精準農業(yè)技術應用現(xiàn)狀與發(fā)展需求

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摘要：隨著導航定位技術的發(fā)展，新疆兵團精準農業(yè)技術近年來發(fā)展迅速。本文基于實地調研，從北斗農機自動駕駛系統(tǒng)、水肥一體化系統(tǒng)和農業(yè)信息化管理系統(tǒng)三個方面分析了新疆兵團精準農業(yè)技術應用現(xiàn)狀；基于當前農村勞動力缺乏和國家肥藥雙減政策，提出了新疆兵團精準農業(yè)技術的發(fā)展需求；并對新疆兵團精準農業(yè)技術的應用發(fā)展提出了建議。

關鍵詞：精準農業(yè)，應用現(xiàn)狀，北斗導航，農業(yè)機械，自動駕駛系統(tǒng)

1引言

精準農業(yè)是以實現(xiàn)農業(yè)高產、優(yōu)質、高效為目的的現(xiàn)代農業(yè)生產模式和技術體系，是以信息技術為支撐，根據空間變異，定點、定時、定量的實施一整套現(xiàn)代化農事操作與管理的系統(tǒng)。新疆精準農業(yè)始于20世紀末，初期發(fā)展緩慢，隨著北斗導航技術、移動通信網絡的發(fā)展，精準農業(yè)技術發(fā)展迅速。新疆以棉花為主要經濟作物，根據國家統(tǒng)計局2018年棉花產量的公告數(shù)據，新疆棉花總產量占全國總產量的83.84%，新疆生產的棉花約三分之一產自新疆生產建設兵團。近年來，新疆生產建設兵團正式開啟團場改革，兵團職工自主組建農工合作社，新疆兵團土地流轉活躍，據新疆農業(yè)農村部門統(tǒng)計，到2018年全新疆家庭承包耕地流轉面積已達745.8萬畝。合作社規(guī)模不斷增大，田塊不斷整合集中，對于成套精準農業(yè)技術應用模式在新疆的深入推廣打下了基礎。當前，精準選種、精準播種、精準施肥、精準噴藥、精準灌溉、精準田間監(jiān)測、精準收獲等所涉及的精準農業(yè)技術，已有部分在新疆兵團規(guī)模化應用。本文基于北斗導航融合精準農業(yè)賦能新疆創(chuàng)新試驗區(qū)建設項目，通過對新疆兵團石河子市石總場大田種植數(shù)字農業(yè)建設試點、石河子市北泉鎮(zhèn)鴻興翔種植專業(yè)合作社等多家大型農業(yè)合作社進行了實地調研，對新疆兵團精準農業(yè)技術應用現(xiàn)狀及發(fā)展需求進行總結分析。

2新疆兵團精準農業(yè)技術應用現(xiàn)狀

精準農業(yè)技術已應用于新疆兵團農業(yè)的耕、種、管、收四大環(huán)節(jié)，根據農戶對各種精準農業(yè)技術的接受度和該技術的推廣應用程度，本文主要從農機自動駕駛系統(tǒng)、水肥一體化系統(tǒng)、農業(yè)信息化管理系統(tǒng)三方面，對新疆兵團精準農業(yè)技術應用現(xiàn)狀進行分析。

2.1農機自動駕駛系統(tǒng)

如圖1，電機式農機自動駕駛系統(tǒng)主要由電機、角度傳感器、GNSS天線、高精度GNSS接收機、平板電腦、電臺及天線等部分組成。該技術可實現(xiàn)1000m播行水平誤差不超過3cm，播幅連接行誤差不超過3cm，能有效解決農機播種作業(yè)中出現(xiàn)的“播不直、接不上茬”的老大難問題，可以減少用工成本，延長作業(yè)時間，提高作業(yè)質量和土地利用率。2012年，新疆兵團農機推廣部門開展了衛(wèi)星導航自動駕駛技術試驗示范工作，將該技術產品應用在棉花播種作業(yè)中。2013年，財政部、農業(yè)農村部在國家農機購置補貼目錄中，增加“農業(yè)用北斗終端（含漁船用）”的財政補貼，當年補貼額達到3.12萬元/臺套。2014年，國家發(fā)改委支持新疆兵團第八師開展區(qū)域精準農業(yè)示范，對首批800臺套的北斗農機自動駕駛導航系統(tǒng)雙重補貼，包括國家購機補貼和1萬元的項目補貼。截至2019年4月，兵團農八師已安裝3000余臺套農機自動駕駛系統(tǒng)，基本實現(xiàn)了全覆蓋。農機自動駕駛系統(tǒng)逐步從小面積試驗向大面積試驗示范邁進，且國產化品牌實現(xiàn)了從零到主導的突破。

