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农业与技术论文

论文栏目:农业论文来源:互联网时间:2018-04-16 16:59

  “精细农业”发展与工程技术创新

  摘 要:综述了目前国外“精细农业”实践的主要目标及其技术思想的内涵。着重围绕其主要支持技术发展,讨论了有关工程技术创新及推动我国开展试验研究的问题。针对目前国外对这一技术体系的研究与实践,主要集中在基于GPS和GIS技术应用的作物生产系统精细管理方面,提出用“精细农作”的译名来表达。进入21世纪,基于知识和信息的“精细农作”技术思想,必将扩展到大农业经营的各个领域,推动农业生产的信息化与知识化

  关键词:农业与技术论文

  前言

  精细农业及精细农业技术

  精细农业是(Precision Agriculture, Precision Farming, Site-specific Farming Agiculture)等名词的中译,是当今世界农业发展的新潮流,是由信息技术支持的、根据空间变异定位、定时、定量地实施一整套现代化农事操作技术与管理的系统。即,进行定位的“系统诊断、优化配方、技术组装、科学管理”,调动生产力,以最少的或最节省的投入达到同等收入或更高的收入,并改善环境,高效地利用各类农业资源,取得经济效益和环境效益。

  精细农业由十个系统组成,即全球定位系统、农田信息采集系统、农田遥感监测系统、农田地理信息系统、农业专家系统、智能化农机具系统、环境监测系统、系统集成、网络化管理系统和培训系统。其核心是建立一个完善的农田地理信息系统(GIS),可以说是信息技术与农业生产全面结合的一种新型农业。精准农业并不过分强调高产,而主要强调效益。它将农业带入数字和信息时代,是21世纪农业的重要发展方向。

  精细农业技术是将“3S”技术、通讯、自动化技术与地学、生态学、农学等集成,实现对农作物生长、发育的动态管理,在GPS技术和GIS技术集成系统支持下进行农田作业操作,以实现“高产、优质、高效”的现代农业精耕细作技术。精细农业的主要支持技术包括:GPS―全球卫星定位系统,GIS―地理信息系统,RS―遥感技术,DSS―作物生产管理决策支持系统,ES―专家系统,VRT-变量控制技术,采集与处理技术,IAT―智能化农业机械装备技术等。

  精细农业已经在很多国家实施,虽然世界上有关精细种植技术的研究仅有20多年的历史,但其发展的速度之快令人吃惊。精细农业已经在美国等发达国家成为一种高新技术与农业产业的结合的产业,并且经过检验是适合可持续发展农业的最有效途径,这无疑将成为21世纪领先的技术。美国八十年代初提出的精细农业的概念和设想在九十年代初进入生产实际应用,目前还处于研发阶段,部分技术和设备已趋于成熟,但由于其发展是本着实用、经济、效益、的原则进行的,所以仍有许多方面还不够健全。除此之外,英国、法国、德国、加拿大、荷兰、澳大利亚、巴西等都有开展精细农业的研究。日本也将精细农业的研究列入了“21世纪农业机械紧急开发课题的研究”。国际上对这一技术的开发研究有广泛的认同,精细农业必将成为发展农业高新技术应用的重要内容。

  我国对精细农业的研究是建立在一批专家引进国外的技术的基础上,结合我国传统的“精耕细作”的经验开始的。随着精细农业的研究的深入,我国也投入了大量的资金进行研究。但总体上说我国对精准农业的研究,还没有形成较系统的学术思想和技术体系。

  我国是一个约有9亿农业人口的大国,我国现有耕地约1.3亿公顷,但每年损失耕地近43.3万公顷。如何保护耕地,提高耕地质量,已关系到我国农业及国民经济可持续发展的首要问题。21世纪是知识和信息的时代,给现代农业的发展带来无限的生机。精细农业作为现代农业的理论和实践,以农田作物的时空变异为基础,在区域内以最少的资源消耗和最优化的变量投入,实现最高的产量、最优的品质、最低的农业环境污染和良好的生态环境,最终实现农业的可持续发展。

  精细农业的关键是准确地绘制农田信息的分布图,发送给田间作业农业机械,针对该地域的情况,因地制宜进行作业提高效率和收入。只有将精细农业技术思想引入信息关系的研究中,利用GPS和GIS技术研究信息的采集与表达,定性和定量地研究,绘制空间分布图,研究确定了合理的插值方法和采样方案,结合数学方法,定量地确定了各因素对产量的影响,掌握这些影响规律,从而准确地预测产量,并经济有效地进行农业生产的精细管理。

  但目前精细农业变量施肥技术应用于切实的农业生产仍存在巨大障碍。土壤数据采集仪器价格昂贵,性能较差,大面积高密度土壤取样化验成本太高,很难推广应用;而遥感技术由于空间分辨率和光谱分辨率问题,不能满足实际应用的需要。随着高分辨率遥感卫星(1~3 m)、飞机航空遥感、田间高架遥感服务的提供,加强遥感光谱信息与土壤性质、土壤养分关系的研究及土壤养分在线实时检测技术的研究将是今后研究的重点。

