第六課、現代精準農業(yè)及我國精準農業(yè)的發(fā)展方向

　　農業(yè)現代化是相對于傳統(tǒng)農業(yè)而言的，其實質體現了當代科學技術在農業(yè)上的綜合應用，它是一個歷史的、動態(tài)的概念。在經歷了原始農業(yè)、傳統(tǒng)農業(yè)、工業(yè)化農業(yè)(石油農業(yè)或機械化農業(yè))后，農業(yè)正在進入以知識高度密集為主要特點的知識農業(yè)發(fā)展階段，將現代信息技術、生物技術和工程裝備技術應用于農業(yè)生產的精準(PrecisionAgriculture)，已成為發(fā)達國家面向21世紀的現代知識農業(yè)的重要生產形式。

　　1、精準農業(yè)

　　農業(yè)發(fā)展過程中的某種形態(tài)或農業(yè)生產形式由農業(yè)生產技術(農業(yè)生產力水平)和農業(yè)生產組織形式(農業(yè)生產關系)所決定。影響農業(yè)生產形式的主要外界因素有農業(yè)自然資源保障系統(tǒng)、農業(yè)及農村勞動力資源、農業(yè)自然條件和農村經濟條件及社會生產力水平4個方面。

　　傳統(tǒng)農業(yè)勞動生產率較低，大量勞動力被束縛在農業(yè)上。通過大量高能耗工業(yè)產品(機械、化肥、農藥、燃油、電力等)的投入來維持系統(tǒng)的產出。機械化農業(yè)的主要優(yōu)勢是大幅度地提高了農業(yè)生產率，但也遇到了許多問題：如土地壓實、水土流失、地下水及地表水污染，農藥的使用導致了嚴重的公共衛(wèi)生和環(huán)境方面的問題，品種基因單一化的危害、農產品品質的下降，水土資源及能源制約等。這種農業(yè)資源與環(huán)境的壓力促使科學家和農民努力尋求一種在繼續(xù)維持并提高農業(yè)產量的同時，又能有效利用有限資源、保護農業(yè)生態(tài)環(huán)境的新的可持續(xù)發(fā)展農業(yè)生產方式，并進行了多種探索，提出了多種解決途徑，如自然農業(yè)、有機農業(yè)、生態(tài)農業(yè)，等等。90年代以來，隨著全球定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、農業(yè)應用電子技術和作物栽培有關模擬模型以及生產管理決策支持系統(tǒng)(DDS)技術研究的發(fā)展，精準農業(yè)已成為合理利用農業(yè)資源、提高農業(yè)作物產量、降低生產成本、改善生態(tài)環(huán)境的一種重要的現代農業(yè)生產形式。

　　2、精準農業(yè)的技術體系

　　精準農業(yè)是現代信息技術、生物技術、工程技術等一系列高新技術**新成就的基礎上發(fā)展起來的一種重要的現代農業(yè)生產形式，其核心技術是地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、遙感技術和計算機自動控制技術。精準農業(yè)系統(tǒng)是一個綜合性很強的復雜系統(tǒng)，是實現農業(yè)低耗、高效、優(yōu)質、安全的重要途徑。

　　2.1現代信息技術

　　精準農業(yè)從90年代開始在發(fā)達國家興起，目前已成為一種普遍趨勢，英美法德等國家紛紛采用先進的生物、化工乃至航天技術使精準農業(yè)更加精準。美國把曾在海灣戰(zhàn)爭中運用過的衛(wèi)星定位系統(tǒng)應用于農業(yè)，這項技術被稱為精準種植，即通過裝有衛(wèi)星定位系統(tǒng)的裝置，在農戶地里采集土壤樣品，取得的資料通過計算機處理，得到不同地塊的養(yǎng)分含量，精準度可達1-3m2。技術人員據此制定配方，并輸入施肥播種機械的電腦中。這種機械同樣裝有定位系統(tǒng)，操作人員進行施肥和播種可以完全做到定位、定量。還可將衛(wèi)星定位系統(tǒng)安裝在聯(lián)合收割機上，并配置相連的電子傳感器和計算機，收割機工作時可自動記錄每平方米農作物產量、土壤濕度和養(yǎng)分等的精數據。