2.2水肥一體化系統(tǒng)

水肥一體化系統(tǒng)是通過配置田間信息精準監(jiān)測系統(tǒng)，全程監(jiān)測農田墑情、氣象、設備工況等信息，為水肥決策和作業(yè)管理提供信息支撐。目前，使用者可通過PC或手機APP來發(fā)送指令，通過GPRS通訊模式實現(xiàn)閥門和自動施肥機的遠程控制，實現(xiàn)田間的無人作業(yè)功能，全年無需下地手動開關閥門。該技術既能滿足作物生長過程中對灌水時間、灌水量、灌水位置和灌水成分的精確要求，又能按照田間的每個操作單元的具體條件，精細準確地調整農業(yè)用水管理措施，最大限度地提高水的利用率。水肥一體化系統(tǒng)局部設備示意圖如圖2。20世紀后期，新疆兵團開始引進噴灌、滴灌技術。2008年以來，膜下滴灌水肥一體化技術得到當?shù)卣拇罅Ψ龀?，隨著配套基礎設施技術的發(fā)展，逐步將滴灌節(jié)水技術向智能化、水肥一體化、遠程操作控制方向發(fā)展。水肥一體化系統(tǒng)已形成了對應的服務體系，可大面積應用于大田作物。新疆自行研發(fā)的系列自動反沖洗網式過濾機組及自動施肥機，單套控制面積100-166.67hm2。當前，兵團高新節(jié)水灌溉面積1129.07千公頃，是全國最大的節(jié)水農業(yè)灌溉區(qū)。

2.3農業(yè)信息化管理系統(tǒng)

農業(yè)信息化管理系統(tǒng)可提供綜合服務，如利用北斗導航定位終端、農機工況采集終端，通過蜂窩網絡將農機位置信息、工況信息傳輸至農業(yè)信息化管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)農機運行軌跡的回放、作業(yè)面積的統(tǒng)計、農機健康情況的監(jiān)管和預測。另外，還可通過各種傳感器采集的信息，形成水、肥、藥的變量噴施處方圖，基于農業(yè)信息化管理平臺進行監(jiān)管和下發(fā)作業(yè)任務?；谠擃愊到y(tǒng)，可提高管理、調度、維護效率。圖3為新疆兵團八師石總場信息化管理平臺界面。農業(yè)信息化管理系統(tǒng)是隨各類采集終端發(fā)展而來，當前，眾多企業(yè)及政府分別建立了對應的農業(yè)信息化管理系統(tǒng)。

