精准农业 提高作物产量

肖优明

现如今，随着现代科学技术对粗放式耕作方式的逐步改造，精准农业应运而生。它属于农业管理的范畴，是一个与传统农业相对的概念。这种新型的耕作方式不讲究所谓的经验积累，采用的是高新科技，要求在生产和资源利用上做到“精”，管理发展上坚持“准”。利用绘图工具和数据分析软件，全方位观察和监测目标领域内农作物的生长和变异状况。在不增加劳动力的情况下，对农田进行定制化耕作。电脑系统能将每一株植物的实时数据分析成像，在带来农作物产量攀升的同时，还能减少资源浪费。

10项尖端技术引领精准农业

全球导航卫星系统。自从20世纪90年代农业领域引入该系统以来，操作人员和生产商通过多种不同方式将其与农业生产有机结合起来，使田间工作变得更加简便精确。全球导航卫星系统包括中国北斗卫星导航系统、美国全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯系统和欧洲伽利略系统，它们是联合国卫星导航委员会认定的供应商。卫星导航定位技术在农业机械控制中的应用主要包括变量施肥播种机、联合收割机和无人驾驶拖拉机等，还可用于精准喷药和精准灌溉系统等。在精准农业中，应用全球导航卫星系统可实现农田信息的数字化和可视化管理应用。技术人员利用全球导航卫星系统手持机，获得农田的地理位置信息，快速、高效、准确地量算出作业面积等参数。然后与田间的各种信息结合，形成肥力分布图、病虫害分布图等专题图和处方图，用于农作物科学施肥、病虫害防治和估产等。

移动设备。专家指出，如果没有移动设备的发展，当今世界将完全是另一番景象。移动设备已经延伸发展出包括智能手机和平板电脑在内的多个品种，总量达到72.5亿部，比全球约72亿的人口总数还要高。2016年，大多数涉足移动设备市场的精准农业生产商把大部分精力用于扩展这些产品的功能上。他们在将信息提供给种植者的过程中尊崇“20分钟法则”，即用户在收到数据后20分钟内，如果无法将技术数据转化到可以用于生产的指导性数据，这款产品很可能就会变得无人问津。

机器人技术。农业机器人承担多项重任，例如种植大棚作物和修剪葡萄园等，取得了不同程度的成功。远程控制技术最大限度地推动了自动设备的发展，例如可以连接任何拖拉机的谷物车系统，能够自动地在大田中以一定的安全距离跟随联合收割机前进。再如一种新开发的引领- 跟随技术，通过全球导航卫星系统信号和无线电技术连接两台机器，由一个驾驶员进行控制。还有移动农业机器人集群，具有质量轻、节能、高度灵活、云端控制等特点。操作员只需要在大田外面，通过平板电脑的APP来进行管理。它们可以不停工作，而且维护简便，是农业机器人的发展方向。

精准灌溉。干旱、地下水下降以及水配给等问题导致的水资源短缺，使得灌溉技术的创新变得更加重要。美国科学家最新的一项研究成果是新型遥感勘测系统，种植者可以利用它远程监视并控制灌溉系统的几乎每个方面，包括节约水资源、时间和能源以及降低对设备的磨损。未来还可以将土壤湿度监测、气象数据和变量灌溉整合到这个系统。精密移动滴灌系统是另一项重大的发明，喷施线通过中间枢纽或者线性移动灌溉系统在大田中被推动前进，整合的喷施器可以喷出统一的形状，均匀覆盖整个灌溉目标区域，直接将水喷到土壤表面，消除了蒸发和刮风引起的漂移等因素，使更多的水到达作物根部。

物联网。它的简单定义就是通过一个进入互联网（或者互相连接）的开关连接所有设备，精准农业中互相连接的部件包括大田探测器和用于大田监测的空中/卫星图像，其中大田探测器用于记录实时气象、土壤湿度以及温度数据。它们的交流可应用于调度程序、销售互动工具以及其他的商业管理。最近，一些农业创业公司和部件提供商正在用低功耗广域网络替代或者补充无线网络数据传输中的蜂窝网络，旨在将小容量数据在长距离范围中进行内部传输。低功耗广域网络能使设备沟通时耗能较小，电池寿命更长，具有极大的成本优势。

无线感应器。它们在精准农业中用途广泛，可采集土壤水分数据、土壤紧实程度、土壤肥力、环境温度、叶片面积指数、作物水分状态、当地气象数据、病虫草害感染等信息。特别是土壤湿度和降雨感应器，可能是迄今为止水资源管理方面最广泛使用的先进技术。美国水资源枯竭和对水资源使用法规的日趋严格，进一步推动这类感应器的发展。在加利福尼亚州，越来越多的种植者使用土壤湿度和降雨感应器，帮助进行灌溉规划。另外，车载活动式感应器能够实时提供作物健康情况，也变得愈加重要。

