精准农业（当今世界农业发展的新潮流）

概述

精准农业是美国等经济发达国家在20世纪80年代末期继LISA(低投入可持续农业)后，为适应信息化社会发展要求对农业发展提出的一个新的课题。精准农业又称精细农业、精确农业、精准农作，是一种基于信息和知识管理的现代农业生产系统。精准农业采用3S(GPS、GIS和RS)等高新技术与现代农业技术相结合，对农资、农作实施精确定时、定位、定量控制的现代化农业生产技术，可最大限度地提高农业生产力，是实现优质、高产、低耗和环保的可持续发展农业的有效途径。

精准农业是通过3S技术和自动化技术的综合应用，按照田间每一块操作单元上的具体条件，更好地利用耕地资源潜力、科学合理利用物资投入，以提高农作物产量和品质、降低生产成本、减少农业活动带来的污染和改善环境质量为目的，相对于传统农业的最大特点是：以高新技术投入和科学管理换取对自然资源的最大节约和对农业产出的最大索取，主要体现在农业生产手段之精新，农业资源投入之精省，农业生产过程运作和管理之精准，农用土壤之精培，农业产出之优质、高效、低耗。

精准农业是由信息技术支持的根据空间变异，定位、定时、定量地实施一整套现代化农事操作技术与管理的系统，其基本涵义是根据作物生长的土壤性状，调节对作物的投入，即一方面查清田块内部的土壤性状与生产力空间变异，另一方面确定农作物的生产目标，进行定位的“系统诊断、优化配方、技术组装、科学管理”，调动土壤生产力，以最少的或最节省的投入达到同等收入或更高的收入，并改善环境，高效地利用各类农业资源，取得经济效益和环境效益。精准农业的核心是建立一个完善的果园地理信息系统(GIS)，是2l世纪农业的重要发展方向。

精准农业播种

系统组成

精准农业由十个系统组成，即全球定位系统、农田信息采集系统、农田遥感监测系统、农田地理信息系统、农业专家系统、智能化农机具系统、环境监测系统、系统集成、网络化管理系统和培训系统。

1、全球定位系统GPS。精准农业广泛采用了GPS系统用于信息获取和实时的准确定位。为了提高精度广泛采用了 DGPS（Differential Global Positioning System）技术，即所谓“差分校正全球卫星定位技术”。它的特点是定位精度高，根据不同的目的可自由选择不同精度的GPS系统。

2、地理信息系统GIS。精准农业离不开 GIS（Geographical Information System）的技术支持，它是构成农作物精准管理空间信息数据库的有力工具，田间信息通过GIS系统予以表达和处理，是精准农业实施的重要一步。

3、遥感系统 RS。遥感技术（Remote Sensing）是精准农业田间信息获取的关键技术，为精准农业提供农田小区内作物生长环境、生长状况和空间变异信息的技术要求。

4、作物生产管理专家决策系统。它的核心内容是用于提供作物生长过程模拟、投入产出分析与模拟的模型库；支持作物生产管理的数据资源的数据库；作物生产管理知识、经验的集合知识库；基于数据、模型、知识库的推理程序；人机交互界面程序等。

5、田间肥力、墒情、苗情、杂草及病虫害监测及信息采集处理技术设备。

6、带GPS系统的智能化农业机械装备技术。如带产量传感器及小区产量生成图的收获机械；自动控制精密播种、施肥、洒药机械等等。

其核心是建立一个完善的农田地理信息系统（GIS），可以说是信息技术与农业生产全面结合的一种新型农业。精准农业并不过分强调高产，而主要强调效益。它将农业带入数字和信息时代，是21世纪农业的重要发展方向。

传统农业的发展在很大程度上依赖于生物遗传育种技术，以及化肥、农药、矿物能源、机械动力等投入的大量增加而实现。由于化学物质的过量投入引起生态环境和农产品质量下降，高能耗的管理方式导致农业生产效益低下，资源日显短缺，在农产品国际市场竞争日趋激烈的时代，这种管理模式显然不能适应农业持续发展的需要。^[1]

GIS

地理信息系统（GIS，Geographical Information System）作为用于存储、分析、处理和表达地理空间信息的计算机软件平台，技术上已经成熟。它在“精准农业”技术体系中主要用于建立农田土地管理，土壤数据、自然条件、作物苗情、病虫草害发生发展趋势、作物产量的空间分布等的空间信息数据库和进行空间信息的地理统计处理、图形转换与表达等，为分析差异性和实施调控提供处方信息。它将纳入作物栽培管理辅助决策支持系统，与作物生产管理与长势预测模拟模型、投入产出分析模拟模型和智能化农业专家系统一起，并在决策者的参与下根据产量的空间差异性，分析原因、作出诊断、提出科学处方，落实到GIS支持下形成的田间作物管理处方图，指导科学的调控操作。

