精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展需求
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摘要：隨著導(dǎo)航定位技術(shù)的發(fā)展，新疆兵團(tuán)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)近年來發(fā)展迅速。本文基于實(shí)地調(diào)研，從北斗農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、水肥一體化系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)信息化管理系統(tǒng)三個(gè)方面分析了新疆兵團(tuán)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀；基于當(dāng)前農(nóng)村勞動(dòng)力缺乏和國家肥藥雙減政策，提出了新疆兵團(tuán)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展需求；并對(duì)新疆兵團(tuán)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展提出了建議。
關(guān)鍵詞：精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，應(yīng)用現(xiàn)狀，北斗導(dǎo)航，農(nóng)業(yè)機(jī)械，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)
1引言
精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效為目的的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式和技術(shù)體系，是以信息技術(shù)為支撐，根據(jù)空間變異，定點(diǎn)、定時(shí)、定量的實(shí)施一整套現(xiàn)代化農(nóng)事操作與管理的系統(tǒng)。新疆精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)始于20世紀(jì)末，初期發(fā)展緩慢，隨著北斗導(dǎo)航技術(shù)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展迅速。新疆以棉花為主要經(jīng)濟(jì)作物，根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局2018年棉花產(chǎn)量的公告數(shù)據(jù)，新疆棉花總產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的83.84%，新疆生產(chǎn)的棉花約三分之一產(chǎn)自新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)。近年來，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)正式開啟團(tuán)場改革，兵團(tuán)職工自主組建農(nóng)工合作社，新疆兵團(tuán)土地流轉(zhuǎn)活躍，據(jù)新疆農(nóng)業(yè)農(nóng)村部門統(tǒng)計(jì)，到2018年全新疆家庭承包耕地流轉(zhuǎn)面積已達(dá)745.8萬畝。合作社規(guī)模不斷增大，田塊不斷整合集中，對(duì)于成套精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用模式在新疆的深入推廣打下了基礎(chǔ)。當(dāng)前，精準(zhǔn)選種、精準(zhǔn)播種、精準(zhǔn)施肥、精準(zhǔn)噴藥、精準(zhǔn)灌溉、精準(zhǔn)田間監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)收獲等所涉及的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)，已有部分在新疆兵團(tuán)規(guī)模化應(yīng)用。本文基于北斗導(dǎo)航融合精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)賦能新疆創(chuàng)新試驗(yàn)區(qū)建設(shè)項(xiàng)目，通過對(duì)新疆兵團(tuán)石河子市石總場大田種植數(shù)字農(nóng)業(yè)建設(shè)試點(diǎn)、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(nóng)業(yè)合作社進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研，對(duì)新疆兵團(tuán)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展需求進(jìn)行總結(jié)分析。
2新疆兵團(tuán)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀
精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)已應(yīng)用于新疆兵團(tuán)農(nóng)業(yè)的耕、種、管、收四大環(huán)節(jié)，根據(jù)農(nóng)戶對(duì)各種精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的接受度和該技術(shù)的推廣應(yīng)用程度，本文主要從農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、水肥一體化系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)信息化管理系統(tǒng)三方面，對(duì)新疆兵團(tuán)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析。
2.1農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)
