精準農業技術應用現狀與發展需求

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摘要：隨著導航定位技術的發展，新疆兵團精準農業技術近年來發展迅速。本文基于實地調研，從北斗農機自動駕駛系統、水肥一體化系統和農業信息化管理系統三個方面分析了新疆兵團精準農業技術應用現狀；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技術的發展需求；并對新疆兵團精準農業技術的應用發展提出了建議。

關鍵詞：精準農業，應用現狀，北斗導航，農業機械，自動駕駛系統

1引言

精準農業是以實現農業高產、優質、高效為目的的現代農業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代化農事操作與管理的系統。新疆精準農業始于20世紀末，初期發展緩慢，隨著北斗導航技術、移動通信網絡的發展，精準農業技術發展迅速。新疆以棉花為主要經濟作物，根據國家統計局2018年棉花產量的公告數據，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，據新疆農業農村部門統計，到2018年全新疆家庭承包耕地流轉面積已達745.8萬畝。合作社規模不斷增大，田塊不斷整合集中，對于成套精準農業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、精準田間監測、精準收獲等所涉及的精準農業技術，已有部分在新疆兵團規模化應用。本文基于北斗導航融合精準農業賦能新疆創新試驗區建設項目，通過對新疆兵團石河子市石總場大田種植數字農業建設試點、石河子市北泉鎮鴻興翔種植專業合作社等多家大型農業合作社進行了實地調研，對新疆兵團精準農業技術應用現狀及發展需求進行總結分析。

2新疆兵團精準農業技術應用現狀

精準農業技術已應用于新疆兵團農業的耕、種、管、收四大環節，根據農戶對各種精準農業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、水肥一體化系統、農業信息化管理系統三方面，對新疆兵團精準農業技術應用現狀進行分析。

2.1農機自動駕駛系統

如圖1，電機式農機自動駕駛系統主要由電機、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中出現的“播不直、接不上茬”的老大難問題，可以減少用工成本，延長作業時間，提高作業質量和土地利用率。2012年，新疆兵團農機推廣部門開展了衛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中。2013年，財政部、農業農村部在國家農機購置補貼目錄中，增加“農業用北斗終端（含漁船用）”的財政補貼，當年補貼額達到3.12萬元/臺套。2014年，國家發改委支持新疆兵團第八師開展區域精準農業示范，對首批800臺套的北斗農機自動駕駛導航系統雙重補貼，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，基本實現了全覆蓋。農機自動駕駛系統逐步從小面積試驗向大面積試驗示范邁進，且國產化品牌實現了從零到主導的突破。

2.2水肥一體化系統

水肥一體化系統是通過配置田間信息精準監測系統，全程監測農田墑情、氣象、設備工況等信息，為水肥決策和作業管理提供信息支撐。目前，使用者可通過PC或手機APP來發送指令，通過GPRS通訊模式實現閥門和自動施肥機的遠程控制，實現田間的無人作業功能，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地政府的大力扶持，隨著配套基礎設施技術的發展，逐步將滴灌節水技術向智能化、水肥一體化、遠程操作控制方向發展。水肥一體化系統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，兵團高新節水灌溉面積1129.07千公頃，是全國最大的節水農業灌溉區。

2.3農業信息化管理系統

農業信息化管理系統可提供綜合服務，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信息化管理系統，可實現農機運行軌跡的回放、作業面積的統計、農機健康情況的監管和預測。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，基于農業信息化管理平臺進行監管和下發作業任務。基于該類系統，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。農業信息化管理系統是隨各類采集終端發展而來，當前，眾多企業及政府分別建立了對應的農業信息化管理系統。

3新疆兵團精準農業技術發展需求

新疆兵團精準農業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、基準不統一等問題。當前農村實際情況是勞動力驟減，滿足農業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全產業鏈方向發展，來彌補勞動力減少的現況。2015年，農業農村部《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》，但新疆在節肥、節藥等技術的應用方面發展緩慢，且新疆是缺水地區，因此，水、肥、藥變量噴施技術的發展迫在眉睫。因棉花等作物的覆膜造成嚴重的環境污染，為了環境可持續發展，必須提高殘膜回收技術和發展可復用膜。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主要應用在精準播種環節，同樣也可應用在不同作物的耕地、施肥、施藥、收獲等環節。當前的農機自動駕駛系統還需由專業人員安裝、調試和教學，嚴重限制其推廣。因此，農機自動駕駛系統應該向安裝簡便、“傻瓜式”操作方向發展。（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、定量的噴施是節約資源、提高農作物產量的發展趨勢，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，實現按需精準灌溉施肥施藥，將是發展新方向。因此，應高度重視研究開發智能感知技術、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。現今，新疆已成為殘膜污染嚴重的地區之一。因此，應向新型可復用農膜和提高殘膜回收技術方向發展。

4新疆兵團精準農業技術應用發展建議

（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。開發智庫交互應用，實現通過便攜式移動智能終端，對精準農業發展中遇到的問題，隨時隨地發問求證，配合網絡知識庫，立體式為農戶提供解決方案。（2）加強精準農業技術指導與培訓邀請國內知名科技工作者現場為農戶科普培訓精準農業知識，組織農戶積極參與精準農業技術專題科普活動，激發農戶創新力，提高農人知識水平，培養更多的“新農民”。部分農戶雖已用上了北斗導航自動駕駛、衛星平地、深松監測等精準農業技術，但對于北斗導航、精準農業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）推動建立規范的精準農業技術評價指標體系部分企業及科研工作者所研究的精準農業技術，是否達標沒有標準的考核指標，需要建立成套農業技術指標考核認定，規范技術研究水平，從而建立規范的精準農業技術評價指標體系。（4）擴大北斗導航基準站的服務范圍農機自動駕駛系統基于導航增強信號才能實現高精度定位。當前，在蜂窩網絡覆蓋的區域，可通過蜂窩網絡傳輸農用導航增強信號，但覆蓋區遠遠不夠，主要是通過UHF電臺傳輸差分信號，導致嚴重的頻率干擾、坐標基準不統一等問題。因此，為了更好的發揮農機自動駕駛系統的效益，尤其是基于UHF電臺傳輸農用差分信號應由地方政府統一規劃使用。（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，還沒有達到農業生產各環節的應用，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域種植大量紅棗、庫爾勒香梨、阿克蘇蘋果、石榴、伽師瓜等優質品牌果蔬產品。但在果蔬種植方面的機械化、自動化、數字化、精準化水平較低，發展空間很大，應是急需加大發展的領域。

作者：孟丹 王應寬 單位：中國農業工程學會