我国发展精准农业的必要性与应用前景

靳双珍，刘国顺，闫新甫，史宏志，程 龙

(1.河南农业大学 国家烟草栽培生理生化研究基地，河南 郑州 450002;2.国家烟草专卖局科教司，北京 100045;3.河南农业大学烟草学院，河南郑州 450002)

1 精准农业的提出与概念

1.1 精准农业的提出

精准农业是美国等发达国家率先发展起来的21世纪农业模式，它是现代信息技术在农业生产中应用的产物。20世纪80年代初，美国首次提出精准农业的概念和设想，并在1992年4月召开了第1次精准农业学术研讨会，此后精准农业进入生产实际应用［1］。精准农业是当今世界农业最富吸引力的前沿课题之一，代表了21世纪全球农业发展的方向［2］，是农业的一场革命，面向21世纪农业的新技术。

1.2 精准农业的概念及技术体系

精准农业 (precision agriculture)也称精细农业或精确农业，是20世纪80年代初发展起来的以实现农业高产、优质、高效为目的的现代农业生产模式和技术体系［3］。它是在定位、导航的基础上，根据管理单元的土壤特性和作物生长发育的需要，管理作物的每一个生长过程及各种农业物资的投放(如肥料、除莠剂、杀虫剂、种子等)，最大限度地发挥土壤和作物的潜力，做到既满足作物生长发育的需要，又减少农业物资的投入，从而降低物资消耗、增加利润、保护生态环境，实现农业可持续发展。精准农业是现有农业生产措施与高新技术的有机结合，它由10个系统组成，即全球定位系统(GPS)、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。其核心技术是地理信息系统 (GIS)、全球卫星定位系统、遥感技术和计算机自动控制系统［4］。

2 我国发展精准农业的必要性

以精准施肥为例。

2.1 精准施肥的概念

精准农业是现代农业的发展方向，精准施肥是精准农业中最成熟、应用最广泛的技术［5］。简言之，精准施肥技术就是结合田间每一操作单元的具体条件，在土壤养分管理方面，将土壤类型、土壤生产潜力、不同肥料的增产效应、不同作物的施肥模式、历年施肥和产量情况等相关信息输入计算机，形成资料齐全的土壤养分信息化管理系统，在该系统的指导下，采用装有现代通讯接收装置的田间施肥机，具体完成施肥作业。

2.2 精准施肥的作用及意义

传统施肥方式因土壤肥力在地块不同区域差异较大，所以在平均施肥的情况下，土壤肥力低而其它生产性状好的区域往往施肥量不足，而某种养分含量高而丰产性状不好的区域则导致过量施肥。精准施肥则是根据作物生长的土壤性状，分析作物的需肥规律，调节肥料的投入 (包括施肥量、比例和时期)，充分利用土壤生产力，以最少的肥料投入达到较高的收入，从而提高化肥利用率，改善农田环境，增加农业种植效益。目前，我国化肥的当季利用率较低，氮肥当季利用率一般为30%～35%，钾肥利用率为35% ～50%，磷肥当季利用率最低，一般为10%～20%。化肥是农业生产中投资最大的物质，化肥支出约占生产支出的50%。当季未利用的氮肥大部分随径流冲失或气态逸失，钾肥被土壤吸附或淋失，磷肥则大多被土壤固定［6］。肥料利用不完全造成资源的浪费和农业生产成本的增加，同时导致农田环境污染。实施精准施肥，将会大大节省化肥用量，减少农业投入，增加农民的经济收入，减少肥料对环境的污染。

3 国内外精准农业的发展现状

3.1 国外的发展现状

精准农业技术已成为国际农学、农业工程高新技术应用研究富有吸引力的领域之一，每年有相当规模的“国际精准农业学术研讨会”。国外的许多大学开设了“精准农业”技术专门课程，美国的一些大学 (如明尼苏达大学)建立了“精准农业研究中心”。

