精準農業 提高作物產量

肖優明

現如今，隨著現代科學技術對粗放式耕作方式的逐步改造，精準農業應運而生。它屬于農業管理的范疇，是一個與傳統農業相對的概念。這種新型的耕作方式不講究所謂的經驗積累，采用的是高新科技，要求在生產和資源利用上做到“精”，管理發展上堅持“準”。利用繪圖工具和數據分析軟件，全方位觀察和監測目標領域內農作物的生長和變異狀況。在不增加勞動力的情況下，對農田進行定制化耕作。電腦系統能將每一株植物的實時數據分析成像，在帶來農作物產量攀升的同時，還能減少資源浪費。

10項尖端技術引領精準農業

全球導航衛星系統。自從20世紀90年代農業領域引入該系統以來，操作人員和生產商通過多種不同方式將其與農業生產有機結合起來，使田間工作變得更加簡便精確。全球導航衛星系統包括中國北斗衛星導航系統、美國全球定位系統、俄羅斯格洛納斯系統和歐洲伽利略系統，它們是聯合國衛星導航委員會認定的供應商。衛星導航定位技術在農業機械控制中的應用主要包括變量施肥播種機、聯合收割機和無人駕駛拖拉機等，還可用于精準噴藥和精準灌溉系統等。在精準農業中，應用全球導航衛星系統可實現農田信息的數字化和可視化管理應用。技術人員利用全球導航衛星系統手持機，獲得農田的地理位置信息，快速、高效、準確地量算出作業面積等參數。然后與田間的各種信息結合，形成肥力分布圖、病蟲害分布圖等專題圖和處方圖，用于農作物科學施肥、病蟲害防治和估產等。

移動設備。專家指出，如果沒有移動設備的發展，當今世界將完全是另一番景象。移動設備已經延伸發展出包括智能手機和平板電腦在內的多個品種，總量達到72.5億部，比全球約72億的人口總數還要高。2016年，大多數涉足移動設備市場的精準農業生產商把大部分精力用于擴展這些產品的功能上。他們在將信息提供給種植者的過程中尊崇“20分鐘法則”，即用戶在收到數據后20分鐘內，如果無法將技術數據轉化到可以用于生產的指導性數據，這款產品很可能就會變得無人問津。

機器人技術。農業機器人承擔多項重任，例如種植大棚作物和修剪葡萄園等，取得了不同程度的成功。遠程控制技術最大限度地推動了自動設備的發展，例如可以連接任何拖拉機的谷物車系統，能夠自動地在大田中以一定的安全距離跟隨聯合收割機前進。再如一種新開發的引領- 跟隨技術，通過全球導航衛星系統信號和無線電技術連接兩臺機器，由一個駕駛員進行控制。還有移動農業機器人集群，具有質量輕、節能、高度靈活、云端控制等特點。操作員只需要在大田外面，通過平板電腦的APP來進行管理。它們可以不停工作，而且維護簡便，是農業機器人的發展方向。

精準灌溉。干旱、地下水下降以及水配給等問題導致的水資源短缺，使得灌溉技術的創新變得更加重要。美國科學家最新的一項研究成果是新型遙感勘測系統，種植者可以利用它遠程監視并控制灌溉系統的幾乎每個方面，包括節約水資源、時間和能源以及降低對設備的磨損。未來還可以將土壤濕度監測、氣象數據和變量灌溉整合到這個系統。精密移動滴灌系統是另一項重大的發明，噴施線通過中間樞紐或者線性移動灌溉系統在大田中被推動前進，整合的噴施器可以噴出統一的形狀，均勻覆蓋整個灌溉目標區域，直接將水噴到土壤表面，消除了蒸發和刮風引起的漂移等因素，使更多的水到達作物根部。

物聯網。它的簡單定義就是通過一個進入互聯網（或者互相連接）的開關連接所有設備，精準農業中互相連接的部件包括大田探測器和用于大田監測的空中/衛星圖像，其中大田探測器用于記錄實時氣象、土壤濕度以及溫度數據。它們的交流可應用于調度程序、銷售互動工具以及其他的商業管理。最近，一些農業創業公司和部件提供商正在用低功耗廣域網絡替代或者補充無線網絡數據傳輸中的蜂窩網絡，旨在將小容量數據在長距離范圍中進行內部傳輸。低功耗廣域網絡能使設備溝通時耗能較小，電池壽命更長，具有極大的成本優勢。

無線感應器。它們在精準農業中用途廣泛，可采集土壤水分數據、土壤緊實程度、土壤肥力、環境溫度、葉片面積指數、作物水分狀態、當地氣象數據、病蟲草害感染等信息。特別是土壤濕度和降雨感應器，可能是迄今為止水資源管理方面最廣泛使用的先進技術。美國水資源枯竭和對水資源使用法規的日趨嚴格，進一步推動這類感應器的發展。在加利福尼亞州，越來越多的種植者使用土壤濕度和降雨感應器，幫助進行灌溉規劃。另外，車載活動式感應器能夠實時提供作物健康情況，也變得愈加重要。