　　現代信息技術的特點是應用地理信息系統(tǒng)將土壤和作物信息資料整理分析，制成具有時效性和可操作性的田間管理信息系統(tǒng)，在此基礎上，利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、遙感技術以及計算機自動控制技術，根據空間每一操作單元的具體條件，通過調整資源投入量，達到增加產量、減少投入、保護農業(yè)資源和環(huán)境質量的目的。同時在農田經營管理決策的環(huán)節(jié)上，可根據不同情況選擇單純獲取高產，以適量投入，獲取較好經營利潤或減少資源消耗、保護生態(tài)環(huán)境等多種不同優(yōu)化目標。這項技術的構成包括空間定位的農作物產量信息采集技術和土壤信息定時采集技術、農田地理信息系統(tǒng)定時更新技術及空間定位的農業(yè)投入控制系統(tǒng)等。

　　2.2生物技術

　　現代生物技術從廣義上講主要包括基因工程、細胞工程和微生物工程等，**富有生命力的核心技術是基因工程。現代生物技術**顯著的特點是打破了遠緣物種不能雜交的禁區(qū)，即用新的生物技術方法開辟一個世界性的新基因庫源泉，用新方法把需要的基因組合起來，培育出抗病性更強、產量更高、品質更好、營養(yǎng)更豐富，且生產成本更低的新作物、新品種；另外還具有節(jié)約能源、連續(xù)生產、簡化生產步驟、縮短生產周期、降低生產成本、減少環(huán)境污染等功效。如美國把血紅蛋白轉移到玉米中，不僅保持了玉米的高產性能，而且提高了它的蛋白含量。抗轉基因水稻、玉米、土豆、棉花和南瓜等已在美國、阿根廷、加拿大數百萬公頃土地上試種。1998年，全世界利用原生質體培養(yǎng)技術已成功地開發(fā)了100多種再生植物，轉基因牛、羊、豬和魚也培育成功。美國是采用轉基因技術**多的國家，1998年轉基因作物播種面積達2050萬hm2，是1997年的2.5倍；目前其轉基因種子播種面積已占大豆播種面積的36%，占玉米播種面積的45%。阿根廷是繼美國之后大量采用轉基因技術的國家，1998年轉基因作物播種面積達550萬hm2，是1997年的4倍，其中75%的大豆播種面積采用經過改變基因的豆種。加拿大轉基因作物播種面積從1997年的130萬hm2，增加到1998年的280萬hm2；50%的大豆和玉米播種面積采用了經過基因處理的種子。

　　微生物農業(yè)是以微生物為主體的農業(yè)。微生物在合成蛋白質、氨基酸、維生素、各種酶方面的能力比動物、植物高上百倍；微生物還可利用有機廢棄物，變廢為寶、保護生態(tài)環(huán)境。利用有益微生物，不僅可獲得大量生物量，用于制作食用蛋白質以及脂肪、糖類等專門食品，而且在生物防治、土壤改良方面也有突出表現。日本研制的EM(含80余種微生物的生物制劑)，被稱為可以挽救地球的有效微生物群。施用EM可少用或不用化肥、農藥和抗生素藥物，凈化環(huán)境。

　　2.3工程裝備技術

　　現代工程裝備技術是精準農業(yè)技術體系的重要組成部分，是硬件，其核心技術是機電一體化技術；在現代精準農業(yè)中，應用于農作物播種、施肥、灌溉和收獲等各個環(huán)節(jié)。

　　精準播種。將精準種子工程與精準播種技術有機結合，要求精準播種機播種均勻、精量播種、播深一致。精準播種技術既可節(jié)約大量優(yōu)質種子，又可使作物在田間獲得**佳分布，為作物的生長和發(fā)育創(chuàng)造**佳環(huán)境，從而大大提高作物對營養(yǎng)和太陽能的利用率。

　　精準施肥。要求能根據不同地區(qū)、不同土壤類型以及土壤中各種養(yǎng)分的盈虧情況，作物類別和產量水平，將N、P、K和多種可促進作物生長的微量元素與有機肥加以科學配方，從而做到有目的地肥，既可減少因過量施肥造成的環(huán)境污染和農產品質量下降，又可降低成本。要求有科學合理的施肥方式和具有自動控制的精準施肥機械。

　　精準灌溉。在自動監(jiān)測控制條件下的精準灌溉工程技術，如噴灌、滴灌、微灌和滲灌等，根據不同作物不同生育期間土壤墑情和作物需水量，實施實時精量灌溉，可大大節(jié)約水資源，提高水資源有效利用率。