美国作为世界上实施精准农业最早的国家之一，经多年发展，一些技术和设备已经成熟定型，但尚未系统化，总体还处于研究发展阶段。美国有200多万个农场，其中8%是年收入25万美元以上的大农场，占整个农场耕地面积的37%，有60%～70%的大农场采用精准农业技术。精准农业技术的采用给农场主带来了明显的节约效应和规模效益。1993－1994年，美国明尼苏达州农场进行了精准农业技术试验，取得了巨大成功，用GPS指导施肥的作物产量比传统平衡施肥作物产量提高30%，而且减少了化肥施用量，经济效益大大提高［7］。

此外，加拿大、澳大利亚等国对精准农业技术也非常重视，巴西、马来西亚等国广泛开始了试验示范应用。以色列的气候干旱、水资源紧张，采用了先进的精准农业灌溉技术，根据作物生长阶段和气候条件等因素，定时、定量、定位供水，大大地提高了水利用率，水肥利用率达到90%［8］。目前，精准农业的实践已涉及到配方施肥、精量播种、病虫害防治、杂草清除、收获作业和水分管理等相关领域，诸如荷兰的无土栽培切花生产、日本的水培蔬菜生产、美国的生菜生产、欧共体国家和北美国家的计算机管理奶牛场等均已基本实现了精准化［9］。

3.2 国内的发展现状

1994年我国开始对精准农业的研究应用，分析研讨了精准农业和信息农业在国外的应用现状和发展趋势以及在我国的应用前景，并将其纳入863计划及国家引进国际先进农业科学技术 (948)项目“精确农业技术体系研究”中［10］。

为探索适合我国国情的精准农业发展模式及技术，不少地区针对“精准”差距来调整和改进实施精准农业，引进、消化和吸收国际上精准农业的技术和设备。吉林省结合其省农业信息网开发了“万维网地理信息系统 (GIS)”;北京密云县用GIS技术建立了县级农业资源管理信息系统;在智能技术方面，国家“863计划”在全国20个省市开展了“智能化农业信息技术应用示范工程”［5］。2004年以来广西武宣县实施了“智能化精准施肥技术示范推广”项目，经过两年示范，成功探索出了一条促进农业节支增收的新路子。智能化精准施肥技术在武宣县实施2年来取得了显著成效。一是促进了作物产量的增加:水稻平均增产445.5 kg·hm－2，增长 7.35%;玉 米 平 均 增 产 600 kg·hm－2，增长 5.00%;甘蔗平均增产 9.23 t·hm－2，增长12.30%。二是促进了农民节本增效:水稻平均节约化肥投入26.25 kg·hm－2(折纯，下同)，节支105元·hm－2;玉米平均节约化肥投入18 kg·hm－2，节支72元·hm－2;甘蔗平均节约化肥投入 37.5 kg·hm－2，节支 114元·hm－2。三是促进了农民施肥观念的转变:使“粪大水勤，不用问人”的传统施肥观念逐步改变［11］。2006年，在北京市实施的“精准农业高科技农业示范工程”项目中采用了国际先进的农田耕作技术。这些技术的广泛应用为我国精准农业的发展奠定了一定的技术基础，这对打破我国人多地少的农业发展瓶颈及农业走可持续发展之路具有重要的现实意义。

从国内外精准农业的生产实践来看，一些发达国家已形成高新技术和农业结合的新兴产业且发展迅速，我国精准农业的发展刚刚起步，对精准农业的管理方式的研究与应用的步伐正在加快，结合我国的国情探索建立具有中国特色的精准农业运作方法已成当务之急。

4 我国发展精准农业存在的问题

虽然我国精准农业已经发展了几十年，但尚处于不成熟阶段，仍然存在许多问题。

4.1 地形复杂，机械化和集约化水平不高

我国各地的自然条件、社会经济条件差异明显，农业生产水平差距较大，农业集约化总体水平较低。我国农耕地面积虽大，但旱瘠、盐碱地较多，自然灾害频繁。农业人均耕地面积少，仅为世界平均水平的1/5，低于印度、日本，同美国相差甚远。农业机械化水平低，每1万hm2拖拉机拥有量仅为世界平均水平的34.7%，甚至低于印度［6］。

