精準農業

精準農業是美國等經濟發達國家在20世紀80年代末期繼LISA(低投入可持續農業)后，為適應信息化社會發展要求對農業發展提出的一個新的課題。精準農業又稱精細農業、精確農業、精準農作，是一種基於信息和知識管理的現代農業生產系統。精準農業採用3S(GPS、GIS和RS)等高新技術與現代農業技術相結合，對農資、農作實施精確定時、定位、定量控制的現代化農業生產技術，可最大限度地提高農業生產力，是實現優質、高產、低耗和環保的可持續發展農業的有效途徑。

精準農業是通過3S技術和自動化技術的綜合應用，按照田間每一塊操作單元上的具體條件，更好地利用耕地資源潛力、科學合理利用物資投入，以提高農作物產量和品質、降低生產成本、減少農業活動帶來的污染和改善環境質量為目的，相對於傳統農業的最大特點是：以高新技術投入和科學管理換取對自然資源的最大節約和對農業產出的最大索取，主要體現在農業生產手段之精新，農業資源投入之精省，農業生產過程運作和管理之精準，農用土壤之精培，農業產出之優質、高效、低耗。

精準農業是由信息技術支持的根據空間變異，定位、定時、定量地實施一整套現代化農事操作技術與管理的系統，其基本涵義是根據作物生長的土壤性狀，調節對作物的投入，即一方面查清田塊內部的土壤性狀與生產力空間變異，另一方面確定農作物的生產目標，進行定位的“系統診斷、優化配方、技術組裝、科學管理”，調動土壤生產力，以最少的或最節省的投入達到同等收入或更高的收入，並改善環境，高效地利用各類農業資源，取得經濟效益和環境效益。精準農業的核心是建立一個完善的果園地理信息系統(GIS)，是2l世紀農業的重要發展方向。

精準農業由十個系統組成，即全球定位系統、農田信息採集系統、農田遙感監測系統、農田地理信息系統、農業專家系統、智能化農機具系統、環境監測系統、系統集成、網路化管理系統和培訓系統。

1、全球定位系統GPS。精準農業廣泛採用了GPS系統用於信息獲取和實時的準確定位。為了提高精度廣泛採用了 DGPS（Differential Global Positioning System）技術，即所謂“差分校正全球衛星定位技術”。它的特點是定位精度高，根據不同的目的可自由選擇不同精度的GPS系統。

2、地理信息系統GIS。精準農業離不開 GIS（Geographical Information System）的技術支持，它是構成農作物精準管理空間信息資料庫的有力工具，田間信息通過GIS系統予以表達和處理，是精準農業實施的重要一步。

3、遙感系統 RS。遙感技術（Remote Sensing）是精準農業田間信息獲取的關鍵技術，為精準農業提供農田小區內作物生長環境、生長狀況和空間變異信息的技術要求。

4、作物生產管理專家決策系統。它的核心內容是用於提供作物生長過程模擬、投入產出分析與模擬的模型庫；支持作物生產管理的數據資源的資料庫；作物生產管理知識、經驗的集合知識庫；基於數據、模型、知識庫的推理程序；人機交互界面程序等。

5、田間肥力、墒情、苗情、雜草及病蟲害監測及信息採集處理技術設備。

6、帶GPS系統的智能化農業機械裝備技術。如帶產量感測器及小區產量生成圖的收穫機械；自動控制精密播種、施肥、灑葯機械等等。

其核心是建立一個完善的農田地理信息系統（GIS），可以說是信息技術與農業生產全面結合的一種新型農業。精準農業並不過分強調高產，而主要強調效益。它將農業帶入數字和信息時代，是21世紀農業的重要發展方向。

傳統農業的發展在很大程度上依賴於生物遺傳育種技術，以及化肥、農藥、礦物能源、機械動力等投入的大量增加而實現。由於化學物質的過量投入引起生態環境和農產品質量下降，高能耗的管理方式導致農業生產效益低下，資源日顯短缺，在農產品國際市場競爭日趨激烈的時代，這種管理模式顯然不能適應農業持續發展的需要。

地理信息系統（GIS，Geographical Information System）作為用於存儲、分析、處理和表達地理空間信息的計算機軟體平台，技術上已經成熟。它在“精準農業”技術體系中主要用於建立農田土地管理，土壤數據、自然條件、作物苗情、病蟲草害發生髮展趨勢、作物產量的空間分佈等的空間信息資料庫和進行空間信息的地理統計處理、圖形轉換與表達等，為分析差異性和實施調控提供處方信息。它將納入作物栽培管理輔助決策支持系統，與作物生產管理與長勢預測模擬模型、投入產出分析模擬模型和智能化農業專家系統一起，並在決策者的參與下根據產量的空間差異性，分析原因、作出診斷、提出科學處方，落實到GIS支持下形成的田間作物管理處方圖，指導科學的調控操作。