　　精準收獲。利用精準收獲機械做到顆粒歸倉，同時可根據一定標準確分級。

　　3、我國精準農業(yè)的重點發(fā)展方向

　　我國各地的自然條件、社會經濟條件差異明顯，農業(yè)生產水平差距較大，農業(yè)集約化總體水平較低。表2示出1994年中印日美4國農業(yè)集約化程度及世界的平均水平。可以看出，我國農業(yè)具有以下特點：1)農業(yè)人口人均耕地面積小，僅為世界平均水平的1/5；低于印度、日本，同美國相差甚遠。2)農業(yè)機械化水平低。每萬公頃拖拉機擁有量，僅約為世界平均水平的34.7%，甚至低于印度的水平。3)化肥投入水平高。每公頃化肥投入量是世界平均水平的3.37倍，高于美國，但低于日本。

　　同農業(yè)發(fā)達國家相比，我國農業(yè)集約化水平較低，要實現現代化，是繼續(xù)走農業(yè)發(fā)達國家已走過的以犧牲土質、環(huán)境及使用對人類健康有不良影響的大量依靠農藥、化肥的石油農業(yè)發(fā)展道路，還是利用現代信息技術、生物技術和工程裝備技術發(fā)展具有中國特色的精準農業(yè)，答案是不言而喻的。應根據我國農業(yè)發(fā)展所面臨的資源環(huán)境問題，走具有中國特色的精準農業(yè)發(fā)展之路，實現我國農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

　　3.1重點發(fā)展節(jié)水、節(jié)肥精準農業(yè)技術體系

　　1)實現精準灌溉，提高水資源利用率。

　　水資源短缺是我國許多地區(qū)農業(yè)生產的主要制約因素。據測算，我國全年降水量約為6.19萬億m3，其中約55%消耗于陸面蒸發(fā)，只有45%轉徑流和地下水，實際利用率不到10%(約5000億m3)。

　　當前我國農業(yè)灌溉用水面臨的主要問題是灌溉農區(qū)面積約5000hm2，其中渠灌面積較大，多屬粗放型灌溉模式。在華北井灌區(qū)特別是華北平原地區(qū)，自從將兩年三熟制改為一年兩熟制后，水分虧缺部分全靠超采地下水來彌補，地下水位連年下降，給北方灌溉農業(yè)造成嚴重威脅。

　　同時我國農業(yè)節(jié)水潛力巨大。我國渠灌面積約3900hm2，井灌面積1100多萬hm2，合計約5000萬hm2。渠水灌溉的利用率約為0.3，井水灌溉利用率約為0.5，兩者加權平均值為0.35左右，與發(fā)達國家0.7-0.9的利用率相比，差距巨大。有關部門測算，如將農業(yè)用水(按4000億m3計算)的利用率提高0.2，即達到0.55，則可節(jié)水800億m3。

　　山東海陽引進以色列技術，建成約33hm2(約500畝)果園自動化控制微噴工程，采用微機控制。根據土壤吸水能力、蘋果生產階段和氣候條件等因素，定時、定量、定位給果樹供水。據有關專家測算，糧田自動化噴灌可節(jié)水30%-40%；省地1.5%-2.0%；果園和菜園的微灌可節(jié)水50%-60%；防滲渠道與土渠相比可節(jié)水約50%。

　　有研究認為，北京市耕地面積與以色列耕地面積基本相同，但北京市水資源總量和農業(yè)用水量都約為以色列的2.4倍，如采用精準農業(yè)戰(zhàn)略，以管道灌溉、噴灌、滴灌和滲灌等方式取代大水漫灌，在產量上達到以色列現水平，可節(jié)水約2/3，即約18億m3。

　　2)實施精準施肥，提高化肥資源利用率

　　據聯(lián)合國糧農組織統(tǒng)計，化肥對糧食的貢獻率約占40%。我國能以占世界7%的耕地養(yǎng)活占世界22%的人口，應該說化肥在其中起了重要作用；但同時也發(fā)現，從1980-1995年的十幾年間，化肥施用總量增加了183.1%，年均遞增率達7.2%。1995年化肥總施用量約達3600萬t，而同期糧食總產只增加了46.6%，年均遞增率僅為2.7%。期間化肥投入所生產的糧食由31.5kg.kg-1下降至17.70kg.kg-1。我國化肥施用的突出問題是結構不合理，利用率低。據大量試驗資料統(tǒng)計，平均單產6500kg.hm-2的谷物，1季產量從土壤中帶走100.5-169.5kg，P2O549.5-75.0kg，K2O120.0-175.5kg，N，P，K

