试论精确农业及我国行动对策gdeq.docx

试论精确确农业及及我国行行动对策策提要精精确农业业是超前前性的农农业新技技术。由由于精确确农业充充分地利利用了作作物、土土壤和病病虫害的的空间和和时间变变化量来来进行耕耕作和田田间管理理，因而而，取得得的经济济和环境境边际效效益非常常显著。结结合我国国国情，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。关键词精确农农业 地地理信息息系统 现状 对策国际际农业的的发展经经历了原原始农业业（游耕耕、游牧牧等）、传传统农业业和现代代农业 3 个个主要发发展阶段段1。本世世纪以来来，石油油农业的的发展在在取得成成就的同同时，带带来了严严重的环环境问题题。对此此，人们们提出了了一系列列的替代代农业对对策，如如回归型型农业、生生态农业业、有机机农业、集集约农业业、立体体农业、持持续型农农业（持持续农业业、低投投入农业业、低熵熵农业）、生生态经济济农业、综综合农业业、精久久农业等等农业发发展模式式2。这些些设想的的主要目目的都是是为了充充分地利利用资源源，降低低不必要要的投入入，减少少环境污污染和取取得最大大的社会会经济效益益3、44。80 年年代后期期和 990 年年代初以以来，随随着全球球定位系系统（GGPS）、地地理信息息系统（GGIS）、连连续数据据采集传传感器（CCDS）、遥遥感（RRS）、变变率处理理设备（VVRT）和和决策支支持系统统（DSSS）等等技术的的发展5，精精确农业业 (PPreccisiion agrricuultuure) 在美美国、英英国、德德国、荷荷兰、意意大利等等西方发发达国家家勃然兴兴起668。1 国际际上精确确农业发发展的现现状和趋趋势1.1 精确农农业的定定义和现现状精确确农业 (Prreciisioonaggriccultturee，Prreciisioonfaarmiing，SSitee-sppeciificccroopmaanaggemeent 或 PPresscriiptiion farrminng) 是利用用重要的的作物参参数和知知识在适适当的尺尺度上优优化生产产系统管管理77，是是根据特特定地块块的作物物潜在生生产能力力控制不不同的投投入水平平（如肥肥料、杀杀虫剂、除除草剂等等）99。精精确农业业包含 3 个个实施阶阶段：确确定田间间管理事事件、制制定对策策和实施施对策6。精精确农业业的核心心是对变变化因素素进行精精确管理理，变化化因素包包括：空空间因素素、时间间因素和和预测因因素110。空空间因素素反映地地域变化化；时间间因素反反映年度度变化；预测因因素反映映预测与与实际值值之间的的差异。国外外精确农农业实践践表明：精确农农业不仅仅具有重重要的经经济效益益，而且且其获取取的详细细耕作信信息推演演出和有有助于解解决许多多未知问问题66。精精确农业业的根本本效益体体现在降降低作物物的生产产成本和和过量施施用农化化产品的的污染风风险99。如如以施肥肥为例，传传统的施施肥方式式是在一一片地块块内使用用一个平平均施肥肥量。但但实际上上土壤肥肥力在不不同的地地块（像像元大小小为 00.52hmm2）、不不同时段段（上一一茬残留留肥力和和消耗）差差别较大大，所以以平均施施肥就会会造成部部分地区区肥力不不足而部部分地区区肥力过过量。精精确农业业实现了了因土、因因作物、因因时全面面平衡施施肥，因因此，有有明显的的经济和和环境效效益。19994 年，明明尼苏达达大学在在明尼苏苏达州汉汉斯卡农农场实验验研究表表明：传传统农业业每公顷顷施肥为为 1119.88kg，而而精确农农业施肥肥平均为为 822kg。