  DGPS 的定位精度已完全能满足精细农业的技术需要,但与自动化机械的结合还存在许多问题,还有待于进一步发展。今后要研究自主知识产权的控制系统,安装在国产农业机上,降低成本,有利于推广使用。

  精细农业是为适应集约化、规模化程度高的作物生产系统可持续发展而提出的,其经济效益与经营规模成正相关,据有关文献报道,适用于精准农作技术实践的经济可行的最小面积约为85.6公顷。机械化大农场的运作模式,是推动精细农业发展的有益尝试。

  精确变量施肥技术在我国发展的前景

  虽然我国农村自然条件差异大,现阶段经济发展水平低,劳动力资源丰富但素质较低,经营单位小而分散,机械化水平低,全面实施精细农业变量施肥技术尚需要一个发展过程,但是精确变量施肥追求降低生产成本与避免环境污染同样适合中国国情。因此,我们必须根据农业发展的实际情况,因地制宜地走有中国特色的精细农业变量施肥的发展道路。当前,我国发展精细农业变量施肥技术具有以下几方面有利条件:

  (1)推广精细农业变量施肥技术的人才队伍基本形成。农民是科技进步的基本力量,农民素质的高低直接影响高新技术的推广。由于实施九年义务教育的推广,年轻农民基本达到初中文化,还有一部分农民具有高中文化水平。另外,由于高等院校的扩大招生和每村一名大学生计划的实施,农村已有一批高素质人才队伍可以承担科技普及和推广任务。

  (2)土壤和植株速测已基本实现。土壤和植株的测定分析是精细农业变量施肥的技术的基础工作,过去这些工作必须在设备先进、条件优越的实验室进行,费用较贵,影响了实用先进技术的推广。现在,便携式移动测试设备的应用,为推广精细农业变量施肥技术提供了技术支持。

  (3)农户精细农业变量施肥平台已经建立。精确施肥技术的核心是全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)和遥感系统(RS),它是在西方农业大规模经营和高度机械化条件下发展起来的。我国农业状况与西方一些国家差异较大,发展精细农业变量施肥技术受到一定限制。但是,近几年来辽宁省农科院环能所科技工作者结合当地的实际情况,开发了一套适合家庭土地承包经营的变量施肥技术系统软件平台,可以满足以农户为单元的精细农业变量施肥的技术要求。

  (4)把精细农业变量施肥技术物化到产品中,使之成为实用技术。通过GPS定位系统采集农户土壤样品进行土壤养分测定分析,在确定目标产量的前提下,利用变量施肥系统平台提供肥料配方,以单质肥料为原料配置复混肥料或BB肥,把这些高科技含量的肥料提供给农民,将达到变量施肥的目的。

  (5)建立网络连接实现技术、数据共享。建立和健全农业信息网络,并与其它网络相连,形成全方位的农业资源网络系统。在一定范围内,开通精确施肥土壤养分信息管理体系,严格执行精确量化施肥和科学化管理,用现代化信息技术指导农民施肥。

  综上所述,精细农业变量施肥技术是一项先进使用的技术,利用该技术不仅能降低农业生产成本,而且还可以增加粮食产量,增加农民收入。在提高化肥利用率、实现农业可持续发展的同时,合理的利用化肥资源,达到保护农业生态环境的目的。精细农业变量施肥技术是应该大力发展普及的技术。

  结 论

  精准农业是当今世界各国农业的发展方向,变量施肥是精准农业体系中的一个重要方面,本文依据国际上先进的变量施肥成功经验,根据我国的国情,提出验证了适合我地区情况,具有广泛推广价值的变量施肥处方图生成技术的研究。

  此次精细农业变量处方图生成技术的研究是利用地理信息系统MapObjects2.0的强大GIS功能,实现了GIS的基本功能及空间查询分析功能,为变量施肥处方图的制作提供了强有力的支持。实现了世界上公认的最适合于土壤养分数据空间插值的克里格插值算法,通过此算法生成了图形平滑、结果准确的土壤养分空间分布图,为施肥处方图的制作提供了可靠的数据基础,使生成施肥处方图的可靠性勿庸置疑。经过试验田地的尝试,使理论应用于现实,更使变量施肥的观念深入人心,可以根据用户的需要制作满足用户施肥需要的精准施肥处方图,大大增强了科技与人的结合,能够很好的指导变量施肥机械在田间实施变量作业。符合我国的国情,具有广泛的推广价值,由国家小汤山精准农业工程示范基地的规模化实践及在上海、新疆等地的推广应用更进一步证明,由生成的变量施肥处方图指导变量施肥机械精准施肥后,不仅提高了作物的产量还减少了肥料的投入,提高了肥料的利用率,减少了环境污染,使施肥地块的经济、环境和生态效益明显改善。今后的努力方向是继续跟踪国际农业方面精准农业变量施肥的发展趋势,进一步完善施肥管理,进一步完善施肥处方图生成方法的研究,使生成的变量施肥处方图更加适合我国的国情,为我国农业的现代化和可持续性发展做出更大的贡献。

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