农业的数字革命
——精准农业

■本刊

近些年，人口不断增长，城市化水平逐渐提高，与此同时自然资源却日益减少，逐渐枯竭。在此情况下，人与自然和谐共处尤为重要。如何在有限的资源条件下实现农作物产量的增长与品质的提高是横亘在全世界农业面前的难题。精准农业以其高效、有针对性得到青睐，也被看作是未来农业提高产量与生产效率的关键。

多种技术支撑精准农业

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。精准农业是专门用于大田作物种植的综合集成的高科技农业应用系统，用于识别、分析和管理农田，具体包括灌溉施肥、温室栽培、高密度种植等等。

精准农业通过使用地理信息系统（GIS），全球定位系统（GPS），遥感（RS）以及地面设备等对农资、作物实施精确控制，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。

信息、通信技术以及地理信息学在内的许多技术发展促成了精准农业的发展。它的实施依赖于将这些技术集成到一个系统中，并且可以在农场运行。地理信息学主要是应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析，它涵盖很多学科，包括测绘、RS、GIS 和GPS。

GPS 是一种基于卫星的具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统。最初用于军事应用，但在20 世纪80 年代，政府将该系统用于民用。使用GPS 无需订阅费或设置费，任何拥有GPS 接收器的人都可以使用，它可以用于任何需要位置坐标的应用程序。GPS 的发展为空间数据打开了新的大门。精准农业中农民可通过GPS 获得现场定位，用于产量测绘和肥料/农药的施用。

RS 是非接触远距离的探测技术。一般指运用传感器/遥感器对物体电磁波的辐射、反射特性的探测。RS是通过遥感器这类对电磁波敏感的仪器，在远离目标和非接触目标物体条件下探测目标。RS 系统包括一个接收辐射的传感器和可以安装传感器的平台，例如飞机、火箭、卫星或者地面传感器支撑架等。

目前，许多飞机和航天器成像系统使用遥感传感器进行操作。航天器平台目前的一些图像系统有印度遥感卫星（IRS），法国国家地球观测卫星（SPOT），IKONOS，商业地球观测卫星等。GIS 是一种计算机数据存储和检索系统，可用于管理和分析与作物生产相关的空间数据，还可以集成所有类型的信息，是与其他决策支持工具的接口。

GIS 可以在地图中显示分析的信息，以便更好地了解产量、肥力、害虫、杂草和其他因素，并且基于这种空间关系作出正确决策。

现在可以使用具有不同功能和价格的GIS 软件，利于简单的程序来创建农场级的数据库。例如一种本地资源信息系统，它由几个模块组成并能够导入数据，通过不同的方法生成光栅文件（或位图图像），然后在数据库中存储、生成数字农业资源图，最后创建具有各种信息的地图等。GIS 创建肥力、杂草和害虫的密度图，对于化肥农药使用数量以及频率具有指导意义。

计算机和互联网是实现精准农业的最重要组成部分，因为它们是信息处理和收集的主要来源。高速计算机可以更快地处理在精确管理地块期间收集的数据，互联网则弥合了信息提供者和用户之间的差距。

空间决策支持系统（SDSS）旨在帮助种植者解决复杂的空间问题，并就灌溉计划、施肥、作物生长调节剂和其他化学品的使用做出决策。此外，为了有效支持复杂空间问题的决策，SDSS 需要空间数据输入、可以存储空间数据中常见的复杂结构、空间分析技术并以地图和其他形式输出。

产量图和土壤采样往往是实施精准农业的第一阶段。具有产量记录系统集成的车辆定位系统收割机在工作的同时生成产量图。Massey Ferguson 是第一家生产商业产量测绘收割机的公司。这种收割机装有微分GPS，可通过驾驶室顶部的GPS 接收器和发动机上方的天线进行识别。收割机的输出是一个数据文件，每隔1.2 秒记录所在经度和纬度上的位置，以及该点的产量，然后通过各种地理统计技术将该数据处理成产量图。

诊断和推荐集成系统（DRIS）对于作物营养来说是一套整体的处理方法，可以诊断土壤组成、环境参数以及耕作方法等等，从而隔离限制作物生产的因素。DRIS 方法最重要的优点是能够在作物发育的任何阶段进行诊断，并按照重要性对营养元素进行排序，以达到最大产量的目标。

精准农业或将成为农业发展的必然

采用精准农业系统主要考虑土地碎片化、技术复杂化、精准农业专用的软硬件、农户经济条件限制等问题，对于小型农场，应成立片区管理中心，通过该中心向下属的各个小型农场提供信息。小片农田定位成本过高可以通过“航位推算系统”来解决，航位推算系统适用于小型规则的土地，为农民提供可信的方法来决定其田地的空间管理。

作物和杂草的种类特性各地不同，因此应该以此开发软件以及配套硬件，并根据情况的不同，采用特定的耕作技术。

精准农业不仅适用于发达国家，也适用于发展中国家。美国是精准农业发展最早、最发达的国家，60%～70%的大农场（年收入＞25 万美元） 使用精准农业技术，主要集中在中西部，作物包括大豆、小麦和玉米等，还有部分经济作物。欧洲地区，英国、法国、德国等依次推广精准农业，现德国是该地区精准农业最发达的国家。法国是最大的农业国，已利用GPS 和GIS 测定生产率，施肥和喷洒都实现了自动化。拉美地区阿根廷是最先使用精准农业的国家，巴西最近也出台推广精准农业的政策。以色列恶劣的自然条件，迫使其发展出全球一流的精准农业技术（主要体现在灌溉和施肥方面）。

精准农业的服务市场正以20%的年均复合增长率快速发展，预计2020 年将超过50 亿美元。或许在不远的将来，精准农业将改变整个农业，让我们拭目以待！