nóng)民文化水平有顯著提高，農(nóng)民可以利用網(wǎng)絡進行信息獲取和農(nóng)產(chǎn)品交易，也可以操作一些有一定技術(shù)含量的設備進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，如小型噴藥無人機和中小型聯(lián)合收割機等，但是精準農(nóng)業(yè)技術(shù)是一個“空-天-地”一體化的系統(tǒng)性工程，需要專業(yè)素質(zhì)很強的團隊來操作，普通農(nóng)民無法完成。因此，我國絕大部分地區(qū)精準農(nóng)業(yè)模式仍然停留在實驗田中，要進行大范圍普及還需要全方面提升勞動力素質(zhì)。

3.5 技術(shù)限制

我國精準農(nóng)業(yè)理論體系已基本完備，很多先進技術(shù)和設備已投入使用，但是仍然不能形成完整的系統(tǒng)。首要問題是信息的獲取和傳輸，比如變量施肥機的應用必須以獲得目標耕地整體土壤養(yǎng)分精確信息為前提，但是大范圍耕地土壤養(yǎng)分速測設備仍然是技術(shù)缺口。同時，土壤養(yǎng)分信息如何自動傳輸給機器和衛(wèi)星，尚末解決。此外，大部分先設備仍依賴進口，價格較高，一般的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)無法接受，而國內(nèi)自主研發(fā)尚不成熟。

4 促進我國精準農(nóng)業(yè)應用推廣的措施

4.1 合理土地流轉(zhuǎn)，促進土地集約化利用

在國家政策的支持下，建立合理的土地流轉(zhuǎn)制度，改變農(nóng)戶分散經(jīng)營、小規(guī)模耕作為主的傳統(tǒng)土地利用模式。農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)是促進傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)集約化發(fā)展，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)規(guī)?；?、機械化、現(xiàn)代化和標準化的重要手段。目前，我國農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)程度提高，流轉(zhuǎn)過程趨于合理化、規(guī)范化、組織化。而通過土地流轉(zhuǎn)，土地集中在少數(shù)管理者手中，方便采取相同的經(jīng)營管理措施，能夠為精準農(nóng)業(yè)的應用打下基礎(chǔ)。

4.2 改變傳統(tǒng)思維，構(gòu)建新型農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)網(wǎng)

在土地流轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上，促使土地的經(jīng)營管理者轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)思維和耕作方法，增加產(chǎn)業(yè)鏈長度和寬度，建立和完善農(nóng)業(yè)綜合體系，建立從農(nóng)作物播種到收獲再到投放市場的信息技術(shù)體系。農(nóng)民可以利用3S技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行農(nóng)業(yè)管理，利用互聯(lián)網(wǎng)、手機平臺進行作物生長、管理的直播，利用云計算等現(xiàn)代信息技術(shù)處理田間信息和消費者反饋的信息，利用大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”、5G網(wǎng)絡等信息技術(shù)，發(fā)展農(nóng)產(chǎn)品電商平臺，加快農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)、生活功能的融合發(fā)展，進而構(gòu)建新型農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈。

4.3 提高農(nóng)民素質(zhì)，打造新型農(nóng)民

在轉(zhuǎn)變農(nóng)民傳統(tǒng)觀念的基礎(chǔ)上，支持科技人員下鄉(xiāng)對農(nóng)民進行專業(yè)培訓，加深農(nóng)民對精準農(nóng)業(yè)的認識，提高農(nóng)民對現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)設備的應用能力。同時，通過培養(yǎng)大學生村官，讓有知識、有文化、有技術(shù)的大學畢業(yè)生甚至是研究生進入農(nóng)村，成為具備先進理論和管理方法并掌握先進技術(shù)的新型農(nóng)民。

4.4 提高科技水平，加強自主研發(fā)能力

我國對精準農(nóng)業(yè)項目的扶持力度很大，各級研究院所和高校從國外進口了許多先進設備，而這些設備主要被應用在實驗田中，主要原因是其價格高昂，沒有辦法普及。根據(jù)我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀，要想實現(xiàn)精準農(nóng)業(yè)的規(guī)?；瘧茫仨毥档驮O備的使用成本，這就要求科技工作者要加強先進農(nóng)業(yè)技術(shù)設備研發(fā)能力，制造出適合我國現(xiàn)有精準農(nóng)業(yè)發(fā)展水平的儀器設備和農(nóng)業(yè)機械裝備，降低成本，提高效率，為我國精準農(nóng)業(yè)進一步發(fā)展提供支持。

5 結(jié)語

我國精準農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展較快，5G技術(shù)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算成為推動精準農(nóng)業(yè)發(fā)展的強大力量。我國中、東部各省份精準農(nóng)業(yè)正在穩(wěn)步推進，很多技術(shù)已經(jīng)在實驗田中應用并獲得了良好的效果，但是受限于各地的自然因素、土地利用方式、勞動者素質(zhì)觀念以及科學技術(shù)水平等方面的影響，在大田中推進精準農(nóng)業(yè)技術(shù)的規(guī)?；瘧眠€需努力。精準農(nóng)業(yè)是隨著時代發(fā)展而不斷變化的，會有越來越多的新技術(shù)應用到精準農(nóng)業(yè)上來，加快推動精準農(nóng)業(yè)從實驗田走向規(guī)?；瘧?。

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（責任編輯：趙中正）