　　比例為1：0.45：1。我國許多省區(qū)都存在過量施用氮磷化肥，鉀肥施用不足的問題。1995年我國N，P，K實際施用比例為1：0.43：0.17。由于農田復種指數和作物產量的大幅度提高，有機肥施用量下降，化學鉀肥投入不足，我國土壤缺鉀面積日益擴大。

　　國外文獻報道，氮肥平均利用率可達50%-60%，當季利用率磷一般為10%-30%，鉀為20%-60%。據我國有關學者的研究，我國N，P，K平均利用率分別為35.0%，19.5%和47.5%，可見我國氮素化肥利用率低于世界平均水平，不僅浪費了資源、增加了農業(yè)生產成本，而且未被作物吸收利用的氮素向大氣揮發(fā)、向水體淋溶，形成對環(huán)境的污染。

　　近年來我國農田微量元素缺乏面積不斷擴大，而目前施用微量元素肥料的面積僅約1600萬hm2，為缺乏微量元素面積的11.3%。

　　在我國通過實施精準施肥技術，不但可以提高化肥資源利用率，還可以降低成本，提高作物產量。

　　3.2發(fā)展精細設施農業(yè)

　　所謂設施農業(yè)是指應用某些特制的設施來改變動植物生產發(fā)育的小氣候，達到人為控制其生產效果的農業(yè)生產形式。設施農業(yè)主要有：1)設施種植業(yè)，如溫室栽培、塑料大棚栽培、無土栽培；2)設施畜牧業(yè)，如畜禽舍、養(yǎng)殖場及草場建設等。利用現代信息技術、生物技術和工程裝備技術，進行設施農業(yè)生產，即為精細設施農業(yè)。

　　設施農業(yè)在國外發(fā)展較早，目前已達相當高的水平。在歐洲，多數國家以溫室生產為主，其中荷蘭和英國的溫室主要是玻璃溫室，用來生產蔬菜和花卉。荷蘭生產的蔬菜80%用于出口，花卉出口達世界出口量的71%(1987)。日本溫室栽培蔬菜和果樹的技術十分發(fā)達，幾乎所有品種的蔬菜在很大程度上都依賴于溫室生產。

　　我國設施農業(yè)起步較晚，但發(fā)展較快。目前世界塑料大棚和溫室面積約36.576萬hm2，其中我國面積**大，達15.67萬hm2，占42.8%。設施農業(yè)同普通農業(yè)相比，產業(yè)化程度高，效益好，接受新技術的能力強。

　　在我國設施農業(yè)發(fā)展較快的地區(qū)推廣、應用精準設施農業(yè)可以達到增加農產品產出、提高農產品品質，節(jié)約水、肥資源，保護農業(yè)生態(tài)環(huán)境的目的。

　　1)精準農業(yè)是在現代、生物技術、工程技術等一系列高新技術**新成就基礎上發(fā)展起來的一種重要的理代農業(yè)生產形式。其核心技術是地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、遙感技術和計算機自動控制技術。

　　2)在我國建立現代精準農業(yè)系統(tǒng)應從開始就將現代信息技術、農業(yè)生物技術、農業(yè)工程裝備技術等各方面的專家有機組合在一起，協(xié)同攻關，逐步建立起具有中國特色的現代精準農業(yè)技術體系。

　　3)我國農業(yè)仍屬于高耗、低效型農業(yè)，農田灌溉水的有效利用率只有30%-40%(發(fā)達國家已達50%-70%)，化肥當年利用率僅30%，因此，近期應重點發(fā)展節(jié)水、節(jié)肥的精準農業(yè)技術體系。

　　4)在我國設施農業(yè)發(fā)展較快的地區(qū)，研究、應用、推廣適合我國特點的精準設施農業(yè)技術，對增加農產品產量、提高農產品品質，節(jié)約水、肥資源，保護農業(yè)生態(tài)環(huán)境具有重要作用。

　　5)同農業(yè)發(fā)達國家相比，我國農業(yè)集約化總體水平較低，但可在一些重點糧棉生產基地，如黑龍江大型國營農場、新疆建設兵團農場等土地經營規(guī)模大、農業(yè)機械化程度高、農業(yè)生產基礎較好，且職工素質較高的地區(qū)或生產單位，進行現代精準農業(yè)的生產實踐。

 

發(fā)表于 @ 2008年06月29日 10:52:00 |點擊數（）

舊一篇:第六課、現代精準農業(yè)及我國精準農業(yè)的發(fā)展方向 | 新一篇:精準農業(yè)系統(tǒng)體系結構