如圖1，電機(jī)式農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)主要由電機(jī)、角度傳感器、GNSS天線、高精度GNSS接收機(jī)、平板電腦、電臺(tái)及天線等部分組成。該技術(shù)可實(shí)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(nóng)機(jī)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(shí)間，提高作業(yè)質(zhì)量和土地利用率。2012年，新疆兵團(tuán)農(nóng)機(jī)推廣部門開展了衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛技術(shù)試驗(yàn)示范工作，將該技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)用在棉花播種作業(yè)中。2013年，財(cái)政部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部在國家農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼目錄中，增加“農(nóng)業(yè)用北斗終端（含漁船用）”的財(cái)政補(bǔ)貼，當(dāng)年補(bǔ)貼額達(dá)到3.12萬元/臺(tái)套。2014年，國家發(fā)改委支持新疆兵團(tuán)第八師開展區(qū)域精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)示范，對(duì)首批800臺(tái)套的北斗農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛導(dǎo)航系統(tǒng)雙重補(bǔ)貼，包括國家購機(jī)補(bǔ)貼和1萬元的項(xiàng)目補(bǔ)貼。截至2019年4月，兵團(tuán)農(nóng)八師已安裝3000余臺(tái)套農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，基本實(shí)現(xiàn)了全覆蓋。農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)逐步從小面積試驗(yàn)向大面積試驗(yàn)示范邁進(jìn)，且國產(chǎn)化品牌實(shí)現(xiàn)了從零到主導(dǎo)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(zhǔn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，全程監(jiān)測(cè)農(nóng)田墑情、氣象、設(shè)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(jī)APP來發(fā)送指令，通過GPRS通訊模式實(shí)現(xiàn)閥門和自動(dòng)施肥機(jī)的遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)田間的無人作業(yè)功能，全年無需下地手動(dòng)開關(guān)閥門。該技術(shù)既能滿足作物生長過程中對(duì)灌水時(shí)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(gè)操作單元的具體條件，精細(xì)準(zhǔn)確地調(diào)整農(nóng)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(shè)備示意圖如圖2。20世紀(jì)后期，新疆兵團(tuán)開始引進(jìn)噴灌、滴灌技術(shù)。2008年以來，膜下滴灌水肥一體化技術(shù)得到當(dāng)?shù)卣拇罅Ψ龀郑S著配套基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)的發(fā)展，逐步將滴灌節(jié)水技術(shù)向智能化、水肥一體化、遠(yuǎn)程操作控制方向發(fā)展。水肥一體化系統(tǒng)已形成了對(duì)應(yīng)的服務(wù)體系，可大面積應(yīng)用于大田作物。新疆自行研發(fā)的系列自動(dòng)反沖洗網(wǎng)式過濾機(jī)組及自動(dòng)施肥機(jī)，單套控制面積100-166.67hm2。當(dāng)前，兵團(tuán)高新節(jié)水灌溉面積1129.07千公頃，是全國最大的節(jié)水農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)。
2.3農(nóng)業(yè)信息化管理系統(tǒng)
農(nóng)業(yè)信息化管理系統(tǒng)可提供綜合服務(wù)，如利用北斗導(dǎo)航定位終端、農(nóng)機(jī)工況采集終端，通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)將農(nóng)機(jī)位置信息、工況信息傳輸至農(nóng)業(yè)信息化管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)運(yùn)行軌跡的回放、作業(yè)面積的統(tǒng)計(jì)、農(nóng)機(jī)健康情況的監(jiān)管和預(yù)測(cè)。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(nóng)業(yè)信息化管理平臺(tái)進(jìn)行監(jiān)管和下發(fā)作業(yè)任務(wù)。基于該類系統(tǒng)，可提高管理、調(diào)度、維護(hù)效率。圖3為新疆兵團(tuán)八師石總場信息化管理平臺(tái)界面。農(nóng)業(yè)信息化管理系統(tǒng)是隨各類采集終端發(fā)展而來，當(dāng)前，眾多企業(yè)及政府分別建立了對(duì)應(yīng)的農(nóng)業(yè)信息化管理系統(tǒng)。
3新疆兵團(tuán)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展需求
新疆兵團(tuán)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在北斗農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛方面已取得了矚目的成就，但仍然存在差分信號(hào)服務(wù)受限、基準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題。當(dāng)前農(nóng)村實(shí)際情況是勞動(dòng)力驟減，滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求的勞動(dòng)力嚴(yán)重不足，因此，北斗農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛技術(shù)應(yīng)向農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈方向發(fā)展，來彌補(bǔ)勞動(dòng)力減少的現(xiàn)況。2015年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部《到2020年農(nóng)藥使用量零增長行動(dòng)方案》和《到2020年化肥使用量零增長行動(dòng)方案》，但新疆在節(jié)肥、節(jié)藥等技術(shù)的應(yīng)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(shù)的發(fā)展迫在眉睫。因棉花等作物的覆膜造成嚴(yán)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(shù)和發(fā)展可復(fù)用膜。下面主要從三方面來分析新疆兵團(tuán)對(duì)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的需求。（1）簡約式農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛技術(shù)農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)主要應(yīng)用在精準(zhǔn)播種環(huán)節(jié)，同樣也可應(yīng)用在不同作物的耕地、施肥、施藥、收獲等環(huán)節(jié)。