變量播種技術。種植者很關注影響種子生長的因素，希望通過各種方法提升產能。與變量施肥略有不同，變量播種需要依賴種植者獲取精確數據的能力，對種子本身有所了解。美國早在20世紀 90年代中期就開始使用，如今實施該技術的種植區域仍然只有5%～10%。但可喜的是種植者收集數據用于變量播種的能力取得長足進展，使用這項實用技術的人數有望增加。

氣象模型。對農業而言，也許沒有像氣象這種既重要而又完全無法預測的變量。如果擁有高級的氣象模型，開發的許多重要技術將變得更加有價值。美國創建的一種氣象模型，擴展到水利用、土壤性狀以及作物生長等其他領域。例如，美國北部平原一個馬鈴薯種植者發現，在某個特定溫度下收獲作物可以使其質量和完整性保持最佳狀態。他以前要到大田里靠手動探測器探測土壤溫度，然后再讓收割設備來工作。但是現在使用這種氣象模型后，可以遠程獲得土壤數據，收割的效率比以前高出許多。

氮模型。盡管從20世紀90年代中期起就開始使用變量技術施肥，然而氮周期的復雜性以及如何保持其恒定性使得對氮的管理非常困難。美國2014年推出氮模型Adapt-N，已經成為合理使用氮的重要依據。隨著生產的發展，環保壓力會越來越重。大部分種植者想通過簡單的方法來解決這些問題，這就是Adapt-N和其他氮模型的重要意義所在。

標準化。精準農業要求不同生產商提供的設備產品能進行兼容，變得易于上手使用，為此制定了ISOBUS標準。美國8年前成立了由170多家公司、聯合體和協會組成的農業行業電子設備基金會，試圖通過積極合作使這個標準更好地發揮作用。

實踐綠色環保種植理念

世界人口的不斷增長，要求生產出越來越多的糧食。然而有限的耕地面積無法滿足不斷飆漲的需求，結果引發食品安全問題，甚至有可能演變成為造成區域性乃至全球性不穩定局勢的根源。為了更好地利用水土資源，提高農作物產量，減少農業生產中不可避免的經濟和安全風險，越來越多的大型農場采用精準農業種植法。它的優勢體現在節省人力和時間，減少水和化學藥劑的使用，生產出更健康的作物，也讓作物產量變得更高，所有這些都有利于實踐綠色環保種植理念。

在美國，許多初創公司都在開發能夠幫助種植者精耕細作的新軟件、傳感器設備和農業數據庫等。著名的孟山都、約翰迪爾、拜耳、陶氏和杜邦等大公司也都投資入股，積極參與，許多美國大學開設了這一主題的相關課程。

美國宇航局支持高光譜遙感在精準農業中的應用，1999年發射的地球軌道一號BO一1高光譜衛星共有220個波段，大氣校正儀 LAC具有 256個波段。作為新興學科，高光譜遙感已成為精準農業的重要技術手段之一，用于遙感監測作物葉面積指數、生物量和葉綠素含量，監測作物養分及水分狀況，對農作物長勢監測和估產。

為了進一步推動精準農業的發展，英國哈珀亞當斯大學的一個研發團隊創建全了全球第一家“無人農場”，在沒有任何人進入農田的情況下由機械自動完成從翻地、播種、噴灑、灌溉直至收獲的全部流程。他們開發的自動拖拉機由種植者在控制室操作，能夠按照預先設定好的程序，在無人駕駛的情況下進行各項工作。要了解作物生長情況，不需要種植者親自去農田觀察，全部利用無人機監控，進行空中評估。

研發團隊指出，農業機械近年來越來越大型化，工作效率一直在提高。然而這些大型機械也存在不少問題，例如，無法實施精準農業，造成土壤“板結”，導致土壤肥沃度降低，妨礙植物生長。而多種小型自動化機械進入耕地，可減少土壤板結度。自動化將創造一個可持續系統，促進高分辨率精準農業的發展，細到對不同的農田甚至可能是某一株作物，都能加以區別對待。優化農田耕種不但能夠提升土地整體質量，而且可以大大降低生產成本。研發團隊對“無人農場”充滿信心，認為它代表了精準農業的未來，對現行農業模式產生革命性的影響。

盡管精準農業優勢明顯，可是推廣起來并非易事。究其原因，一是不少技術開發商和電腦硬件制造商對精準農業認識不到位，采取謹慎觀望的態度。二是這種高效率的生產模式沒有被種植者們普遍接受，主要是先進設備成本太高，要把最新的農業技術擴展到農業生產系統中，需要數額巨大的經費，除非是農業集團，否則種植者個人難以承擔日常開銷。

對第三世界國家從事小規模農耕的種植者來說，運用高端科學技術做出種植、收獲、灌溉、施肥和打農藥等相應的耕作決策，或許還是一個有些遙遠的未來，但是操作簡便并且價格便宜的技術肯定會受到歡迎。像悉尼大學科學家日前推出的一種精簡且低成本的監控系統，僅僅依靠太陽能和手機便能帶來不少種植便利，因此在印度尼西亞成功地投入生產實踐。低成本使一些年長的種植者免去了后顧之憂，敢于嘗試新技術，與此同時也培養了后代依靠科技進行農業生產的意識。

編輯：成韻 chengyunpipi@126.com