精准农业技术体系的研究进展与展望

图妮萨古丽.赫依提 尼亚孜古丽·乌鲁格 祖力比依木·吐尔逊

摘 要：随着我国现代农业的发展，精准农业逐步成为我国农业转型升级，提高农业综合能力，带动增加农民增收的必然要求。本文对我国精准农业技术体系以及发展现状和今后发展方向进行阐述，旨在为今后我国精准农业发展提供依据和方向参考。

关键词：精准农业;技术体系;研究进展;展望

一、精准农业的含义

精准农业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。其是将遥感、地理信息系统、全球定位系统、计算机技术、通讯和网络技术、自动化技术等高科技与地理学、农业、生态学、植物生理学、土壤学等基础学科有机地结合，实现在农业生产全过程中对农作物、土地、土壤从宏观到微观的实时监测，以实现对农作物生长、发育状况、病虫害、水肥状况以及相应的环境状况进行定期信息获取和动态分析，通过诊断和决策，制定实施计划，并在GPS和GIS集成系统支持下进行田间作业的信息化现代农业。

二、精准农业的技术体系

1、全球定位系统（GPS）

GPS（Global positioning system）是一种高精度、全天候、全球性的无线电导航、定位、定时系统。精准农业广泛采用了GPS系统用于信息获取和实时的准确定位。为了提高精度广泛采用了DGPS（Differential Global Positioning System）技术，即所谓“差分校正全球卫星定位技术”。它的特点是定位精度高，根据不同的目的可自由选择不同精度的GPS系统。DGPS在精准农业中的作用有：一是精确定位，农业机械可以将作物需要的肥料送到准确位置，也可以将农药喷洒到准确位置。二是田间作业自动导航，测量地形起伏状况，它通过差分GPS系统进行精确定位和高度测量，利用GIS记录与显示联合收割机当前作业位置和土地单位面积的产量和微地形起伏状况。

2、地理信息系统（GIS）

精准农业离不开GIS（Geographical Information System）的技术支持，它是构成农作物精准管理空间信息数据库的有力工具，田间信息通过GIS系统予以表达和处理，是精准农业实施的重要一步。GIS作为容器的作用将专家系统、决策支持系统等组合起来，其综合处理通过遥感系统和全球定位系统获得的环境及相关书籍和各种环境监测数据。

GIS主要用于建立农田土地管理、土壤数据、自然条件、生产条件、作物苗情、病虫草害发生发展趋势、作物产量等的空间信息数据库和进行空间信息的地理统计处理、图形转换与表达等。

3、遥感系统（RS）

遥感技术（Remote Sensing）是精准农业田间信息获取的关键技术，为精准农业提供农田小区内作物生长环境、生长状况和空间变异信息的技术要求。遥感技术可以利用高分辨率（米级分辨率）传感器，在不同的作物生长期，实施全面监测，根据光谱信息，进行空间定性、定位分析，为定位处方农作提供大量的田间时空变化信息。

遥感在精准农业中的主要用途：获取小区域长势与背景的差异，从而提供精准农业实施定位处方农作所需的信息。利用遥感技术在作物生长不同阶段进行观测，获得不同时间序列的图像，农田管理者可以通过遥感提供的信息，及时发现作物生长出现的问题，采取针对措施进行田间管理（如施肥、喷施农药等）。管理者可以根据不同时间序列的遥感图像，了解不同生长阶段中作物的长势，提前预测作物产量。

4、决策支持系统（DSS）

它的核心内容是用于提供作物生长过程模拟、投入产出分析与模拟的模型库;支持作物生产管理的数据资源的数据库;作物生产管理知识、经验的集合知识库;基于数据、模型、知识库的推理程序;人机交互界面程序等。

精细农业技术体系中，DSS根据作物生长、作物栽培、经济分析、空间分析、时间序列分析、统计分析、趋势分析以及预测分析等模型，综合土壤、气候、资源、农用物资及作物生长有关的数据进行决策，结合农业专家知识，对不同的决策目标分别给出最优方案，用以指导田间操作。