4.2 信息技术及其装备薄弱

农业设施的整体水平与发达国家相比存在较大差距，表现为设施简陋，技术含量低，特别是计算机管理仍难以配套，离准确性和及时性的要求仍有相当差距，开发的系统实效性、应用性不高，智能化较差。

4.3 缺乏独立自主性

精准农业的关键技术仍依赖从国外引进，不但受制于人，而且仪器、设备、装置等的成本投入相对过高，针对性也较差。

4.4 缺乏相关知识人才

我国目前对精准农业理论和实践掌握的还不够，了解相关知识的人才欠缺。精准农业技术的研究与推广，需要做好精准农业理念的普及与教育。

5 我国精准农业的发展前景

我国高能耗工业产品投入维持产出的传统农业虽大幅度提高了农业生产率，但受条件和环境的制约，在某种意义或某些不足的方面显然会逐渐被精准农业这一新型农业模式所取代。精准农业在美、英等国已形成一种高新技术与农业生产相结合的产业，且被广泛承认是发展持续农业的重要途径。在我国实施精准农业，可显著提高土肥水资源的利用效率，减少环境污染，提高农产品质量，降低农业生产成本和增加农民收入。同时，精准农业的系列化、机械化操作可以促进我国农业机械化进程，解放农村劳动力，跨越农民科学技术水平低的限制，使农业以较快的速度进入现代化行列。我国农业信息技术应用目前与国际水平差距并不是很大，而且精准农业技术的应用，不同的地区和不同基础可以采用不同的方法。美国精准农业也是根据自己的实际情况采用不同的发展模式。因此，学习美国精准农业的发展经验和管理理念，开展适合我国精准农业技术体系研究和应用，目前是一个比较好的时机。

精准农业是农业信息技术和现代农业机械制造技术的高度融合，是在发达国家大规模经营和机械化操作条件下发展形成的新的技术体系。而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。因此，精准农业可能仅适用于我国规模化经营的大型农场和较发达的地区，而在以家庭联产承包责任制为主要经济形式的分散经营的大部分农村则难以应用。但是，精准农业发展的基础的技术路线和原则是在充分了解土地资源和作物群体变异情况的条件下，因地制宜地根据田间每一操作单元的具体情况，精细准确地调整各项管理措施和各项物资投入的量，获取最大的经济效益。这些原则适用于任何形式和任何规模的农业生产。精准农业追求降低生产成本、提高利润、提高农产品市场竞争力与避免污染的观念同样适合中国的国情。

我们应在充分了解精准农业的原则和有关技术原理的基础上，借鉴国外精准农业技术理念和经验，装配一定的设备，建立试验示范点，严格地进行精确化和科学化管理，用现代化信息技术指导农业生产，根据农业发展的实际情况，研究发展适合我国国情的精准农业技术体系，走有中国特色的精准农业发展道路。

［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］卢珊，王平，刘湘南.论精准农业建设的地理信息技术关键 ［J］.地球信息科学，2001(1):38－42.

［3］赵凯.从精准农业看当代农学思想的发展 ［J］.中国科技信息，2006(1):142.

［4］赵春江，薛绪掌.精准农业技术体系的研究进展与展望［J］.农业工程学报，2003，19(4):7－12.

［5］林绍光，黄继庆.精准施肥技术推广实践与探讨 ［J］.广西农学报，2005(4):11－14.

［6］李亚芹，夏峰.我国发展精准农业的必要性 ［J］.农机化研究，2006，6(6):8－13.

［7］刁承军，胡伟.关于精准农业发展的探讨 ［J］.农机市场，2003(8):16－18.

［8］戎恺，杨星卫，段项锁.精准农业的研究应用现状和发展趋势 ［J］.上海农业学报，2000，16(3):5－8.

［9］梁红.我国“精准农业”现状及发展对策 ［J］.农业与技术，2002，22(3):55－59.

［10］金继运，白由路.精准农业研究的回顾与展望 ［J］.农业网络信息，2004(4):3－11.

［11］廖尚春.智能化精准施肥技术的推广应用 ［J］.安徽农学通报，2008，14(9):216.