我國發展精準農業的必要性與應用前景

靳雙珍，劉國順，閆新甫，史宏志，程 龍

(1.河南農業大學 國家煙草栽培生理生化研究基地，河南 鄭州 450002;2.國家煙草專賣局科教司，北京 100045;3.河南農業大學煙草學院，河南鄭州 450002)

1 精準農業的提出與概念

1.1 精準農業的提出

精準農業是美國等發達國家率先發展起來的21世紀農業模式，它是現代信息技術在農業生產中應用的產物。20世紀80年代初，美國首次提出精準農業的概念和設想，并在1992年4月召開了第1次精準農業學術研討會，此后精準農業進入生產實際應用［1］。精準農業是當今世界農業最富吸引力的前沿課題之一，代表了21世紀全球農業發展的方向［2］，是農業的一場革命，面向21世紀農業的新技術。

1.2 精準農業的概念及技術體系

精準農業 (precision agriculture)也稱精細農業或精確農業，是20世紀80年代初發展起來的以實現農業高產、優質、高效為目的的現代農業生產模式和技術體系［3］。它是在定位、導航的基礎上，根據管理單元的土壤特性和作物生長發育的需要，管理作物的每一個生長過程及各種農業物資的投放(如肥料、除莠劑、殺蟲劑、種子等)，最大限度地發揮土壤和作物的潛力，做到既滿足作物生長發育的需要，又減少農業物資的投入，從而降低物資消耗、增加利潤、保護生態環境，實現農業可持續發展。精準農業是現有農業生產措施與高新技術的有機結合，它由10個系統組成，即全球定位系統(GPS)、農田信息采集系統、農田遙感監測系統、農田地理信息系統、農業專家系統、智能化農機具系統、環境監測系統、系統集成、網絡化管理系統和培訓系統。其核心技術是地理信息系統 (GIS)、全球衛星定位系統、遙感技術和計算機自動控制系統［4］。

2 我國發展精準農業的必要性

以精準施肥為例。

2.1 精準施肥的概念

精準農業是現代農業的發展方向，精準施肥是精準農業中最成熟、應用最廣泛的技術［5］。簡言之，精準施肥技術就是結合田間每一操作單元的具體條件，在土壤養分管理方面，將土壤類型、土壤生產潛力、不同肥料的增產效應、不同作物的施肥模式、歷年施肥和產量情況等相關信息輸入計算機，形成資料齊全的土壤養分信息化管理系統，在該系統的指導下，采用裝有現代通訊接收裝置的田間施肥機，具體完成施肥作業。

2.2 精準施肥的作用及意義

傳統施肥方式因土壤肥力在地塊不同區域差異較大，所以在平均施肥的情況下，土壤肥力低而其它生產性狀好的區域往往施肥量不足，而某種養分含量高而豐產性狀不好的區域則導致過量施肥。精準施肥則是根據作物生長的土壤性狀，分析作物的需肥規律，調節肥料的投入 (包括施肥量、比例和時期)，充分利用土壤生產力，以最少的肥料投入達到較高的收入，從而提高化肥利用率，改善農田環境，增加農業種植效益。目前，我國化肥的當季利用率較低，氮肥當季利用率一般為30%～35%，鉀肥利用率為35% ～50%，磷肥當季利用率最低，一般為10%～20%。化肥是農業生產中投資最大的物質，化肥支出約占生產支出的50%。當季未利用的氮肥大部分隨徑流沖失或氣態逸失，鉀肥被土壤吸附或淋失，磷肥則大多被土壤固定［6］。肥料利用不完全造成資源的浪費和農業生產成本的增加，同時導致農田環境污染。實施精準施肥，將會大大節省化肥用量，減少農業投入，增加農民的經濟收入，減少肥料對環境的污染。

3 國內外精準農業的發展現狀

3.1 國外的發展現狀

精準農業技術已成為國際農學、農業工程高新技術應用研究富有吸引力的領域之一，每年有相當規模的“國際精準農業學術研討會”。國外的許多大學開設了“精準農業”技術專門課程，美國的一些大學 (如明尼蘇達大學)建立了“精準農業研究中心”。