明明尼苏达达的扎卡卡比森甜甜菜农场场采用精精确变率率施肥技技术减少少了氮肥肥用量，肥肥料投入入每公顷顷平均减减少 115 52美元，收收益平均均每公顷顷增加 3588.322 美元元。又如如在产量量预测预预报方面面，精确确农业对对投入、产产出能按按不同地地块、不不同时间间进行详详细记录录，对预预测产量量和耕作作决策有有着极其其重要的的意义。在在英国夏夏托沃斯斯农场，联联合收割割机上装装的 GGPS 和产量量测定仪仪，每隔隔 1.2 秒秒，GPPS 测测量记录录一次。这这样，在在收割完完成的同同时，就就可以产产生当季季准确的的产量分分布图11。再如如在提高高水资源源利用率率方面，精精确农业业技术也也具有极极大的作作用。在在以色列列，用水水管理已已实现高高度的自自动化，全全国已全全部实施施节水灌灌溉技术术，其中中 255% 为为喷灌，775% 为微灌灌（滴灌灌和微喷喷灌）。所所有的灌灌溉都是是由计算算机控制制，实现现了因时时、因作作物、因因地用水水和用肥肥自动控控制。119899 年，以以色列水水分利用用率为每每立方米米产粮食食 2.32kkg，与与技术使使用前（119499 年）相相比，平平均提高高了 00.688kgm3；到 220000 年，计计划提高高到 44.311kgm312、113。但是是，精确确农业的的边际效效益 (marrginnal efffectt) 与与农场的的规模成成正比8。发发达国家家较小的的农场精精细耕作作程度较较高，精精确农业业产生效效益的可可能性就就小得多多；而大大农场，精精细耕作作程度较较低，很很大的一一块田（地地）采用用一样的的管理方方式，因因而，实实施精确确农业产产生边际际效益就就大。精确确农业的的应用已已涉及到到施肥、植植物保护护、播种种、耕作作、水分分管理等等相关领领域。精精准农业业已渐渐渐为各农农场经营营者了解解和熟悉悉。欧洲洲的一项项调查表表明：欧欧洲大约约 2/5 的的农场主主知道精精确农业业技术8。1.2 精确农农业的发发展趋势势从大大趋势看看，精确确农业将将向着完完全的时时间和空空间变量量管理和和决策支支持方向向发展。BBlacckmoore 在展望望欧洲精精确农业业发展时时，指出出了三种种技术应应用水平平与相应应的耕作作管理战战略114：无任何何信息技技术（IIT) 组成的的传统方方式；管理信信息系统统（MIIS）、咨咨询方式式（whhat ifmodel）和简简单机械械化；空间信信息技术术的充分分应用和和自动处处理：自自动数据据收集、集集成 MMISDSSS 技术术支持系系统。不不同的应应用水平平将包含含不同的的 ITT 组成成，产生生不同的的环境和和操作效效应及达达到不同同的经济济效果。支支持精确确农业的的专用硬硬件和设设施系统统将在不不远的将将来实现现，而相相应的决决策支持持软件将将会得到到不断的的、长期期的开发发和完善善144。随随着相应应技术的的进一步步发展，精精确农业业将很快快从试验验应用走走向推广广应用。可可以预计计，211 世纪纪的农业业可以说说是计算算机辅助助管理的的精确农农业时代代122。2 我国国的农业业现状和和存在的的问题2.1 我国的的农业现现状我国国农业正正由传统统农业向向现代农业业发展，但但从全局局来看，仍仍处于半半自给半半商品、半半经验半半科学、半半人畜半半机械的的状况，并并未完全全脱离传传统农业业的范围围1。农民民仅初步步温饱，生生活水平平较低。119955 年，全全国农业业人口人人均收入入仅为 7800 元，约约 80000万万农民尚尚处于贫贫困之中中1。在农农业资源源利用方方面，中中国农业业在精耕耕细作、多多层次利利用、生生态农业业等高效效利用农农业资源源方面独独树一帜帜122。各各地已总总结出许许多具有有区域特特色的耕耕作技术术和农业业模式，如如间、套套、连作作的多熟熟制、基基塘农业业、立体体山地农农业、有有机物还还田等等等。