精确农业在我国的推广应用分析，本文主要内容关键词为：在我国论文,精确论文,农业论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
文章编号：1003—7853（2001）01—0033—03 中图分类号：F303.2文献标识码：A
精确农业（Precision Agriculture, Precision Farming 或Farming in inch ）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，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、杀虫剂和除草剂等）。
1 精确农业的技术系统
精确农业主要利用遥感（RS）、全球定位系统（GPS）、 地理信息系统（GIS）、遥测系统（DCS ）和作物生产管理与决策支持系统（DSS）等空间信息技术和自动的农业操作技术。
RS对地观测的空间信息研究在技术上已达到较稳定的发展，已形成一个多层次、多角度、多方位、全天候的对地观测体系，在农业信息获取方面主要包括：农业资源调查、农业资源监测、生物量估产和气象农业灾害预报等。遥测技术获取气温、土壤温度和叶面指数等农业信息。通过对信息的分析和提取，使GIS数据库不断得以更新。
GPS在精确农业中的应用主要包括数据的定位采集， 获得田块的地形、地貌、土壤参数及作物产量分布数据图等并与GIS连接； 用于田间作业机具的准确定位，使耕翻、播种、施肥、田间取样和测产等作业定位定量，将决策结果精确实施；利用其定位功能，将RS图像处理结果与地面实况进行定点定位校正。
GIS是精确农业集成系统的关键技术。GIS具有数据库的基本功能，为精确农业技术系统提供了人机对话界面、数据获取和记录功能、编辑功能、查询功能和远程数据调用等功能；此外，GIS 的主要特征是空间分析功能和辅助决策功能，在RS、GPS及智能化分析系统的支持下， 通过建立的资源、环境信息系统与作物长势、肥水调控、节水灌溉和墒情等多项农业技术的适宜性关系模型库和气候年型分析预测模型进行连接，GIS可辅助进行各种决策。
按照GIS提供的农业资源信息和农情信息及土壤空间定位信息， 通过快速决策系统，实时确定投入的定位定量控制信息，由计算机和机械组合控制定位定量施用。
2 我国推广应用精确农业的必要性和可行性
2.1 必要性
2.1.1 精确农业可以有效解决我国资源利用中存在的问题
目前，我国人均耕地、草地、林地和水资源分别不到世界平均水平的1／3，1／3，1／8和1／4，农业发展形式严峻，同时我国资源利用又不尽合理，浪费严重。我国灌溉用水8850m[3]／hm[2]， 一些地区高达10500m[3]／hm[2]，而世界发达国家一般6000m[3]／hm[2]， 以色列每公顷只需5700m[3]，以色列全国已全部实施节水灌溉技术，25%为喷灌，75%为滴灌（滴灌和微喷灌），喷灌可以提高用水效率70%，滴灌的用水效率比喷灌又提高20%～25%。如果我国每公顷灌溉水降到以色列目前水平，可以使全国灌溉面积由现在的0.5亿hm[2]增加到0.76亿hm[2]〔1， 4〕。我国化肥的利用率也很低，氮为30%～35%，磷为10%～20%，钾为35%～50%，大大低于美国和日本的氮素利用率（可达60%～70%）。因此，充分有效的利用有限的资源，发展以节地、节水、节肥和节粮为目标的农业是未来中国农业必须关注的重点问题。
2.1.2 可缓解农业措施对环境的污染和破坏
我国水土流失面积已占农田总面积的15.6%，已有近33万km[2] 土地受沙化威胁；旱、涝、盐、碱、风等灾害又威胁着我国2000万hm[2] 的耕地；化学肥料和农药的大量施用已在很多地区引起环境污染，出现了地表水富营养化，我国稻田、玉米、小麦的氮损失率分别为50%、40%和30%，每年通过淋溶、挥发损失化肥氮量约900万t。为此，加强资源和环境保护，走可持续发展道路是我国农业面临的又一重要问题。
精确农业的好处就在于其完善的管理、资源的高效利用和环境保护效益。因此，我国有必要进行精确农业的实验与研究。
2.2 可行性
2.2.1 精确农业适合我国资源条件
精确农业与我国传统的精耕细作有很强的亲和力。我国许多重要资源的人均占有量低于世界平均水平。如何节约使用，提高资源利用率是一个战略性课题，精确农业的一个重要特点是使用资源时以现代科技为基础精打细作，其中的精确播种、精确施肥、精确灌溉等是科学化、标准化、定量化、机械化的精耕细作，烟台实施的精准农业就是精确农业在我国的初步发展。他们用精量机播代替传统人工撒播，每亩节约种子5～7kg，而且可以实现作物植株在田间的最佳分布，促使壮苗分蘖，形成结构合理的高产群体，使亩产增加60～70kg。烟台为提高肥料使用率，采用测土配方施肥技术，既能改变我国氮磷钾肥料结构不合理的状况，又降低化肥对环境的污染。烟台还采用种种精准灌溉技术，替代传统的大水漫灌，做到了节水、省地、省电、省工。这种新型的精耕细作在我国完全可以推广。