美國作為世界上實施精準農業最早的國家之一，經多年發展，一些技術和設備已經成熟定型，但尚未系統化，總體還處于研究發展階段。美國有200多萬個農場，其中8%是年收入25萬美元以上的大農場，占整個農場耕地面積的37%，有60%～70%的大農場采用精準農業技術。精準農業技術的采用給農場主帶來了明顯的節約效應和規模效益。1993－1994年，美國明尼蘇達州農場進行了精準農業技術試驗，取得了巨大成功，用GPS指導施肥的作物產量比傳統平衡施肥作物產量提高30%，而且減少了化肥施用量，經濟效益大大提高［7］。

此外，加拿大、澳大利亞等國對精準農業技術也非常重視，巴西、馬來西亞等國廣泛開始了試驗示范應用。以色列的氣候干旱、水資源緊張，采用了先進的精準農業灌溉技術，根據作物生長階段和氣候條件等因素，定時、定量、定位供水，大大地提高了水利用率，水肥利用率達到90%［8］。目前，精準農業的實踐已涉及到配方施肥、精量播種、病蟲害防治、雜草清除、收獲作業和水分管理等相關領域，諸如荷蘭的無土栽培切花生產、日本的水培蔬菜生產、美國的生菜生產、歐共體國家和北美國家的計算機管理奶牛場等均已基本實現了精準化［9］。

3.2 國內的發展現狀

1994年我國開始對精準農業的研究應用，分析研討了精準農業和信息農業在國外的應用現狀和發展趨勢以及在我國的應用前景，并將其納入863計劃及國家引進國際先進農業科學技術 (948)項目“精確農業技術體系研究”中［10］。

為探索適合我國國情的精準農業發展模式及技術，不少地區針對“精準”差距來調整和改進實施精準農業，引進、消化和吸收國際上精準農業的技術和設備。吉林省結合其省農業信息網開發了“萬維網地理信息系統 (GIS)”;北京密云縣用GIS技術建立了縣級農業資源管理信息系統;在智能技術方面，國家“863計劃”在全國20個省市開展了“智能化農業信息技術應用示范工程”［5］。2004年以來廣西武宣縣實施了“智能化精準施肥技術示范推廣”項目，經過兩年示范，成功探索出了一條促進農業節支增收的新路子。智能化精準施肥技術在武宣縣實施2年來取得了顯著成效。一是促進了作物產量的增加:水稻平均增產445.5 kg·hm－2，增長 7.35%;玉 米 平 均 增 產 600 kg·hm－2，增長 5.00%;甘蔗平均增產 9.23 t·hm－2，增長12.30%。二是促進了農民節本增效:水稻平均節約化肥投入26.25 kg·hm－2(折純，下同)，節支105元·hm－2;玉米平均節約化肥投入18 kg·hm－2，節支72元·hm－2;甘蔗平均節約化肥投入 37.5 kg·hm－2，節支 114元·hm－2。三是促進了農民施肥觀念的轉變:使“糞大水勤，不用問人”的傳統施肥觀念逐步改變［11］。2006年，在北京市實施的“精準農業高科技農業示范工程”項目中采用了國際先進的農田耕作技術。這些技術的廣泛應用為我國精準農業的發展奠定了一定的技術基礎，這對打破我國人多地少的農業發展瓶頸及農業走可持續發展之路具有重要的現實意義。

從國內外精準農業的生產實踐來看，一些發達國家已形成高新技術和農業結合的新興產業且發展迅速，我國精準農業的發展剛剛起步，對精準農業的管理方式的研究與應用的步伐正在加快，結合我國的國情探索建立具有中國特色的精準農業運作方法已成當務之急。

4 我國發展精準農業存在的問題

雖然我國精準農業已經發展了幾十年，但尚處于不成熟階段，仍然存在許多問題。

4.1 地形復雜，機械化和集約化水平不高

我國各地的自然條件、社會經濟條件差異明顯，農業生產水平差距較大，農業集約化總體水平較低。我國農耕地面積雖大，但旱瘠、鹽堿地較多，自然災害頻繁。農業人均耕地面積少，僅為世界平均水平的1/5，低于印度、日本，同美國相差甚遠。農業機械化水平低，每1萬hm2拖拉機擁有量僅為世界平均水平的34.7%，甚至低于印度［6］。

4.2 信息技術及其裝備薄弱

農業設施的整體水平與發達國家相比存在較大差距，表現為設施簡陋，技術含量低，特別是計算機管理仍難以配套，離準確性和及時性的要求仍有相當差距，開發的系統實效性、應用性不高，智能化較差。

