農(nóng)業(yè)生產(chǎn)(種植)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)解析

王 進(jìn)

(成都科學(xué)技術(shù)服務(wù)中心，四川 成都 610017)

1 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)是在自然經(jīng)濟(jì)條件下，采用人力、畜力、手工工具、鐵器等為主的手工勞動(dòng)方式，靠世代積累下來(lái)的傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)發(fā)展，以自給自足的自然經(jīng)濟(jì)居主導(dǎo)地位的農(nóng)業(yè)。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)是一種生計(jì)農(nóng)業(yè),農(nóng)產(chǎn)品有限,家庭成員參加生產(chǎn)勞動(dòng)并進(jìn)行家庭內(nèi)部分工，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)多靠經(jīng)驗(yàn)積累,生產(chǎn)方式較為穩(wěn)定，但傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平低、剩余少、積累慢,產(chǎn)量受自然環(huán)境條件影響大，農(nóng)藥化肥的使用不精準(zhǔn)，造成大面積浪費(fèi)和食品安全隱患。

2 設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì)60年代以來(lái)，美國(guó)、荷蘭、以色列、日本等一些發(fā)達(dá)國(guó)家開始研究設(shè)施農(nóng)業(yè)工廠化，使傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)逐步擺脫了自然資源的束縛，進(jìn)一步滿足了多元化、多層次消費(fèi)需求。

荷蘭是設(shè)施農(nóng)業(yè)大國(guó)，是世界著名的設(shè)施園藝發(fā)達(dá)國(guó)家，地域雖小，但擁有世界上最先進(jìn)的玻璃溫室。同時(shí)，在計(jì)算機(jī)智能化、溫室環(huán)境調(diào)控方面居世界領(lǐng)先地位。以色列的溫室設(shè)備材料、滴灌技術(shù)、種植技術(shù)、氣候監(jiān)控技術(shù)、病蟲害防治技術(shù)等均屬世界一流，在設(shè)施灌溉技術(shù)方面處于世界領(lǐng)先地位。

日本的溫室配套設(shè)施和綜合環(huán)境調(diào)控技術(shù)居世界先進(jìn)水平，幾乎所有品種的蔬菜在很大程度上都依賴溫室生產(chǎn)。美國(guó)開發(fā)的高壓霧化降溫、加濕系統(tǒng)及夏季降溫用的濕簾降溫系統(tǒng)處于世界領(lǐng)先水平。

自從20世紀(jì)80年代開始，我國(guó)從國(guó)外大量引進(jìn)連棟溫室技術(shù),相關(guān)現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)有了起步。我國(guó)的設(shè)施農(nóng)業(yè)慢慢從設(shè)備單一、技術(shù)不成熟向生產(chǎn)集約化、機(jī)械化轉(zhuǎn)變。設(shè)施農(nóng)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大、層次逐漸提高，在農(nóng)業(yè)資源利用、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品安全監(jiān)管等領(lǐng)域取得了一定的成果，同時(shí)推動(dòng)了相關(guān)新興產(chǎn)業(yè)及其標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展。但我國(guó)設(shè)施化農(nóng)業(yè)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比目前還存在較大差距。

2.1 設(shè)施水平低，抗御自然災(zāi)害能力差

雖然我國(guó)設(shè)施栽培面積已達(dá)139．5萬(wàn)hm2，但90%以上的設(shè)施仍以簡(jiǎn)易型為主，有些僅具簡(jiǎn)單的防雨保溫功能，抗御自然災(zāi)害能力差，根本談不上對(duì)設(shè)施內(nèi)溫、光、水、肥、氣等環(huán)境因子的調(diào)控，一旦受到惡劣氣候條件的影響，蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)即受嚴(yán)重沖擊。

2.2 機(jī)械化程度低，勞動(dòng)強(qiáng)度大

我國(guó)設(shè)施栽培的作業(yè)機(jī)具和配套設(shè)備尚不完善，生產(chǎn)仍以人力為主，勞動(dòng)強(qiáng)度大，勞動(dòng)生產(chǎn)率低，溫室年均用時(shí)3600h/667m2以上，按人均管理面積計(jì)算僅相當(dāng)于日本的1/5，西歐的1/50和美國(guó)的1/300。

2.3 設(shè)施栽培技術(shù)不配套，科技含量低

設(shè)施栽培技術(shù)不配套、不規(guī)范、缺乏量化指標(biāo)，栽培管理主要靠經(jīng)驗(yàn)，致使產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)始終在一個(gè)低水平上徘徊。