2.2.2 技术、设备上的可行性
我国的RS和GIS技术的研究水平与发达国家相比已日趋接近，GPS已从国外引进，3S技术的耦合在国内亦有初步发展。90年代，中国在应用气象卫生甚高分辨率（AVHHR）数据获得植被（NDVI）， 与此同时对土壤墒情与干旱指数的测算、雷达图像的水稻田分类、湿地水生植物的分类、红树林分类、赤潮监测、草场资源与载畜量监测以及地表植被辐射率和叶面指数测算等诸多领域都取得了长足的进展。“八五”期间完成了“重点产粮区主要农作物RS估产”，小麦估产精度高于95%，水稻、玉米的估产精度高于85%。
1997年底，全国农机总动力达到4.18kW，耕地机械化水平达到60.66%（耕地面积为1996年统计数）。同时，我国已研制、开发、推广了一批先进的化肥深施、精量半精量播种和行走式节水灌溉等作业机械。在信息化建设方面，1996年底广播、电视网的人口覆盖率已分别达到83.7%和86.1%。 随着广大农村光缆建设及全国农业科技信息网络的启动，将为精确农业的发展提供技术、设施上的可行性。
2.2.3 政策上的支持
我国政府正在推行“高产、优质、低耗、高效”的资源节约型农业政策，对改造传统农业的重视为精确农业的发展提供了有力的政策保证。
3 我国推广应用精确农业的区域分析
我国国土辽阔，各地农业资源差异很大。西北部占国土面积的52%，人口只占全国人口4%，人烟稀少，而东南部人口密度极大， 劳动力平均负担耕地仅1～2亩，西北属内陆区，干旱少雨，沙漠、戈壁、盐碱地面积大，土地生产力低，经济比较落后，东南部集中了全国耕地和林地的90%左右，土地生产力较高。即便在东南部区域内，各地的自然条件、社会经济基础也千差万别，这就决定了精确农业在我国各地不可能同步发展。
综合考虑各地的自然、经济、社会条件，本文分3个区域（如图1）分析精确农业在我国的推广应用。
3.1 东部区
东部区位于我国农业生产的精华地段，有华北平原、长江中下游平原等大型平原，大部分地区雨热同期，光热水配合较好，适宜于大多数作物的大规模种植和牧、渔业的集约化经营。而且东部区经济发达，农业现代化程度较高，人均农业投入大，从自然、经济、社会等因素综合考虑，东部区是我国发展精确农业最具优势的地区。
图1 我国推广应用精确农业的区域划分
根据区内的条件差异，本区精确农业的发展模式又可分为两种类型：一是选择在大块集中连片、农作物商品率高、生产潜力大的地区（如太行山山前平原），发挥本区的经济优势，建立国家级重点农业生产基地，在基地内加大农业投入力度，注重3S的综合应用，加速机械化改造，研究高度集成的精确农业，使这些地方成为我国精确农业的示范区，总结适合我国发展的精确农业体系。
东部区的大部分地区地块零散，不利于机械化生产，但人们的经济实力强，对信息的需求大，对这些地区，首先要深化实施精确农业的思想；完善预测、预报系统，推广快速检测土壤类型、地块肥力、害虫和杂草分布情况的传感器，做到播种、施肥、灌溉的精确化；同时加速地方信息基础设施建设，推广精确农业的应用。
3.2 中部区
中部区人地矛盾突出，是我国最重要的环境脆弱带。黄土高原是全国水土保持任务最为艰巨的区域之一；黄灌区次生盐渍化问题突出；云贵高原喀斯特地貌发育，给农业灌溉带来困难。本区经济也较为落后，农村人均社会总产值最低，1995年农机总动力和农村用电量分别仅占全国的19.15%和14.6%。
加强生态环境保护乃是本区农业生产过程中应突出注意的问题。精确农业可以从以下两方面着手：一是适时、精确的监测预报系统，不断提供农业资源动态变化的数据和图件，利用GIS 进行查询并对农业环境的发生发展趋势进行分析模拟、辅助决策，降低农业生产过程的盲目性：二是用精确代替粗放的农业经营方式，精确灌溉以及在植保、水土保持（如坡地农业）中应用精确农业技术对保护资源和生态环境将起到极大的作用。
3.3 西、北部区
西、北部区地广人稀，耕地面积占全国的19.4%，而农业人口人占全国的5.2%，具有巨大的农业发展潜力， 也是我国今后重点开发的地区。
本区采取的国营、地方、军队及企事业单位农场化开发的做法已取得一定成绩，机械化、电气化水平相对较高。黑龙江省共有国营农牧场104个，农业机械化程度达90%，并广泛的应用飞机作业； 新疆建设兵团是我国目前人口最多、规模最大的农工商一体化生产企业集团，现有耕地102.2万hm[2]，农业机械化水平达82%。这一地区尚有大片未开垦土地。
本区适合采用大型机械化设备，用于收割、播种、施肥、灌溉。大型农场最能发挥精确农业的优势，但受自然条件差及经济落后的限制，目前发展高度技术集成的精确农业尚不现实，可先采用部分设备自动控制和检测，其余部分由GIS查询， 并结合人工实施的半机械化精确农业。同时，应加大农业投入，加强信息基础设施建设。预计未来本区会成为我国精确农业发展收效最大的地区。