4.3 缺乏獨立自主性

精準農業的關鍵技術仍依賴從國外引進，不但受制于人，而且儀器、設備、裝置等的成本投入相對過高，針對性也較差。

4.4 缺乏相關知識人才

我國目前對精準農業理論和實踐掌握的還不夠，了解相關知識的人才欠缺。精準農業技術的研究與推廣，需要做好精準農業理念的普及與教育。

5 我國精準農業的發展前景

我國高能耗工業產品投入維持產出的傳統農業雖大幅度提高了農業生產率，但受條件和環境的制約，在某種意義或某些不足的方面顯然會逐漸被精準農業這一新型農業模式所取代。精準農業在美、英等國已形成一種高新技術與農業生產相結合的產業，且被廣泛承認是發展持續農業的重要途徑。在我國實施精準農業，可顯著提高土肥水資源的利用效率，減少環境污染，提高農產品質量，降低農業生產成本和增加農民收入。同時，精準農業的系列化、機械化操作可以促進我國農業機械化進程，解放農村勞動力，跨越農民科學技術水平低的限制，使農業以較快的速度進入現代化行列。我國農業信息技術應用目前與國際水平差距并不是很大，而且精準農業技術的應用，不同的地區和不同基礎可以采用不同的方法。美國精準農業也是根據自己的實際情況采用不同的發展模式。因此，學習美國精準農業的發展經驗和管理理念，開展適合我國精準農業技術體系研究和應用，目前是一個比較好的時機。

精準農業是農業信息技術和現代農業機械制造技術的高度融合，是在發達國家大規模經營和機械化操作條件下發展形成的新的技術體系。而我國農村自然條件差異大，現階段經濟發展水平低，勞動力資源豐富但素質較低，經營單位小而分散，機械化水平低。因此，精準農業可能僅適用于我國規模化經營的大型農場和較發達的地區，而在以家庭聯產承包責任制為主要經濟形式的分散經營的大部分農村則難以應用。但是，精準農業發展的基礎的技術路線和原則是在充分了解土地資源和作物群體變異情況的條件下，因地制宜地根據田間每一操作單元的具體情況，精細準確地調整各項管理措施和各項物資投入的量，獲取最大的經濟效益。這些原則適用于任何形式和任何規模的農業生產。精準農業追求降低生產成本、提高利潤、提高農產品市場競爭力與避免污染的觀念同樣適合中國的國情。

我們應在充分了解精準農業的原則和有關技術原理的基礎上，借鑒國外精準農業技術理念和經驗，裝配一定的設備，建立試驗示范點，嚴格地進行精確化和科學化管理，用現代化信息技術指導農業生產，根據農業發展的實際情況，研究發展適合我國國情的精準農業技術體系，走有中國特色的精準農業發展道路。

［1］Kitchen N R，Snyder C J，Franzen D W，et al.Educational Needs of Precision Agriculture ［J］.Precision Agriculture，2002(3):341－351.

［2］盧珊，王平，劉湘南.論精準農業建設的地理信息技術關鍵 ［J］.地球信息科學，2001(1):38－42.

［3］趙凱.從精準農業看當代農學思想的發展 ［J］.中國科技信息，2006(1):142.

［4］趙春江，薛緒掌.精準農業技術體系的研究進展與展望［J］.農業工程學報，2003，19(4):7－12.

［5］林紹光，黃繼慶.精準施肥技術推廣實踐與探討 ［J］.廣西農學報，2005(4):11－14.

［6］李亞芹，夏峰.我國發展精準農業的必要性 ［J］.農機化研究，2006，6(6):8－13.

［7］刁承軍，胡偉.關于精準農業發展的探討 ［J］.農機市場，2003(8):16－18.

［8］戎愷，楊星衛，段項鎖.精準農業的研究應用現狀和發展趨勢 ［J］.上海農業學報，2000，16(3):5－8.

［9］梁紅.我國“精準農業”現狀及發展對策 ［J］.農業與技術，2002，22(3):55－59.

［10］金繼運，白由路.精準農業研究的回顧與展望 ［J］.農業網絡信息，2004(4):3－11.

［11］廖尚春.智能化精準施肥技術的推廣應用 ［J］.安徽農學通報，2008，14(9):216.