RS

遥感（RS，Remote Sensing）技术是未来精准农业生物技术体系中获得田间数据的重要来源。它可以提供大量的田间时空变化信息。近30多年来，RS技术在大面积作物产量预测，农情宏观预报等方面作出了重要贡献。遥感技术领域积累起来的农田和作物多光谱图像信息处理及成像技术、传感技术和作物生产管理需求密切相关。RS获得的时间序列图像，可显示出由于农田土壤和作物特性的空间反射光谱变异性，提供农田作物生长的时空变异性的信息，在一季节中不同时间采集的图像，可用于确定作物长势和条件的变化。由于采用卫星遥感比航空摄影的成本将低一半以上，卫星遥感技术可预期在近3～5年内，在“精准农业”技术体系中扮演重要角色。

GPS

“精准农业”中的定位信息采集与处方农作实施，需要采用全球卫星定位系统（GPS）。近几年来，GPS产业技术发展迅速，若干大公司迅速涉足农业领域，提供了用于农田测量、定位信息采集和与智能化农业机械配套的差分校正全球卫星定位技术（DGPS，Differential Global Positioning System）产品。系统可用于农田面积和周边测量、引导田间变量信息定位采集、作物产量小区定位计量、变量作业农业机械实施定位处方施肥、播种、喷药、灌溉和提供农业机械田间导航信息等。

DGPS作为农业空间信息管理的基础设施，一旦建立起来，即不但可服务于“精准农业”，也可用于农村规划、土地测量、资源管理、环境监测、作业调度中的定位服务，其农业应用技术开发的前景广阔。

精准农业设备

精准农业

软件

精准农业是以信息技术为支撑，根据空间变异，定位、定时、定量地实施一整套现代化农事操作技术与管理的系统，是信息技术与农业生产全面结合的一种新型农业。精准农业技术体系包括系统、基础、应用等不同层次的软件。

系统软件：一般为通用的Windows操作系统软件；

基础软件：可用于二次开发的GIS软件，如Mapinfo 、Arc/Info；应用程序编程软件，如VB、VC、基础数据库软件等；

应用软件：空间信息管理分析软件&frac34；农田GIS 精准农业基础数据库；软件与软件、软件与硬件的数据交换接口软件¾GPS与GIS接口软件，GPS、GIS与智能化农机接口软件，农田信息采集与GIS接口软件等；分析决策软件¾；农业专家系统，作物生长数值模拟，农田管理决策等软件。

发展前景

信息技术和人工智能技术的高速发展促使一种新颖农业生产管理思想的诞生，从而产生了对农作物实施定位管理、根据实际需要进行变量投入等农业生产的精准管理思想，进而提出了精准农业的概念。精准农业是一种基于空间信息管理和变异分析的现代农业管理策略和农业操作技术体系。它根据土壤肥力和作物生长状况的空间差异，调节对作物的投入，在对耕地和作物长势进行定量的实时诊断，充分了解大田生产力的空间变异的基础上，以平衡地力、提高产量为目标，实施定位、定量的精准田间管理，实现高效利用各类农业资源和改善环境这一可持续发展目标。显然，实施精准农业不但可以最大限度提高农业现实生产力，而且是实现优质、高产、低耗和环保的可持续发展农业的有效途径。

因而精准农业技术被认为是21世纪农业科技发展的前沿，是科技含量最高、集成综合性最强的现代农业生产管理技术之一。可以预言，它的应用实践和快速发展；将使人类充分挖掘农田最大的生产潜力、合理利用水肥资源、减少环境污染、大幅度提高农产品产量和品质成为可能。实施精准农业也是解决我国农业由传统农业向现代农业发展过程中所面临的确保农产品总量、调整农业产业结构、改善农产品品质和质量、资源严重不足且利用率低、环境污染等问题的有效方式，将在世纪之交成为我国农业科技革命的重要内容。一般而言，基于知识和先进技术的现代农田“精耕细作”技术体系至少包括以下方面：地理信息技术（GIS、RS、GPS）、生物技术、农业专家系统ES、决策支持系统（DSS）、工程装备技术、计算机及网络通讯技术等。

战略意义

从世界近代农业发展史可见，20世纪中期以前，发达国家要由第三世界国家进口粮食和农产品，然而到了20世纪后期，情况出现了逆转，发达国家却大量出口粮食和农产品到第三世界国家。其实发达国家的耕地面积并无明显增加，主要依靠科学技术，包括逐步发展起来的精准农业等技术投入，不断提高了农业劳动生产率和农资利用率，在大力挖掘潜力、降低成本的同时，减少了化肥、农药、石油对环境的污染，达到经济效益、社会效益、生态效益的同步增长、持续发展。

