基于“智慧气象”的设施农业气象监测服务体系研究——以四川天府新区为例

张净雯，杨丰恺

(成都市气象局，四川 成都 611130)

1 引言

设施农业，是指在环境相对可控条件下，采用工程技术手段，利用人工建造设施，使传统农业逐渐摆脱自然环境的束缚，向环境安全型、无毒农业和现代化农业发展[1-2]，是进行动植物高效生产的现代农业方式。设施农业建立了一种封闭式农业生态系统，形成了一个相对稳定的环境条件，从而发挥气候、植物、土地、资金、劳动力的效力[3]，实现农产品的反季节上市，进一步满足了多元化、多层次消费需求，有利于促进农业产业化、现代化、集约化和标准化发展。目前已经形成了以温室、大棚、人工气候室、航天农业、植物工厂、无土栽培为主题的设施农业[3]，从狭义上讲主要包括塑料大棚、温室、植物工厂三种不同层次[4]。设施农业在我国已被广泛应用于大田作物、水产养殖、畜禽饲养、蔬菜、林果、花卉等诸多农业领域，栽培作物的品种不断拓展，促进了作物增产和农民增收。

设施农业虽然在一定程度上能够摆脱对自然环境的依赖，但其产量、品质和种植结构等依然会受到自然气候资源的制约[3]，尤其是台风、暴雪、大风、强降雨等灾害性天气的影响[2]。随着“互联网+”和“智慧气象”的提出，设施农业对于气象服务提出了更高的要求。

2 设施农业现状分析

2.1 气候概况

四川天府新区位于四川盆地中西部，成都平原东南缘，土地面积564km2，境内地形复杂，包含平坝、丘陵、山区，呈三级阶梯状，西北高东南低分布。属中亚热带湿润季风气候区，年平均气温16.3℃，极端最高气温37.5℃，极端最低气温-4.6℃；年平均降雨量855.8mm，最高年降水量1275.9mm，最低年降水量640.6mm；主要气象灾害包括暴雨、高温、雷暴、大风、寒潮、低温、干旱、冰雹等。

2.2 农业概况

四川天府新区农业农村区域约300km2，形成了以枇杷、草莓、蔬菜、桃、梨等产业为特色的产业发展格局，其中耕地面积1.71万hm2，园地0.89万hm2，林地0.68万hm2。设施农业用地0.16万hm2，约占农业用地的5%，主要种植作物为草莓、蔬菜及少量的枇杷等特色水果。

2.3 设施农业现状

目前，四川天府新区的设施农业发展水平较低，存在规模小、附属设施配套差等诸多问题，产业化程度相对落后。本地设施大棚主要包含两大类：一是技术含量较低的简易大棚，多由普通农户及农业合作社自行搭建，具有投入低、建造随意性大、载荷小、抗风防暴雨能力差等特点，主要用于草莓及冬季反季节蔬菜的种植；二是钢构标准大棚，多由政府或重点龙头公司出资搭建，经济效益不是其主要追求目标，主要用于新技术试验推广及农商文旅多产业融合发展的示范带动。经调研，四川天府新区大棚内设施普遍落后，绝大多数无温控、辅助照明及湿度控制系统，少量钢构标准大棚配有滴灌或喷灌等供水系统。近年来，随着设施农业气象业务服务的蓬勃发展，越来越多的设施大棚内开始配备有农业小气候监测设备。

3 设施农业气象服务需求分析

按照作物的生长发育阶段可将设施农业气象服务分为产前、产中、产后服务，产前服务对象主要是政府决策者，旨在指导农业规划布局，实现辅助决策功能；产中服务对象主要是农业生产者，旨在指导农业实际生产及气象灾害防御，实现设施作物增产增收；产后服务对象主要是科学研究者，旨在通过气象及农业数据相关分析，开展农业气象指数研究及拓展业务发展。