遙感（RS，Remote Sensing）技術是未來精準農業生物技術體系中獲得田間數據的重要來源。它可以提供大量的田間時空變化信息。近30多年來，RS技術在大面積作物產量預測，農情宏觀預報等方面作出了重要貢獻。遙感技術領域積累起來的農田和作物多光譜圖像信息處理及成像技術、感測技術和作物生產管理需求密切相關。RS獲得的時間序列圖像，可顯示出由於農田土壤和作物特性的空間反射光譜變異性，提供農田作物生長的時空變異性的信息，在一季節中不同時間採集的圖像，可用於確定作物長勢和條件的變化。由於採用衛星遙感比航空攝影的成本將低一半以上，衛星遙感技術可預期在近3～5年內，在“精準農業”技術體系中扮演重要角色。

“精準農業”中的定位信息採集與處方農作實施，需要採用全球衛星定位系統（GPS）。近幾年來，GPS產業技術發展迅速，若干大公司迅速涉足農業領域，提供了用於農田測量、定位信息採集和與智能化農業機械配套的差分校正全球衛星定位技術（DGPS，Differential Global Positioning System）產品。系統可用於農田面積和周邊測量、引導田間變數信息定位採集、作物產量小區定位計量、變數作業農業機械實施定位處方施肥、播種、噴葯、灌溉和提供農業機械田間導航信息等。

DGPS作為農業空間信息管理的基礎設施，一旦建立起來，即不但可服務於“精準農業”，也可用於農村規劃、土地測量、資源管理、環境監測、作業調度中的定位服務，其農業應用技術開發的前景廣闊。

精準農業設備

70年代中期微電子應用技術的迅速發展，使得工業化國家的農業機械進入到一個以迅速融合電子技術向機電一體化方向發展的新時期。農業機械的設計中，廣泛引入了微電子監控技術用於作業工況監測和控制。80年代後期開始，其監控系統又迅速趨向智能化，由單元控制發展到分散式控制，由單機作業系統向與管理決策系統集成的方向發展。迄今支持“精準農業”的若干主要農機裝備，除了帶產量圖自動生成的穀物收穫機以外，實施按處方圖進行農田投入調控的智能化農業機械，如安裝有DGPS定位系統及處方圖讀入裝置的，可自動選擇作物品種、可按處方圖調節播量和播深的穀物精密播種機；可自動選擇調控兩種化肥配比的自動定位施肥機和自控噴葯機；可分別控制噴水量的定位噴灌機均已有商品化產品，並在繼續完善。

精準農業是以信息技術為支撐，根據空間變異，定位、定時、定量地實施一整套現代化農事操作技術與管理的系統，是信息技術與農業生產全面結合的一種新型農業。精準農業技術體系包括系統、基礎、應用等不同層次的軟體。

系統軟體：一般為通用的Windows操作系統軟體；

基礎軟體：可用於二次開發的GIS軟體，如Mapinfo 、Arc/Info；應用程序編程軟體，如VB、VC、基礎資料庫軟體等；

應用軟體：空間信息管理分析軟體¾；農田GIS 精準農業基礎資料庫；軟體與軟體、軟體與硬體的數據交換介面軟體¾GPS與GIS介面軟體，GPS、GIS與智能化農機介面軟體，農田信息採集與GIS介面軟體等；分析決策軟體¾；農業專家系統，作物生長數值模擬，農田管理決策等軟體。

信息技術和人工智慧技術的高速發展促使一種新穎農業生產管理思想的誕生，從而產生了對農作物實施定位管理、根據實際需要進行變數投入等農業生產的精準管理思想，進而提出了精準農業的概念。精準農業是一種基於空間信息管理和變異分析的現代農業管理策略和農業操作技術體系。它根據土壤肥力和作物生長狀況的空間差異，調節對作物的投入，在對耕地和作物長勢進行定量的實時診斷，充分了解大田生產力的空間變異的基礎上，以平衡地力、提高產量為目標，實施定位、定量的精準田間管理，實現高效利用各類農業資源和改善環境這一可持續發展目標。顯然，實施精準農業不但可以最大限度提高農業現實生產力，而且是實現優質、高產、低耗和環保的可持續發展農業的有效途徑。

因而精準農業技術被認為是21世紀農業科技發展的前沿，是科技含量最高、集成綜合性最強的現代農業生產管理技術之一。可以預言，它的應用實踐和快速發展；將使人類充分挖掘農田最大的生產潛力、合理利用水肥資源、減少環境污染、大幅度提高農產品產量和品質成為可能。實施精準農業也是解決我國農業由傳統農業向現代農業發展過程中所面臨的確保農產品總量、調整農業產業結構、改善農產品品質和質量、資源嚴重不足且利用率低、環境污染等問題的有效方式，將在世紀之交成為我國農業科技革命的重要內容。一般而言，基於知識和先進技術的現代農田“精耕細作”技術體系至少包括以下方面：地理信息技術（GIS、RS、GPS）、生物技術、農業專家系統ES、決策支持系統（DSS）、工程裝備技術、計算機及網路通訊技術等。

