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试论精确农业及我国行动对策(1) |
| http://www.lunwenda.com 论文下载网 2008-04-16 佚名 浏览： 次 【打印论文】【收藏论文】 |
提 要 精确农业是超前性的农业新技术。由于精确农业充分地利用了作物、土壤和病虫害的空间和时间变化量来进行耕作和田间管理，因而，取得的经济和环境边际效益非常显著。结合我国国情，研究发展适用的精确农业技术体系、应用体系不仅是必要的，而且是可能的。精确农业的研究与发展将有助于我国人口、资源与环境方面重大问题的解决，有助于农业资源的高效利用和农业环境保护。为了适应精确农业应用，作为核心技术的地理信息系统（GIS）技术也应在界面、功能、可操作性、信息源、实时性和处理速度等方面进行改进，深入研究多层次集成系统。
关键词 精确农业 地理信息系统 现状 对策
国际农业的发展经历了原始农业（游耕、游牧等）、传统农业和现代农业 3 个主要发展阶段[1]。本世纪以来，石油农业的发展在取得成就的同时，带来了严重的环境问题。对此，人们提出了一系列的替代农业对策，如回归型农业、生态农业、有机农业、集约农业、立体农业、持续型农业（持续农业、低投入农业、低熵农业）、生态经济农业、综合农业、精久农业等农业发展模式[2]。这些设想的主要目的都是为了充分地利用资源，降低不必要的投入，减少环境污染和取得最大的社会经济
效益[3、4]。
80 年代后期和 90 年代初以来，随着全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、连续数据采集传感器（CDS）、遥感（RS）、变率处理设备（VRT）和决策支持系统（DSS）等技术的发展[5]，精确农业 (Precision agriculture) 在美国、英国、德国、荷兰、意大利等西方发达国家勃然兴起[6～8]。
1 国际上精确农业发展的现状和趋势
1.1 精确农业的定义和现状
精确农业 (Precisionagriculture，Precisionfarming，Site-specificcropmanagement 或 Prescription farming) 是利用重要的作物参数和知识在适当的尺度上优化生产系统管理[7]，是根据特定地块的作物潜在生产能力控制不同的投入水平（如肥料、杀虫剂、除草剂等）[9]。精确农业包含 3 个实施阶段：确定田间管理事件、制定对策和实施对策[6]。精确农业的核心是对变化因素进行精确管理，变化因素包括：空间因素、时间因素和预测因素[10]。空间因素反映地域变化；时间因素反映年度变化；预测因素反映预测与实际值之间的差异。
国外精确农业实践表明：精确农业不仅具有重要的经济效益，而且其获取的详细耕作信息推演出和有助于解决许多未知问题[6]。精确农业的根本效益体现在降低作物的生产成本和过量施用农化产品的污染风险[9]。如以施肥为例，传统的施肥方式是在一片地块内使用一个平均施肥量。但实际上土壤肥力在不同的地块（像元大小为 0.5～2hm2）、不同时段（上一茬残留肥力和消耗）差别较大，所以平均施肥就会造成部分地区肥力不足而部分地区肥力过量。精确农业实现了因土、因作物、因时全面平衡施肥，因此，有明显的经济和环境效益①。1994 年，明尼苏达大学在明尼苏达州汉斯卡农场实验研究表明：传统农业每公顷施肥为 119.8kg，而精确农业施肥平均为 82kg。明尼苏达的扎卡比森甜菜农场采用精确变率施肥技术减少了氮肥用量，肥料投入每公顷平均减少 15 52 美元，收益平均每公顷增加 358.32 美元。又如在产量预测预报方面，精确农业对投入、产出能按不同地块、不同时间进行详细记录，对预测产量和耕作决策有着极其重要的意义。在英国夏托沃斯农场，联合收割机上装的 GPS 和产量测定仪，每隔 1.2 秒，GPS 测量记录一次。这样，在收割完成的同时，就可以产生当季准确的产量分布图[11]。再如在提高水资源利用率方面，精确农业技术也具有极大的作用。在以色列，用水管理已实现高度的自动化，全国已全部实施节水灌溉技术，其中 25% 为喷灌，75% 为微灌（滴灌和微喷灌）。所有的灌溉都是由计算机控制，实现了因时、因作物、因地用水和用肥自动控制。1989 年，以色列水分利用率为每立方米产粮食 2.32kg，与技术使用前（1949 年）相比，平均提高了 0.68kg／m3；到 2000 年，计划提高到 4.31kg／m3[12、13]。
但是，精确农业的边际效益 (marginal effect) 与农场的规模成正比[8]。发达国家较小的农场精细耕作程度较高，精确农业产生效益的可能性就小得多；而大农场，精细耕作程度较低，很大的一块田（地）采用一样的管理方式，因而，实施精确农业产生边际效益就大。
精确农业的应用已涉及到施肥、植物保护、播种、耕作、水分管理等相关领域。精准农业已渐渐为各农场经营者了解和熟悉。欧洲的一项调查表明：欧洲大约 2/5 的农场主知道精确农业技术[8]。
1.2 精确农业的发展趋势
从大趋势看，精确农业将向着完全的时间和空间变量管理和决策支持方向发展。Blackmore 在展望欧洲精确农业发展时，指出了三种技术应用水平与相应的耕作管理战略[14]：①无任何信息技术（IT) 组成的传统方式；②管理信息系统（MIS）、咨询方式（what ifmodel）和简单机械化；③空间信息技术的充分应用和自动处理：自动数据收集、集成 MIS／DSS 技术支持系统。不同的应用水平将包含不同的 IT 组成，产生不同的环境和操作效应及达到不同的经济效果。支持精确农业的专用硬件和设施系统将在不远的将来实现，而相应的决策支持软件将会得到不断的、长期的开发和完善[14]。随着相应技术的进一步发展，精确农业将很快从试验应用走向推广应用。可以预计，21 世纪的农业可以说是计算机辅助管理的精确农业时代[12]。
2 我国的农业现状和存在的问题
2.1 我国的农业现状
我国农业正由传统农业向现代农业发展，但从全局来看，仍处于半自给半商品、半经验半科学、半人畜半机械的状况，并未完全脱离传统农业的范围[1]。农民仅初步温饱，生活水平较低。1995 年，全国农业人口人均收入仅为 780 元，约 8000万农民尚处于贫困之中[1]。
在农业资源利用方面，中国农业在精耕细作、多层次利用、生态农业等高效利用农业资源方面独树一帜[12]。各地已总结出许多具有区域特色的耕作技术和农业模式，如间、套、连作的多熟制、基塘农业、立体山地农业、有机物还田等等。这些技术对提高我国光能、土地、水、肥力等资源的利用率发挥着重要的作用。农业新技术研究与开发也开始起步。例如，灌溉（如喷灌、滴灌、微灌、渗灌、膜上灌等）、施肥（如配方施肥、复混肥技术、多元素平衡施肥等）、植保、水土保持（如坡地农业）等方面的先进技术和措施已在研究或部分应用之中。农业资源监测技术也取得了较大的进展，遥感与地理信息系统（GIS）技术成功地应用于作物长势、种植面积、产量、灾害、水土流失等方面的监测[15～17]。国内农业专家系统日益深入，主要包括启发式专家系统、实时专家系统、专家数据库、模型专家系统、问题专用壳等
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