3.1 产前设施农业气象服务

产前设施农业气象服务主要包括两方面的内容，一是设施农业精细化气候区划及主要气象灾害风险区划[5]，为地方政府农业规划设计提供气象数据支撑；二是基于环境气象因子的设施农业工程建设需求分析[6]，包括大棚朝向、仰角、覆盖物透光性、所需配备农技设施等建设建议。

3.2 产中设施农业气象服务

产中设施农业气象服务主要包括两个方面的内容，一是针对性的专项气象服务，包括大棚内外的气象要素监测及实时信息[7]、大棚内环境调控的精细化气象预报(如灌溉、通风、揭膜、补光等)[8]、农商文旅相结合的观光旅游预报服务等；二是设施农业防灾减灾气象服务，包括设施农业防灾减灾气象预报预警[9]及设施内病虫害发生发展趋势预报[10]等。

3.3 产后设施农业气象服务

产后设施农业气象服务主要是指设施相关的科学研究，包括大棚内气象要素变化预测模型搭建[11]、设施作物农业气象指标研究以及气象指数保险业务拓展等。

由于不同的设施之间，如拱棚、塑料大棚、日光温室、现代智能温室，其结构、规模、技术水平存在很大差异，因此设施农业气象服务需要做到针对性强、精细化程度高、准确度高。

为做好设施农业气象服务，首先需要构建专业的设施农业观测网，按照设施和作物的特点，选择代表性的点位合理布设观测设备、确定观测内容。其次是要构建各类专业的预报预警模型，基于各项灾害指标，开展具有准确指导意义的影响预报，其中特别要关注模型因子选择。最后要做好业务系统的建设，确保产品制作过程和信息发布渠道的畅通，利用各种各样的形式将内容及时高效的传播。

4 设施农业气象服务现状

随着设施农业逐渐由零星分散向集中连片种植发展，设施农业的规模不断扩大、效益不断提高，针对设施农业提供专业的专项服务已成为气象部门为农服务的重点工作任务。天府新区气象分局针对当地设施农业开展多方调研，为更好地服务本地需求，采取了以下几个方面的措施。

4.1 建构设施农业气象监测网

选取本地产业化、规模化及种植水平较高的农业产业园区，针对其不同气象需求建设设施农业气象监测试验站，形成设施农业气象监测网，为本地都市现代农业气象示范服务和试验研究提供基础数据。

4.2 开展针对性特色设施农业气象服务

4.2.1 开展直通式服务 将信息化与气象服务深度融合，为设施农业用户提供作物气象农事建议和综合性农业服务信息，实现信息直通式惠农服务。根据农作物生长发育期各项气象指标，结合本地农作物生长实际，进行产前、产中、产后及农事管理的可视化精准农技气象服务指导，促进农业增值增收。在出现寒潮、暴雨、大风等各类灾害性天气过程中，通过互联网+农业气象的直通式服务，适时发布重大农业气象灾害监测预警信息，提出防御措施，及时开展灾情调查、精准农技服务，有效降低或避免低温冻害等气象灾害造成农业经济损失。

4.2.2 建立示范点带动产业发展 天府新区气象分局同新兴街道联手打造了新兴智慧农业气象云平台，成为全市推动特色农业互联网+农业转型建设的亮点成果。该平台由政府搭台(天府新区新兴街道搭建)、气象护航(天府新区气象分局提供直通式农业气象精细化服务)、专业团队运营(专业技术公司提供技术及服务支撑)、专家指导(四川农业大学提供专家团队入驻)，在各级展会上备受参展商及观众的关注，得到高度评价。

4.2.3 创新开展气候溯源 在枇杷智慧农业气象信息示范点建设基础上，收集枇杷全生育期种植、管理、收获图片文字资料形成可视化素材，形成特色农产品气候信息溯源依据，生成专一二维码，提高农产品溢价能力，助力白沙“hi枇杷”品牌的打造。