5、信息采集与处理技术（CDS）

信息采集与处理技术是获取各种信息的重要手段。精准农业的实现首先在于认识农田小区内农作物生长环境和生长情况的差异，而这必须依赖于各种先进的传感器，如土壤容重、土壤坚实度、土壤含水量、土壤pH值、土壤肥力（N、P、K含量）、大气温度、大气湿度、风速、太阳辐射、作物生长情况、作物产量等各种类型传感，主要用于产量数据采集、土壤数据采集、苗情、病虫草害数据采集和其它数据采集。

6、智能化农业机械智能化（IAM）

农业机械IAM是实现精细农业的重要设备。智能化农业机械首先必须利用DGPS技术实现精确定位，然后必须根据田间处方图生成的智能控制软件，针对农田小区存在的差异自动执行分布式投入决策。各种智能化农业机械有：带DGPS和产量传感器的联合收割机、自动控制精度平地機、自动控制精密播种机、自动控制施肥机、自动控制施药机等。

三、我国精准农业技术体系发展现状

1、发展现状

我国在1994年就提出在我国进行精准农业研究应用的建议，但是由于当时条件的限制，并没有引起有关部门的重视。近几年我国精准农业有力迅速发展，但目前我国关于精准农业的研究和应用仍处于起步阶段。如国家在863计划中已列入精准农业的内容，国家计委和北京市政府共同出资在北京打造精准农业示范区。东北垦区近两年已分别引进了CASE和John Deere公司生产的，带产量监视器的谷物联合收割机各一台，华南农大引进了一台带DGPS和FieldStar农田之星的Massey Fegurson拖拉机，着手开展引进技术的试验研究。中国农业大学精细农业研究中心、中国农业科学院土肥所、浙江太学农业工程与食品科学学院、西北农林科技大学机电工程学院、华南农业大学等单位，近两年来先后引进了DGPS、GIS、RS设备开展了有关的研究工作。

2、限制因素

（1）中国农田类型多样，分布零星。中国大部分农田处在丘陵地区，虽有大片的平原，但不多，主要集中在北方;南方农田分散在丘陵、山区或半山区间，田块破碎，高低不平，由拖拉机牵引及灌溉、翻耕、施肥于一体的联合作业机械在这样的地区很难实施。

（2）农户组织松散，农户土地经营规模小，人均耕地数量少，很难实现某个作物的大面积种植。

（3）精准农业投资巨大。目前，中国农业基础薄弱，农村贫困，相当长的时期内仍然是小农经济占主导成分，这种情况下，高投入的精准农业在中国的绝大部分农业区还难以付诸实施。

（4）我国农业信息化水平有待于发展，相应的组件要进口，费用高，农业机械化水平低，一时很难全面推广精准农业技术。

（5）缺乏相应的配套政策来实行精准农业后解决农业劳动力的安置。

四、我国精准农业技术体系发展方向

目前中国实施精确农业可以分为三个阶段，采用三种模式。

三个阶段即：第一阶段，引进、试验、示范阶段。要根据中国实际，引进必要的技术和装备，建立试验示范点，探索精确农业规律和技术，摸索经验;第二阶段将试验示范工作扩展到大型国营农场和种植业专业户或种田能手，特别要注重灌输实施精确农业的概念和方法，进一步探索规律和积累经验;第三阶段，在多点试验示范基础上，形成中国特色的“精确农业模式”，并在部分地区形成实用化和产业化

三种模式即：（1）利用GIS技术，在空间定位数据框架下将每块地的土壤类型、质地、pH值、有机质含量、地下水平均水位等相对静态的数据事先输入系统数据库中，构建接收各种定位动态数据的接口，为定位定量施肥灌溉准备条件。（2）将信息技术与现有农业机械设施如自动控制的喷灌设施、化肥与农药的播洒机械结合起来，将定位定量灌溉、施肥、喷药落到实处，成为一整套切实可行的精确农业生产技术，推动农业现代化进程。（3）针对当前家庭联产承包分散经营的体制，积极推广应用新技术，建立适合小规模分散經营体制的精确农业养分信息管理模式。

今后重点发展领域有：一是发展现代农业信息技术;二是实施精准灌溉，提高水资源利用率;三是实施精准施肥，提高化肥资源利用率;四是发展精准设施农业。

参考文献：

[1] 姚敏娜. 精准农业技术体系的研究进展与展望[J]. 农业开发与装备，2018（12）：43+72.