第9讲 “精细农作”发展前景与展望 中国农业大学精细农业研究中心 汪 懋 华 “精细农作”是基于信息和知识来优化作物生产过程的管理决策，它推动着由传统经验型定性化为主的粗放型农业向现代知识型精细化农业经营思想的革命。“精耕细作”本是传统农业的精华。几千年来，精明的农户在农业实践中，对其耕种的小块农田的作物生长环境和生长过程可以作到“了如指掌”，精细耕耘和管理，可以在有限的小规模土地上获得很高的产量和节约成本，有效利用农田资源潜力；现代农业的发展，经营规模日益扩大，机械化水平不断提高，物质投入成本显著增加，需要在大面积上获得更高的经营效益和提高农业生产系统的市场竟争力，主要靠科学技术的不断进步。它的发展是在电子信息技术快速进步的支持下，由八十年代初开始的农田土壤信息定位采集、定位处方施肥、定位施药和农业机械智能化监控技术的研究与应用开始实践的。九十年代初全球卫星定位系统的民用化及其产业化的快速发展，GPS、GIS 等空间信息技术产品性能价格比不断改善和应用技术的迅速普及，为使电子、信息、农学、装备、管理决策、系统集成等多种科学知识与技术成果，围绕实现作物生产系统可持续发展的目标组装起来，在发达国家已被认为是跨入新世纪作物生产管理的一场革命。有关学术刊物将其作为学术讨论和学术交流的热点; 农业电子仪器和机器设备制造商积极开发了实施“精细农作”的新技术产品推向市场，在世界各地举办农业技术产品展示会及传播其应用经验；农业技术设备销售商和咨询推广服务机构积极开拓着新的服务市场，向农户提供不同技术组装方式的“精细农作”服务；科学研究工作者利用这一知识创新和技术创新的机会，发展了新的农业高新技术应用研究领域；教育部门面对人才市场的需求，开设了新的有关“精细农业”课程和在大学开设了新的本科生专门化和硕士、博士研究生培养方向和职业培训课程；富有创新意识和良好教育的农户以很高的热忱开始了“精细农作”的实践，取得了可观的效益；每年在世界各地召开的精细农业国际会议吸引了数百名世界各地的科学家、企业家和销售商开展多学科研讨和新产品展示。“精细农业”技术思想已被广泛认同为是跨入新世纪极富应用发展前景的农业资源科学管理和利用技术的革命。 现代“精细农作”（Precision Farming ― PF）的实践，在一些主要发达国家也不过只有六、七年的历史。迄今其技术体系仍然不十分完善，尚处于其发展的幼年时期。根据1996年美国对玉米种植农场的调查分析，采用了不同程度现代精细农作实践的农场占9％。相当于玉米种植总面积的19％，比较普遍应用的相关技术包括进行农田土壤参数栅格型定位采样和绘制土壤参数空间分布图，应用联合收获机产量监视与产量分布图生成技术等。接受PF技术的多是比较年青的、受过较好教育、经营规模较大、利润较高的农场。在美国大多数接受PF技术的农场具有200 ha以上的土地经营规模。在欧洲，PF技术的应用已积累了许多在10 ha左右土地规模上的实践经验和试验研究数据。虽然作为一个新的技术体系在科技界、产业界都有了共同的认同，并开展了比较广泛的研究及产品产业化开发，但迄今还有许多技术装备手段尚待研究和完善，目前多数PF的实践，仍然是通过其部分技术环节的组装来实施，如：土壤信息定位采集、土壤肥力定位管理、定位使用农药、收获机械谷物流量监测与作物产量空间分布信息生成等。完整技术体系的实践尚处于早期发展阶段，其技术组装与集成的程度，取决于农户通过采用新的技术能否获得更好的经济效益和适应对环境保护的法律要求。一个值得重视的趋势，是农业生产资料销售商和农业推广服务部门对提供精细农作技术服务日益增长的兴趣，如化肥和农药供应商同时为农户提供土壤空间信息采集、测土配方和机械化定位施肥、农田作物病虫害诊断和选用农药、实施机械化精细定位施药的综合服务；农机服务商为规模较小的农场提供收获、计量和产量分布信息采集服务；农业咨询商为农户提供基于信息的农田资源利用与农作物诊断，提供处方决策咨询服务等。“精细农业”是基于信息技术的自然资源管理革命的开始，它将农业带上数字化与信息时代，但它是一个渐进的发展过程。这一新技术应用的发展可能经历三个阶段：即新技术思想的激励阶段、成熟思考的稳步发展阶段和普及推广应用阶段。目前在美国，特别在中西部地区正进入第二个发展阶段，在经历一段激动人心的技术发展热潮后，现在认识到，它不仅仅是向农业注入一套新技术，而是以新技术提供支持的农业信息技术革命，它将带动一种高水平、更精确的农作管理模式的发展。农业系统管理日益复杂化和面临的经营风险性增加，追求降低生产成本，提高竞争力的压力，需要不断改善信息技术的利用，更有效的信息处理技术和更科学的辅助决策支持。