变量播种技术。种植者很关注影响种子生长的因素，希望通过各种方法提升产能。与变量施肥略有不同，变量播种需要依赖种植者获取精确数据的能力，对种子本身有所了解。美国早在20世纪 90年代中期就开始使用，如今实施该技术的种植区域仍然只有5%～10%。但可喜的是种植者收集数据用于变量播种的能力取得长足进展，使用这项实用技术的人数有望增加。

气象模型。对农业而言，也许没有像气象这种既重要而又完全无法预测的变量。如果拥有高级的气象模型，开发的许多重要技术将变得更加有价值。美国创建的一种气象模型，扩展到水利用、土壤性状以及作物生长等其他领域。例如，美国北部平原一个马铃薯种植者发现，在某个特定温度下收获作物可以使其质量和完整性保持最佳状态。他以前要到大田里靠手动探测器探测土壤温度，然后再让收割设備来工作。但是现在使用这种气象模型后，可以远程获得土壤数据，收割的效率比以前高出许多。

氮模型。尽管从20世纪90年代中期起就开始使用变量技术施肥，然而氮周期的复杂性以及如何保持其恒定性使得对氮的管理非常困难。美国2014年推出氮模型Adapt-N，已经成为合理使用氮的重要依据。随着生产的发展，环保压力会越来越重。大部分种植者想通过简单的方法来解决这些问题，这就是Adapt-N和其他氮模型的重要意义所在。

标准化。精准农业要求不同生产商提供的设备产品能进行兼容，变得易于上手使用，为此制定了ISOBUS标准。美国8年前成立了由170多家公司、联合体和协会组成的农业行业电子设备基金会，试图通过积极合作使这个标准更好地发挥作用。

实践绿色环保种植理念

世界人口的不断增长，要求生产出越来越多的粮食。然而有限的耕地面积无法满足不断飙涨的需求，结果引发食品安全问题，甚至有可能演变成为造成区域性乃至全球性不稳定局势的根源。为了更好地利用水土资源，提高农作物产量，减少农业生产中不可避免的经济和安全风险，越来越多的大型农场采用精准农业种植法。它的优势体现在节省人力和时间，减少水和化学药剂的使用，生产出更健康的作物，也让作物产量变得更高，所有这些都有利于实践绿色环保种植理念。

在美国，许多初创公司都在开发能够帮助种植者精耕细作的新软件、传感器设备和农业数据库等。著名的孟山都、约翰迪尔、拜耳、陶氏和杜邦等大公司也都投资入股，积极参与，许多美国大学开设了这一主题的相关课程。

美国宇航局支持高光谱遥感在精准农业中的应用，1999年发射的地球轨道一号BO一1高光谱卫星共有220个波段，大气校正仪 LAC具有 256个波段。作为新兴学科，高光谱遥感已成为精准农业的重要技术手段之一，用于遥感监测作物叶面积指数、生物量和叶绿素含量，监测作物养分及水分状况，对农作物长势监测和估产。

为了进一步推动精准农业的发展，英国哈珀亚当斯大学的一个研发团队创建全了全球第一家“无人农场”，在没有任何人进入农田的情况下由机械自动完成从翻地、播种、喷洒、灌溉直至收获的全部流程。他们开发的自动拖拉机由种植者在控制室操作，能够按照预先设定好的程序，在无人驾驶的情况下进行各项工作。要了解作物生长情况，不需要种植者亲自去农田观察，全部利用无人机监控，进行空中评估。

研發团队指出，农业机械近年来越来越大型化，工作效率一直在提高。然而这些大型机械也存在不少问题，例如，无法实施精准农业，造成土壤“板结”，导致土壤肥沃度降低，妨碍植物生长。而多种小型自动化机械进入耕地，可减少土壤板结度。自动化将创造一个可持续系统，促进高分辨率精准农业的发展，细到对不同的农田甚至可能是某一株作物，都能加以区别对待。优化农田耕种不但能够提升土地整体质量，而且可以大大降低生产成本。研发团队对“无人农场”充满信心，认为它代表了精准农业的未来，对现行农业模式产生革命性的影响。

尽管精准农业优势明显，可是推广起来并非易事。究其原因，一是不少技术开发商和电脑硬件制造商对精准农业认识不到位，采取谨慎观望的态度。二是这种高效率的生产模式没有被种植者们普遍接受，主要是先进设备成本太高，要把最新的农业技术扩展到农业生产系统中，需要数额巨大的经费，除非是农业集团，否则种植者个人难以承担日常开销。

对第三世界国家从事小规模农耕的种植者来说，运用高端科学技术做出种植、收获、灌溉、施肥和打农药等相应的耕作决策，或许还是一个有些遥远的未来，但是操作简便并且价格便宜的技术肯定会受到欢迎。像悉尼大学科学家日前推出的一种精简且低成本的监控系统，仅仅依靠太阳能和手机便能带来不少种植便利，因此在印度尼西亚成功地投入生产实践。低成本使一些年长的种植者免去了后顾之忧，敢于尝试新技术，与此同时也培养了后代依靠科技进行农业生产的意识。

编辑：成韵 chengyunpipi@126.com