这些些技术对对提高我我国光能能、土地地、水、肥肥力等资资源的利利用率发发挥着重重要的作作用。农农业新技技术研究究与开发发也开始始起步。例例如，灌灌溉（如如喷灌、滴滴灌、微微灌、渗渗灌、膜膜上灌等等）、施施肥（如如配方施施肥、复复混肥技技术、多多元素平平衡施肥肥等）、植植保、水水土保持持（如坡坡地农业业）等方方面的先先进技术术和措施施已在研研究或部部分应用用之中。农农业资源源监测技技术也取取得了较较大的进进展，遥遥感与地地理信息息系统（GGIS）技技术成功功地应用用于作物物长势、种种植面积积、产量量、灾害害、水土土流失等等方面的的监测1517。国内内农业专专家系统统日益深深入，主主要包括括启发式式专家系系统、实实时专家家系统、专专家数据据库、模模型专家家系统、问问题专用用壳等五五类118。全全国人工工农情信信息网络络为农业业决策部部门提供供生产形形势和对对策分析析服务方方面，发发挥着日日益重要要的作用用166。全全国农业业科技信息息网络已开开始着手手建设19，所有有这些进进步和发发展都标标志着我我国农业业信息化化建设正正在迈出出重要的的一步。目前，我我国政府府正在推推行的“高高产、优优质、低低耗、高高效”的的资源节节约型农农业政策策122，社社会主义义市场经经济体制制的确定定，经济济增长方方式的迅迅速转变变为我国国精确农农业的发发展提供供了有力力的技术术支撑和和政策保保障。2.2 我国农农业面临临的挑战战（11）有限限农业资资源的高高效利用用我国人人口众多多，人均均资源少少。目前前，人均均耕地、草草地、林林地和水水资源分分别不到到世界平平均水平平的 113、113、118 和 1141。进进入下一一世纪中中叶，中中国人口口将增至至 155166亿112。人人地矛盾盾和人粮粮矛盾会会进一步步严峻。而而另一方方面，我我国的资资源利用用效益很很低。如如我国灌灌溉水有有效利用用率约为为 400%，粮粮食作物物用水产产出效益益（即单单位耗水水量的农农作物产产量）少少于 11kgm3xx，远低低于发达达国家水水平（约约为 550%70%）220、112。又又如我国国化肥的的当季利利用率，氮氮为 330%35%，磷为为 100%220%，钾钾为 335%50%，大大大低于美美国和日日本的氮氮素利用用率（可可达 660%70%），而而地域和和养分不不平衡又又进一步步减少了了肥效12、221、222。因因此，充充分有效效地利用用有限的的资源，发发展以节节地、节节水、节节肥、节节粮为目目标的农农业将是是当前与与未来中中国农业业必须关关注的重重点问题题。（22）农业业环境污污染的有有效控制制我国部部分地区区因施肥肥不当已已引起环环境污染染，出现现了地表表水富营营养化，地地下水和和蔬菜中中硝态氮氮含量超超标等问问题221。水水土流失失面积占占国土总总面积的的 15；沙沙漠化的的土地达达到 333300hm22，且以以每年 1200万hmm2 左左右速度度增加1。旱旱、涝、盐盐、碱、风风等灾害害又威胁胁着我国国 20000万万hm22 耕地地1。如何何在当前前与未来来能在不不加剧或或减少环环境污染染的前提提下谋求求发展是是我国农农业面临临的另一一重要问问题。当前前国际公公认的精精确农业业的好处处就在于于其完善善的管理理、资源源的高效效利用和和环境保保护效益益233。因因此，我我国很有有必要进进行精确确农业的的研究与与试验。3 我国国的精确确农业行行动对策策精确确农业是是具有超超前性的的农业高高技术，代代表了当当前国际际上农业业发展的的新趋势势，对我我国农业业的发展展将发挥挥日益重重要的推推动作用用。因此此，我们们应开展展精确农农业的研研究，加加强我国国农业信信息化的的建设，示示范和实实践适用用的精确确农业体体系。