2.4 研究應(yīng)該更接地氣

現(xiàn)在我國(guó)對(duì)于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的研究不怎么接“地氣”，很多研究只是實(shí)驗(yàn)室的產(chǎn)物，設(shè)備應(yīng)用以智能滴灌、環(huán)境監(jiān)測(cè)為主，自然情況下的環(huán)境監(jiān)測(cè)和土壤監(jiān)測(cè)對(duì)作物生長(zhǎng)并沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的作用。

2.5 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及時(shí)更新

缺乏專業(yè)的農(nóng)業(yè)傳感器、設(shè)備智能化水平低，作物的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)仍以世代積累的經(jīng)驗(yàn)制定行業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，未進(jìn)入農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用階段，導(dǎo)致生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)不嚴(yán)謹(jǐn)和生產(chǎn)資料不必要的浪費(fèi)。

3 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)制定方法

不同的土壤肥力和環(huán)境制約因素，對(duì)農(nóng)作物各個(gè)生長(zhǎng)階段具有不同的影響，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析作物在不同階段最佳的外界環(huán)境，制定農(nóng)作物全產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，不但可以減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的浪費(fèi)、增加產(chǎn)量，同時(shí)對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品安全具有至關(guān)重要的作用。如：通過(guò)控制變量法和分治算法制定農(nóng)作物生長(zhǎng)某階段的標(biāo)準(zhǔn)CO2濃度值。

控制變量法即針對(duì)多變量的問(wèn)題，采用控制變量的方法，把多變量的問(wèn)題變成多個(gè)單變量的問(wèn)題。每一次只改變其中一個(gè)變量，而控制其余幾個(gè)變量不變，從而研究被改變的這個(gè)變量對(duì)事物的影響，分別加以研究，最后再綜合解決。

表1 實(shí)施方案

通過(guò)以上數(shù)據(jù)，得出影響柑橘幼苗發(fā)育的1000個(gè)CO2濃度值，對(duì)應(yīng)1000個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)分治算法—快速排序法，從而得出CO2的濃度對(duì)柑橘幼苗發(fā)育的線性變化，得出柑橘幼苗發(fā)育期間的CO2標(biāo)準(zhǔn)濃度或標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間。

影響農(nóng)作物生長(zhǎng)的變量分別由：土壤成分、環(huán)境溫度、空氣濕度、CO2等物理參數(shù)構(gòu)成，同時(shí)，土壤成分中影響作物生長(zhǎng)也是由多變量構(gòu)成，如：土壤濕度、pH值、NPK含量等一系列成分構(gòu)成，研究農(nóng)作物生長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，需通過(guò)控制變量法，進(jìn)行逐個(gè)變量研究，尋找作物在不同階段對(duì)不同變量的最佳需求值，并制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為設(shè)施農(nóng)業(yè)提供數(shù)據(jù)參考。

分治算法—快速排序能將復(fù)雜的數(shù)組進(jìn)行分解，對(duì)于n各元素的數(shù)組來(lái)說(shuō)，分解的次數(shù)最多只需要r-1(1

通過(guò)控制變量法，依次得出作物不同生長(zhǎng)階段的環(huán)境溫度、空氣濕度、CO2濃度等的最佳物理參數(shù)，形成作物生長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，再根據(jù)相同的方法，依次求出作物不同時(shí)期對(duì)土壤中各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)成分和土壤濕度，然后制定農(nóng)業(yè)(種植)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

設(shè)施農(nóng)業(yè)采用傳感器，對(duì)設(shè)施內(nèi)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，如通過(guò)CO2傳感器，實(shí)時(shí)收集設(shè)施內(nèi)CO2濃度數(shù)據(jù)，通過(guò)與作物生長(zhǎng)最適宜的CO2濃度對(duì)比，設(shè)置一個(gè)濃度數(shù)據(jù)區(qū)間，在區(qū)間之外，將信號(hào)發(fā)送至控制中心，可以通過(guò)智能設(shè)備人工調(diào)節(jié)CO2濃度，也可以通過(guò)控制中心指令相關(guān)傳感器或智能設(shè)備，通過(guò)增加或通過(guò)來(lái)調(diào)節(jié)CO2濃度，使CO2濃度保持在農(nóng)作物生長(zhǎng)最適宜的區(qū)間。

4 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)存在的問(wèn)題

(1)數(shù)據(jù)量化能力低，控制變量法需嚴(yán)格控制其他變量，通過(guò)一個(gè)變量的變化來(lái)測(cè)量變量的影響，需建立在高度設(shè)施化的基礎(chǔ)上，不受人為控制帶來(lái)誤差的情況下進(jìn)行測(cè)量。

(2)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，制定精準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，需通過(guò)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。因此，變量變化的精細(xì)程度對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的結(jié)果影響巨大。

(3)數(shù)據(jù)的客觀性，由于測(cè)量工具的誤差、人為誤差和經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，其解釋的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也必然帶有主觀性，造成一定誤差。