因而大力加强“精细农业”有关应用基础和应用技术的研究已成为科技界共同关心的讨论议题。在1998.7美国明尼苏达召开的第四次精细农业国际会议上，120位与会者作了有关研究成果的报告，87 位作了展版展示；27位特邀报告人在实用技术交流会上作了发言。4位主题报告人就精细农业的未来发展、商业机会、社会影响和信息管理作了综合报告。大多数研究论文涉及的研究成果仍是关于土壤、作物生长条件与产量分布的空间差异性，杂草和病虫害空间分布规律研究等。产量差异性信息获取与处理仍是共同关心的研究课题，如：作物产量与自然条件和施肥的相关关系，产量差异性予测，产量图的分析方法，产量与土壤和作物管理的相关关系，土壤采样密度设计和合理确定处方农作管理单元，应用遥感技术直接进行土壤参数和作物苗情的识别等。在美国，目前PF应用最广的是玉米、之后是小麦、大豆、甜菜、土豆等作物和对西红柿、棉花、花生、果树、葡萄产量传感器研究的试验实践。一些亚洲国家开始研究应用甘蔗、茶叶、水稻等产量信息采集技术。实时土壤参数传感与空间分布信息处理技术成为研究的热点，利用土壤电导率传感器进行机载实时测量土壤参数的研究已取得实用的商品化成果。更精确运用DGPS定位系统的技术研究和定位灌溉、定位精量播种和施液态粪肥技术应用等引起了关注。 迄今发达国家关于Precision Agriculture 的研究仍然是集中在基于3S技术的作物生产精细定位管理方面。这与发达国家自七十年代以来农田经营规模日益扩大，高速、高效宽幅机械化作业装备技术的广泛应用，农户信息意识的增强，提高商品化农业的竟争力需求密切相关，大面积种植与生长环境的空间差异性矛盾突出起来。但实施“精细农作”的根本是要落实到提高农业经营利润的目标上。因此，技术组装的模式并不是单纯强调高新技术的应用，而是实现高投入、高产出、低成本、高利润和保护环境的可持续发展目标。 走向新世纪，我国农业进入到了新的发展阶段，也面临着适应消费者对农产品品种、品质日益增长的要求和国内外市场竟争的严峻挑战。立足国情，推动高新技术的农业应用及其产业化研究，是推进新的农业科技革命的重要内容。对在我国开展”精细农业“的试验研究应该注意如下的思路： 通过”精细农作”的实践，大力传播基于信息和知识管理好复杂的农业系统的技术思想，推动逐步由经验型定性化为主的粗放型农业向知识型精细化农业经营转变，加快农业信息化。 基于我国大部分农村土地经营规模的扩大还需要有相当长的发展历史过程，在广大农区推广“精细农作”技术体系是一个长远的目标。当前，可先在国营农垦农场、农业高新技术试验示范区进行探索性实践。在一般农区，可以通过发展社会化服务，以不同程度的精细耕作技术组装模式，向农户提供新技术应用服务，并探索发展基于信息和知识的农业高新技术推广应用经验。 跨入新世纪，我国农业适应市场经济的发展，将面临农业产业结构的重大调整。种植业规模会通过土地经营权的流转，服务体系的完善，逐步提高其集约化的经营水平。设施园艺、规模养殖、加工产业将快速发展和更新传统技术。基于信息和知识的作物生产精细管理的“精细农作”技术思想应发展到建立“精细农业”技术体系，包括：“精细养殖” ?基于动物个体编号自动识别的计算机饲养管理信息系统，含：生长过程模拟预测,个体产量计量, 定量配料, 体重、健康、生理指标监测, 经济效益评估, 生长速率调控；“精细园艺” ?基于个体、小群植株或设施环境信息和知识的精细调控与管理技术；“精细加工” ?基于信息和知识的产品收获后工艺过程精细加工、储存、控制与过程管理，基于高新技术的产品规模化高效分选、分级、包装与自动化品质监测技术；“精细经营” ?基于管理信息和科学决策的系统精细经营管理科学技术等。 大力发展以信息和知识为基础的农业适用技术的组装集成，为当前的科技兴农提供先进科技支持。如：DGPS, GIS农业应用及其产业化技术开发研究；农田土壤参数与作物苗情空间分布信息采集先进传感技术与机载实时数据采集系统的创新性研究；联合收获机适用电子系统、产量传感器、产量监视器及产量图自动生成系统研究；按需定位精细化节水灌溉、平衡施肥、对靶施药技术与机械化装备开发研究，养殖、加工精细化技术体系中的动物个体电子自动识别技术与农业装备电子信息化技术产品开发研究；农业机械化管理中的信息化技术与管理决策支持系统研究；农业机械化知识传播多媒体应用新技术研究等。 服务于农业的信息高新技术研究与开发将为知识经济时代建立基于信息和知识的现代集约持续农业提供基础与技术支持，并将引发传统农业技术思想的革命。