3.1 开展多多种集成成水平的的精确农农业研究究和实践践按技技术集成成水平和和机械化化程度，精精确农业业至少可可划为三三类：无无机械化化精确农农业、半半机械化化精确农农业和全全自动化化、信息息化的精精确农业业。无机机化精确确农业指指无任何何 VRRT 机机械设备备，对某某项或某某几项因因子的时时间、空空间变化化利用 GISS 进行行查询和和辅助决决策。这这是一种种最简单单而有效效的精确确农业，适适合我国国绝大部部分地区区应用和和发展，尤尤其是丘丘陵和山山区。半半机械化化精确农农业指部部分采用用 VRRT 机机械化设设备，用用于收割割、播种种、施肥肥或灌溉溉，部分分设备实实现了自自动控制制和监测测，其余余部分仍仍由 GGIS 进行查查询，然然后人工工实施。这这可能适适合我国国北方平平原已形形成了规规模化经经营、机机械化已已达一定定程度的的大农场场。全自自动化、信信息化的的精确农农业指全全部采用用 VRRT 机机械化设设备，GGIS 提供决决策基础础，DSSS 辅辅助决策策，GPPSDDGPSS 定位位，自动动控制耕耕作全过过程和建建立建全全田间管管理档案案。这在在我国实实现和应应用还会会有相当当大的难难度，但但作为研研究，仍仍可重点点选择和和支持一一个试验验点，以以便研究究高度集集成化的的精确农农业技术术系统。针对对各种不不同的精精确农业业实现水水平，我我们应建建立相应应的试验验示范农农场。这这样，我我们才能能在实践践中研究究精确农农业技术术、系统统集成方方法、信信息分析析和决策策方法、自自动控制制、效益益（经济济、环境境和社会会效益）等等，总结结出适合合我国发发展的精精确农业业体系，指指导我国国农业的的发展。3.2 农业信信息基础础设施的的建设精确确农业可可以说就就是农业业信息化化的典型型产物。农农业资源源信息和和农情信信息是精精确农业业的信息息基础，是是决定精精确农业业效益的的关键。因因此，必必须加强强农业信信息基础础设施建建设，建建立和制制定信息息共享和和数据更更新的机机制、技技术规范范、标准准和政策策法规，促促进我国国国产化化设备和和软件的的设计和和应用。农农业信息息基础设设施最基基本的是是要以各各级农业业部门为为依托，建建设中央央省市县县信息骨骨干网络络系统 224。即即全国以以国家农农业部信信息中心心为核心心，以各各省（市市）为枢枢纽，县县（市）为为网点，并并与其它它网络互互联，形形成全方方位的农农业资源源和经济济信息网网络系统统。3.3 精确农农业推广广系统的的建立农业业推广系系统实质质是人才才的培养养，包括括政府管管理决策策人员、研研究人员员、教学学人员、经经营企业业、农民民等的培培养和教教育225。精精确农业业推广系系统的目目标就是是要培养养一支多多层次的的队伍，使使精确农农业的研研究、管管理、应应用得以以实现。其其中，社社会咨询询意识的的培养尤尤其重要要266，它它关系着着精确农农业是否否能在我我国真正正得到应应用。农农业信息息化和精精确农业业要求劳劳动者具具有更高高的知识识和技术术水平27。3.4 多学科科联合研研究体系系的建立立精确确农业是是一多学学科技术系系统集成成的具体体化。它它需要多多学科、多多层次的的专业人人员的合合作。因因此，为为促进合合作和交交流，建建议：成立一一全国性性专业学学会；每年组组织 112 次专业业讨论会会；建立一一供管理理人员和和研究人人员参加加国际专专业学术术交流会会和展示示会的基基金；在英特特网上设设立一论论坛和精精确农业业图书馆馆，为多多学科研研究者提提供交流流和信息息共享的的现代机机制。4 GIIS 在在精确农农业中的的作用和和行动对对策GIIS 在在精确农农业中作作用较大大，是精精确农业业集成系系统的关关键技术术。