從世界近代農業發展史可見，20世紀中期以前，發達國家要由第三世界國家進口糧食和農產品，然而到了20世紀後期，情況出現了逆轉，發達國家卻大量出口糧食和農產品到第三世界國家。其實發達國家的耕地面積並無明顯增加，主要依靠科學技術，包括逐步發展起來的精準農業等技術投入，不斷提高了農業勞動生產率和農資利用率，在大力挖掘潛力、降低成本的同時，減少了化肥、農藥、石油對環境的污染，達到經濟效益、社會效益、生態效益的同步增長、持續發展。

我國是世界上最主要的農業國家，用佔世界7%的耕地解決了世界22%人口的溫飽問題，取得了舉世矚目的成就。但是人口增長和土地資源減少的矛盾不可逆轉，為了滿足經濟和人民生活水平日益提高的要求，必須保持農業的持續發展。解決問題的根本出路在於科學技術，形勢迫使我們應該啟動精準農業技術，尋找發展高效農業的途徑。因此精準農業在減少投入、降低成本、減輕環境污染、農產品可控化、標準化和批量化、便於加工、出口等方面均有積極的作用和意義。

我國示範基地新城鎮270畝精準農業試驗示範基地里，十幾名農民正在農技人員的指導下划鋤鬆土，達到增溫保墒的作用；荊家鎮伊家村農業綜合開發項目施工現場大型挖掘機、履帶機等機械穿梭往來，農民正在忙著平整生產路和打井……

近幾年大力發展精準農業，真正讓農民群眾受了益：農產品持續提質增產，農業持續增效，農民持續增收，農業抗禦自然災害的能力顯著增強。

倍嘗精準農業的“甜頭”，我國將進一步加快發展精準農業的步伐。今後，將建設精準農業信息中心，建立衛星定位基準站，組建衛星定位與導航、土壤信息採集與處理、作物信息採集與處理、耕地信息採集與管理、農田生態檢測五大實驗室；健全精準農業技術服務體系，抓好18處精準農業示範區建設，逐步實現精準供種、精準施肥、精準播種、精準灌溉、精準動態管理和精準收穫，達到精準種植和精細化管理，以發展精準農業實現農業可持續發展。

示範區

通過精準農業試驗示範區建設，加快農業現代化進程。荊家、新城等11處精準農業試驗示範區已全部實現統一供種、深耕和測土配方施肥等，實現了傳統農業向精準農業的轉變。

同時，不斷加快農業綜合開發進程。全縣已超過1/3的中低產農田通過綜合開發實現了耕地方田化、灌溉節水化、種植規模化、品種優良化，旱澇保收，高產穩產。縣農業綜合開發辦公室副主任高悅武說：“項目區比非項目區群眾畝均增收150元以上。農業綜合開發項目改善了我縣農業的生產條件和生態環境，農業抗禦乾旱和洪澇等自然災害的能力大大加強，農民科學種田的信心和能力也不斷提高。”

管理

在新城鎮逯家村村民王有榮參加了縣農業局組織的培訓班。培訓班結束后，他說：“俺現在種植小麥遵守‘四統一’和‘三推遲、四減少’，過冬前俺澆了一遍越冬水。玉米秸稈還田增強了土壤保肥保水和抗旱能力，所以天旱俺也不怕。”

當日，華北集約農業生態系統實驗站工作人員正在聚精會神地統計數據，準備開展下一輪實驗。據了解，該實驗站目前正在加快研究“不同氮素管理措施對冬小麥夏玉米輪作體系中作物產量與環境的影響”和“秸稈長期還田優化技術研究”等十幾項課題，爭取將最先進的種植技術儘快應用於我縣農業生產。實驗站站長鬍正江說：“我們將繼續引進新品種，推廣新技術，搭建‘科研、教育、培訓、引智、示範’五個平台，達到農業高產、資源高效、環境友好的目的。”

前景廣闊

縣農工委主任、縣農業局局長韓啟鳳說，將不斷提升糧食綜合生產能力，加快標準糧田建設，推行標準化生產，推廣測土配方施肥和寬幅精播技術，加大中低產田改造及農田水利改造，大力提高耕地質量，提升糧食綜合生產能力，全面推動精準農業建設。

農業環境問題主要包括水、空氣和食品的質量，以及自然資源的消耗。傳統的均量施肥意味著田間一些地方施肥過量而另一些地方施肥不足，超過植物所需的過量施用造成過多部分進入地下水或地表水。有人認為，在精準農業模式下，生產者一般少施肥料，那麼養分流失就有可能減少。然而，肥料用量不可能減少很多，因為常規的恆量施肥經常在對肥料反應大的小區施肥不足。在這些地方，肥料用量會增加，但節約農藥會比節約化肥更普遍，因為生產者常常只在需要局部處理的大田上施用農藥。感應器及製圖可以根據特定地點的需要更好地確定農藥施用的類型、數量和位置。精準農業可以通過提高土地生產力，降低消耗以滿足一時之需。用精準農業所提供的精準控制技術可以較好地改善環境熱點中的化學品施用問題。