5 设施农业气象服务存在的问题

在设施农业等现代农业快速发展的新形势下，传统农业气象业务服务已无法满足产业发展需求，主要表现如下。

5.1 设施农业气象观测体系不能满足现代农业气象业务服务需求

设施农业观测网不完善，观测手段、观测仪器设备落后，观测要素缺乏，观测布局不合理，针对性差。

5.2 农业气象服务信息化程度低

面向现代农业的农业气象数据采集、标准化处理与共享平台和机制有待建立。基于现代技术的农业气象信息服务发布系统沿未建立。

5.3 农业气象业务系统缺乏

未建立规范、定量、可扩展的适应现代农业发展需要的业务平台，农业气象业务技术落后，农业气象业务服务产品有限，分析评估产品定性多、定量少。农业业务规范管理不适应现代农业新需求。

5.4 农业气象新技术、新成果推广应用的试验和研究严重不足

农业气象试验研究条件有限，关键技术研究严重不足，研究成果转化技术平台缺乏，转化能力不够，不能形成业务化。农业气象新技术、新方法在业务服务中推广应用不够。

5.5 现行农业气象服务内容单一、针对性不强、时效性不够、覆盖面不宽

针对当地特色农业生产的专业化、个性化服务产品较少，产品深化加工、满足新型农业经营主体的个性化需求的技术和手段缺乏，能力不足。气象信息传播的技术支撑能力不强。调动社会资源参与面向新型农业经营主体的服务，多元主体参与、部门提供服务为主的新型气象为农服务体系仍未形成。

6 设施农业气象服务发展对策

6.1 加强部门联动，建立服务机制

想要将设施农业气象服务做优做精，单靠气象部门一己之力是不可能获得成功的，这就需要我们加强与地方政府及农口相关部门交流合作，加强与农业产业大户及农业龙头企业信息沟通，充分利用各方优势，建立“众创、共建”合作机制。气象部门提供气象监测及预报数据，农业部门提供设施农业数据，地方政府提供基本经费支持，农民及大户提供需求及信息反馈。同时，还须引入本地农业高校及科研院所，建立预测模型及指标体系，从而进一步指导优化设施农业气象服务。通过政府搭台、气象及农业部门主导、科研院所技术支持，最终服务农民，并建立反馈机制，形成闭合的自适应服务机制。

图1 服务机制示意图

6.2 健全监测站网，开展科学研究

根据服务需求进一步健全设施农业监测站网，增设不同高度、不同层次、不同方位、大棚内外的环境气象要素监测设备，收集设施作物全生育期环境气象要素数据；安装高清摄像头，发挥实时高清图片和视频获取能力，将高清摄像设备转换为作物长势监控设备，形成流媒体信息的进一步数据挖掘和充分产品化利用。充分利用“四川e农”“成都智慧农业”APP、“天府气象”微信公众号等本地新媒体平台，收集设施作物生长发育、农气灾害以及病虫害等农业数据。充分利用监测数据，开展设施内外气象要素变化关系的研究，建立设施作物不同生育期与环境关系的指标体系及预测模型，开展耐受性研究及病虫害与气象条件关系研究。

6.3 疏通传播渠道，细化服务产品

开展基于作物的设施农业气象服务，针对不同作物不同生育期环境气象阈值，定制特定作物的全生育期气象服务产品。开展基于模型的设施内气象要素变化预测，开展基于气象指标的作物生育期预测及病虫害发生等级预报服务。充分利用高清摄像设备及数据挖掘成果开展设施作物的产量预估及产期预测分布，形成对产后采摘、电商预售、物流排期的数据支撑。建立集监测、预报、服务为一体的农业气象服务平台，充分链接气象部门、农业部门、地方官方宣传部门的微信、微博、网站、APP等新型多媒体信息发布平台结合短信、显示屏等传统信息发布渠道，实现设施农业气象服务产品的一键式发布，将设施农业气象服务产品直接送达农户手中。