我国是世界上最主要的农业国家，用占世界7%的耕地解决了世界22%人口的温饱问题，取得了举世瞩目的成就。但是人口增长和土地资源减少的矛盾不可逆转，为了满足经济和人民生活水平日益提高的要求，必须保持农业的持续发展。解决问题的根本出路在于科学技术，形势迫使我们应该启动精准农业技术，寻找发展高效农业的途径。因此精准农业在减少投入、降低成本、减轻环境污染、农产品可控化、标准化和批量化、便于加工、出口等方面均有积极的作用和意义。

促进发展

我国示范基地新城镇270亩精准农业试验示范基地里，十几名农民正在农技人员的指导下划锄松土，达到增温保墒的作用；荆家镇伊家村农业综合开发项目施工现场大型挖掘机、履带机等机械穿梭往来，农民正在忙着平整生产路和打井……

近几年大力发展精准农业，真正让农民群众受了益：农产品持续提质增产，农业持续增效，农民持续增收，农业抗御自然灾害的能力显著增强。

倍尝精准农业的“甜头”，我国将进一步加快发展精准农业的步伐。今后，将建设精准农业信息中心，建立卫星定位基准站，组建卫星定位与导航、土壤信息采集与处理、作物信息采集与处理、耕地信息采集与管理、农田生态检测五大实验室；健全精准农业技术服务体系，抓好18处精准农业示范区建设，逐步实现精准供种、精准施肥、精准播种、精准灌溉、精准动态管理和精准收获，达到精准种植和精细化管理，以发展精准农业实现农业可持续发展。

示范区

通过精准农业试验示范区建设，加快农业现代化进程。荆家、新城等11处精准农业试验示范区已全部实现统一供种、深耕和测土配方施肥等，实现了传统农业向精准农业的转变。

同时，不断加快农业综合开发进程。全县已超过1/3的中低产农田通过综合开发实现了耕地方田化、灌溉节水化、种植规模化、品种优良化，旱涝保收，高产稳产。县农业综合开发办公室副主任高悦武说：“项目区比非项目区群众亩均增收150元以上。农业综合开发项目改善了我县农业的生产条件和生态环境，农业抗御干旱和洪涝等自然灾害的能力大大加强，农民科学种田的信心和能力也不断提高。”

管理

在新城镇逯家村村民王有荣参加了县农业局组织的培训班。培训班结束后，他说：“俺现在种植小麦遵守‘四统一’和‘三推迟、四减少’，过冬前俺浇了一遍越冬水。玉米秸秆还田增强了土壤保肥保水和抗旱能力，所以天旱俺也不怕。”

当日，华北集约农业生态系统实验站工作人员正在聚精会神地统计数据，准备开展下一轮实验。据了解，该实验站目前正在加快研究“不同氮素管理措施对冬小麦夏玉米轮作体系中作物产量与环境的影响”和“秸秆长期还田优化技术研究”等十几项课题，争取将最先进的种植技术尽快应用于我县农业生产。实验站站长胡正江说：“我们将继续引进新品种，推广新技术，搭建‘科研、教育、培训、引智、示范’五个平台，达到农业高产、资源高效、环境友好的目的。”

前景广阔

县农工委主任、县农业局局长韩启凤说，将不断提升粮食综合生产能力，加快标准粮田建设，推行标准化生产，推广测土配方施肥和宽幅精播技术，加大中低产田改造及农田水利改造，大力提高耕地质量，提升粮食综合生产能力，全面推动精准农业建设。

对环境的影响

农业环境问题主要包括水、空气和食品的质量，以及自然资源的消耗。传统的均量施肥意味着田间一些地方施肥过量而另一些地方施肥不足，超过植物所需的过量施用造成过多部分进入地下水或地表水。有人认为，在精准农业模式下，生产者一般少施肥料，那么养分流失就有可能减少。然而，肥料用量不可能减少很多，因为常规的恒量施肥经常在对肥料反应大的小区施肥不足。在这些地方，肥料用量会增加，但节约农药会比节约化肥更普遍，因为生产者常常只在需要局部处理的大田上施用农药。感应器及制图可以根据特定地点的需要更好地确定农药施用的类型、数量和位置。精准农业可以通过提高土地生产力，降低消耗以满足一时之需。用精准农业所提供的精准控制技术可以较好地改善环境热点中的化学品施用问题。