3新疆兵團精準農業(yè)技術發(fā)展需求

新疆兵團精準農業(yè)在北斗農機自動駕駛方面已取得了矚目的成就，但仍然存在差分信號服務受限、基準不統(tǒng)一等問題。當前農村實際情況是勞動力驟減，滿足農業(yè)生產需求的勞動力嚴重不足，因此，北斗農機自動駕駛技術應向農業(yè)全產業(yè)鏈方向發(fā)展，來彌補勞動力減少的現(xiàn)況。2015年，農業(yè)農村部《到2020年農藥使用量零增長行動方案》和《到2020年化肥使用量零增長行動方案》，但新疆在節(jié)肥、節(jié)藥等技術的應用方面發(fā)展緩慢，且新疆是缺水地區(qū)，因此，水、肥、藥變量噴施技術的發(fā)展迫在眉睫。因棉花等作物的覆膜造成嚴重的環(huán)境污染，為了環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，必須提高殘膜回收技術和發(fā)展可復用膜。下面主要從三方面來分析新疆兵團對精準農業(yè)技術的需求。（1）簡約式農機自動駕駛技術農機自動駕駛系統(tǒng)主要應用在精準播種環(huán)節(jié)，同樣也可應用在不同作物的耕地、施肥、施藥、收獲等環(huán)節(jié)。當前的農機自動駕駛系統(tǒng)還需由專業(yè)人員安裝、調試和教學，嚴重限制其推廣。因此，農機自動駕駛系統(tǒng)應該向安裝簡便、“傻瓜式”操作方向發(fā)展。（2）水、肥、藥變量噴施技術中國是全球農藥、化肥用量第一大國，但噴施流程和利用率遠遠低于先進國家水平。基于農作物的實際需要，將水、肥、藥定時、定點、定量的噴施是節(jié)約資源、提高農作物產量的發(fā)展趨勢，但投入產出比是當前最大的限制。如底肥的施用，需基于土壤采樣、上季作物的產量分布圖等共同決定。通過信息技術手段，感知作物的實際需水、需藥、需肥量，采用變量投入技術，實現(xiàn)按需精準灌溉施肥施藥，將是發(fā)展新方向。因此，應高度重視研究開發(fā)智能感知技術、深度學習算法、變量投入技術、機器人等。（3）殘膜回收技術地膜使用量不斷增加，但回收率偏低，土壤中的殘膜量逐步增加，土壤結構遭到嚴重破壞、耕地質量逐步下降?，F(xiàn)今，新疆已成為殘膜污染嚴重的地區(qū)之一。因此，應向新型可復用農膜和提高殘膜回收技術方向發(fā)展。

4新疆兵團精準農業(yè)技術應用發(fā)展建議

（1）建立完善的專家智庫進一步加強與全國各地精準農業(yè)領域科技人才的交流合作，柔性引進人才，建立完善的專家智庫。開發(fā)智庫交互應用，實現(xiàn)通過便攜式移動智能終端，對精準農業(yè)發(fā)展中遇到的問題，隨時隨地發(fā)問求證，配合網絡知識庫，立體式為農戶提供解決方案。（2）加強精準農業(yè)技術指導與培訓邀請國內知名科技工作者現(xiàn)場為農戶科普培訓精準農業(yè)知識，組織農戶積極參與精準農業(yè)技術專題科普活動，激發(fā)農戶創(chuàng)新力，提高農人知識水平，培養(yǎng)更多的“新農民”。部分農戶雖已用上了北斗導航自動駕駛、衛(wèi)星平地、深松監(jiān)測等精準農業(yè)技術，但對于北斗導航、精準農業(yè)等名詞的含義并不甚清楚，他們表示希望通過交流學習進一步了解這些“新事物”的意義。（3）推動建立規(guī)范的精準農業(yè)技術評價指標體系部分企業(yè)及科研工作者所研究的精準農業(yè)技術，是否達標沒有標準的考核指標，需要建立成套農業(yè)技術指標考核認定，規(guī)范技術研究水平，從而建立規(guī)范的精準農業(yè)技術評價指標體系。（4）擴大北斗導航基準站的服務范圍農機自動駕駛系統(tǒng)基于導航增強信號才能實現(xiàn)高精度定位。當前，在蜂窩網絡覆蓋的區(qū)域，可通過蜂窩網絡傳輸農用導航增強信號，但覆蓋區(qū)遠遠不夠，主要是通過UHF電臺傳輸差分信號，導致嚴重的頻率干擾、坐標基準不統(tǒng)一等問題。因此，為了更好的發(fā)揮農機自動駕駛系統(tǒng)的效益，尤其是基于UHF電臺傳輸農用差分信號應由地方政府統(tǒng)一規(guī)劃使用。（5）完善北斗導航在棉花生產全程應用，積極推廣北斗導航應用到其它糧食作物與經濟作物目前北斗導航主要應用于基于北斗導航自動駕駛的精準播種，以及病蟲害和灌溉及施肥等方面，還沒有達到農業(yè)生產各環(huán)節(jié)的應用，且作物種類有限。新疆盛產水果和蔬菜，特別是天山以南的南疆廣大區(qū)域種植大量紅棗、庫爾勒香梨、阿克蘇蘋果、石榴、伽師瓜等優(yōu)質品牌果蔬產品。但在果蔬種植方面的機械化、自動化、數(shù)字化、精準化水平較低，發(fā)展空間很大，應是急需加大發(fā)展的領域。

作者：孟丹 王應寬 單位：中國農業(yè)工程學會