當(dāng)前的農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)還需由專業(yè)人員安裝、調(diào)試和教學(xué)，嚴(yán)重限制其推廣。因此，農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)應(yīng)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(shù)中國是全球農(nóng)藥、化肥用量第一大國，但噴施流程和利用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于先進(jìn)國家水平?；谵r(nóng)作物的實(shí)際需要，將水、肥、藥定時(shí)、定點(diǎn)、定量的噴施是節(jié)約資源、提高農(nóng)作物產(chǎn)量的發(fā)展趨勢(shì)，但投入產(chǎn)出比是當(dāng)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(chǎn)量分布圖等共同決定。通過信息技術(shù)手段，感知作物的實(shí)際需水、需藥、需肥量，采用變量投入技術(shù)，實(shí)現(xiàn)按需精準(zhǔn)灌溉施肥施藥，將是發(fā)展新方向。因此，應(yīng)高度重視研究開發(fā)智能感知技術(shù)、深度學(xué)習(xí)算法、變量投入技術(shù)、機(jī)器人等。（3）殘膜回收技術(shù)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(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞、耕地質(zhì)量逐步下降。現(xiàn)今，新疆已成為殘膜污染嚴(yán)重的地區(qū)之一。因此，應(yīng)向新型可復(fù)用農(nóng)膜和提高殘膜回收技術(shù)方向發(fā)展。
4新疆兵團(tuán)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用發(fā)展建議
（1）建立完善的專家智庫進(jìn)一步加強(qiáng)與全國各地精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域科技人才的交流合作，柔性引進(jìn)人才，建立完善的專家智庫。開發(fā)智庫交互應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)通過便攜式移動(dòng)智能終端，對(duì)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展中遇到的問題，隨時(shí)隨地發(fā)問求證，配合網(wǎng)絡(luò)知識(shí)庫，立體式為農(nóng)戶提供解決方案。（2）加強(qiáng)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)指導(dǎo)與培訓(xùn)邀請(qǐng)國內(nèi)知名科技工作者現(xiàn)場為農(nóng)戶科普培訓(xùn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)知識(shí)，組織農(nóng)戶積極參與精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)專題科普活動(dòng)，激發(fā)農(nóng)戶創(chuàng)新力，提高農(nóng)人知識(shí)水平，培養(yǎng)更多的“新農(nóng)民”。部分農(nóng)戶雖已用上了北斗導(dǎo)航自動(dòng)駕駛、衛(wèi)星平地、深松監(jiān)測(cè)等精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)，但對(duì)于北斗導(dǎo)航、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等名詞的含義并不甚清楚，他們表示希望通過交流學(xué)習(xí)進(jìn)一步了解這些“新事物”的意義。（3）推動(dòng)建立規(guī)范的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系部分企業(yè)及科研工作者所研究的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)，是否達(dá)標(biāo)沒有標(biāo)準(zhǔn)的考核指標(biāo)，需要建立成套農(nóng)業(yè)技術(shù)指標(biāo)考核認(rèn)定，規(guī)范技術(shù)研究水平，從而建立規(guī)范的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。（4）擴(kuò)大北斗導(dǎo)航基準(zhǔn)站的服務(wù)范圍農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)基于導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)才能實(shí)現(xiàn)高精度定位。當(dāng)前，在蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域，可通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)傳輸農(nóng)用導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)，但覆蓋區(qū)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，主要是通過UHF電臺(tái)傳輸差分信號(hào)，導(dǎo)致嚴(yán)重的頻率干擾、坐標(biāo)基準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題。因此，為了更好的發(fā)揮農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的效益，尤其是基于UHF電臺(tái)傳輸農(nóng)用差分信號(hào)應(yīng)由地方政府統(tǒng)一規(guī)劃使用。（5）完善北斗導(dǎo)航在棉花生產(chǎn)全程應(yīng)用，積極推廣北斗導(dǎo)航應(yīng)用到其它糧食作物與經(jīng)濟(jì)作物目前北斗導(dǎo)航主要應(yīng)用于基于北斗導(dǎo)航自動(dòng)駕駛的精準(zhǔn)播種，以及病蟲害和灌溉及施肥等方面，還沒有達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的應(yīng)用，且作物種類有限。新疆盛產(chǎn)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(zhì)品牌果蔬產(chǎn)品。但在果蔬種植方面的機(jī)械化、自動(dòng)化、數(shù)字化、精準(zhǔn)化水平較低，發(fā)展空間很大，應(yīng)是急需加大發(fā)展的領(lǐng)域。
作者：孟丹 王應(yīng)寬 單位：中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)