GIIS 是是人们在在计算机硬硬、软件件环境里里，使大大量描述述客观事事物、关关系和过过程的各各种数据据，按照照它们的的地理坐坐标或袖袖章位置置，输入入编辑、存存贮更新新、量测测运算、查查询检索索、分析析处理、模模型应用用、动态态模拟、决决策支持持、模型型应用、显显示制图图和报表表输出，从从而帮助助人们实实现认识识、利用用和改造造客观世世界的某某种或某某些任务务目标的的一种信信息系统统288。4.1 GISS 在精精确农业业中的作作用GIIS 在在精确农农业中的的作用主主要体现现在提供供数据收收集、数数据分析析、决策策和变率率施用处处理等方方面55。在在美国的的一项咨咨询调查查结果表表明55：美美国精确确农业工工作者使使用 GGIS 软件人人数高达达 600%，基基础软件件普遍为为 ARRCIINFOO、GRRASSS 和 IDRRISII。（11）GIIS 的的管理功功能 GGIS 工具软软件为精精确农业业技术系系统提供供了人机机对话界界面、数数据获取取和记录录功能、编编辑功能能、查询询功能、远远程数据据调用（OODBCC）等输输入与输输出功能能299311。GGIS 的管理理功能已已不仅局局限于二二维数据据，而且且已扩展展到了三三维（如如数字高高程模型型及相关关地形分分析330），甚甚至四维维（如动动态监测测分析、预预测分析析、动态态模拟等等311）。GGIS 的业务务化也将将使其管管理功能能加强32。（22）GIIS 的的信息产产品 GGIS 目前已不不仅是指指其工具具，而且且也包括括大量的的空间信信息产品品333。农农业资源源信息和和农情信信息将是是精确农农业决策策的基础础。GIIS 与与 RSS 的集集成系统统将不断断地为精精确农业业提供及及时、准准确的数数据。（33）GIIS 的的决策功功能 GGIS 是一个个在问题题求解中中包含空空间信息息的决策策支持系系统334。在在精确农农业中，GGIS 将作为为空间决决策工具具，提供供决策模模型335、VVRT 和 GGPS 集成决决策系统统。4.2 GISS 行动动对策通用用 GIIS 软软件和产产品在精精确农业业中的应应用存在在着一定定的障碍碍。美国国 Usseryy 等的的问卷式式调查结结果显示示5，精确确农业 GISS 用户户要求通通用 GGIS 软件在在以下方方面进行行改善：更完善善的用户户界面；支持更更多的统统计和经经济函数数；支持更更多的经经验模型型；易学易易用；联接更更多、更更好的数数据库资资源；和 GGPS 的实时时连接；更快的的操作速速度。我国国的精确确农业将将有自己己的特点点：咨询询与决策策 GIIS 将将是关键键技术系系统。因因此，我我们应跟跟踪国际际上 GGIS 的集成成发展趋势势，加强强各种集集成系统统的研究究（GIIS 与与 RSS，GIIS 与与 GPPS，GGIS 与 CCDS，GGIS 与 DDSS 等330、335、336）；瞄准模模拟与建建模这个个基本点点，在原原有的一一些应用用方向上上继续向向深度和和广度发发展；提高高实用性性，促进进 GIIS 产产业五化化（技术术成果商商品化、系系统运行行业务化化、结构构配置网网络化、信信息服务务社会化和和科学知识识普及化化）228；方便各各级用户户学习和使使用，促促进 GGIS 软件的的国产化化377。5 结语语精确农业业是现代代农业发发展的必必然结果果，是超超前性的的农业新新技术，是是信息农农业的重重要组成成部分11。结合合我国国国情，研研究发展展适用的的精确农农业技术术体系、运运用体系系是必要要的。精精确农业业的研究究与发展展将有助助于我国国人口、资资源与环环境方面面重大问问题的解解决，有有助于农农业资源源的高效效利用和和农业环环境保护护。GIIS 作作为精确确农业的的核心技技术，也也应适应应精确农农业需要要，作技技术上的的改进与与深入。