1 精确农业的由来与技术基础

　　精确农业（Precision Agriculture）或精确农作（Precision Farming）首先由美国农学家于90年代初期提出来的。1992年4月在美国召开第一次精确农业学术研讨会，精确农业这一概念才逐渐被人们接受。在我国，这一概念先后被译成＂精细农业＂、＂精准农业＂等。精确农业的核心是指实时地获取地块中每个小区（每平方米到每百平方米）土壤、农业作物的信息，诊断作物长势和产量在空间上差异的原因，并按每一个小区做出决策，准确地在每一个小区上进行灌溉、施肥、喷洒农药，以求达到最大限度地提高水、肥和杀虫剂的利用效率，减少环境的污染的目的。

　　精确农业要实现三个方面的精确，即：定位的精确，精确地确定灌溉、施肥、杀虫的地点；定量的精确，精确地确定水、肥、杀虫剂的施用量；定时的精确，精确地确定农作物的时间。事实上，精确农业是农业工作者长期一贯的努力目标，即以最少的物质（水、肥、杀虫剂）与能量消耗，最大地生产高质量的粮食，而给环境造成最小的污染并给予土壤肥力以良性的循环，防止土壤退化。精确农业之所以能够在90年代提出来，与高新技术的发展密不可分。这方面的技术基础包括以下几个方面：

　　（1）遥感（ＲＳ）、遥测技术的发展。遥感是快速、大面积测试地物各种状态的现代化手段，其优势在于无接触地逐个单元对地物＂观察＂，无需采样统计与后处理。遥感人的眼睛的延伸。遥感比眼睛功能更强之处在于它能将地物对阳光的反射与自身的辐射光分解为各个波段分别成像，还能够对人的视觉范围以外的红外光或长波的电磁波摄影成像。将波段分解越细，越能够将看似颜色一样的地物如雪与石灰、水稻与小麦等区分开来，并可评估作物的长势和进行产量预测，对其自身的状态有所反映。进入90年代，遥感传感器的光谱分辨率达到10纳米级，可以将可见光―红外这一狭小的频带分为200个波段分别成像，几何分辨最高也达到了1米×1米的数量级，图象信噪比也有大幅度的提高。

　　（2）全球定位技术（ＧＰＳ）的发展。ＧＰＳ能实时准确地回答＂我在哪里＂这个简单的问题。它利用地球外空间有一定分布的224颗卫星，使地面上任何一点可以同时与其中4颗收星通讯，分别测量该点与卫星的距离，最后将该点的几何坐标推算了出来。这项技术在海湾战争后开始转向民用，并且已商业化，最高地面精度可达到厘米级。在精确农业中，现一般基于差分ＧＰＳ技术，精度为米级。ＧＰＳ接收机和发射机的尺寸将会变得像信用卡那样大小，任何运动的机械均可安装，任何人都可以携带。

　　（3）地理信息系统（ＧＩＳ）软硬件技术的发展。90年代，计算机数据处理速度、单位体积芯片数据贮存量以及对工作环境的需求都达到了前所未及的水平。软件技术在高性能的硬件支持下，有突破性的进展。特别值得注意的是模拟技术与地理信息系统技术发展非常快。现在一套作物模拟系统可以对指定作物以一小时为步长，从种子发芽、长叶直到抽穗结实模拟全过程；不但模拟在各种胁迫条件下物质积累的过程，而且以动画图象模拟其形态也可以达到逼真的程度。地理信息系统技术利用遥感、全球定位等技术获取的信息为信息源，以空间位置为框架，存贮地物各种属性数据，为农田管理、农作物群体生长模拟奠定了技术基础。

　　以上高新技术加上长期的作物栽培的定量化基础性研究使精确农业已不再是农学家的主观愿望，而成为实际的农田管理措施。

2 精确农业的关键技术

　　近几年来，美国、欧洲一些技术先进的农场在精确农业方面已经走出了小范围试验进入了中等规模的实施阶段。有的农场将遥测传感器装置、ＧＰＳ仪器、微型计算机以及化肥、杀虫剂等全都装在拖拉机上，在拖拉机田间行驶的同时，由传感器获取作物生长状态信息，ＧＰＳ给出精确定位，计算机软件系统将事先存贮在地理信息系统中与该地块的土壤、作物品种以及本生长阶段已完成的耕作措施等有头参数调出，运行快速诊断决策模型，给出灌溉、施肥、杀虫、除草配方，就地采取耕作措施。美国亚历桑那州部分农场采用地下渗灌的灌溉设施，化肥、除草剂、杀虫剂等随水施加于作物根部，这些设施受控于田间计算控制中心，而中心的信息来自于定期低空遥感与地面遥测。这种耕作管理模式同样也能达到精确农业的目的。在美国和德国的一些农场采取在联合收割机里设置传感器，实时自动分析并记录收割下来的谷物千粒重及化学组成，ＧＰＳ记录其具体位置，来年以此数据为参照，决定此地点施肥量的多少及种类。由此可以看到，在精确农业目标下，实现方法是多种多样的，并非一种模式。

　　精确农业有以下三个主要的技术关键：

　　（1）信息获取技术。即快速精确地获取作物生长状态以及环境胁迫的各种信息。这里的精确不但是指作物状态因子、环境胁迫因子数量化的精确，而且还包括作物所处位置的精确。需要指出，遥感的确是信息获取的重要手段，但并不是唯一的手段。设置在作物或土壤中的传感器定时测量也是获取信息的有效手段。在遥感中，需要解决选择适宜标识波段的问题，即选用最能反映作物生长状态并且信嗓比最佳的一个或多个波段，以求达到数据准、信息提取方便的目的。对于各种测试手段都要解决定标、数字化以及与计算机相接口的技术。

　　（2）构建作物生长和产量模型。这些模型根据作物自身状态信息以及农田小气候、土壤等环境信息给出作物长势诊断，即水、养分亏缺的数量和病虫害的程度。这些模型是农学家长期工作积累的结果，是精确农业技术关键的重中之重，关系到整个精确农业技术的成败。农学研究表明，水肥的投入与作物产量的关系是非线性关系，在作物不同的生长期又有不同的情况。在复杂环境因素作用下，选择正确合理的施肥，配方达到最少的投入与最佳的效益是一个复杂的问题。

　　（3）决策与实施。给出地块每一小区单元施肥灌溉配方后还要考虑更多的问题，如土壤、条件、天气变化趋势、化肥农药市场状况等因素，最后从整体角度以综合效益最大化为目标，做出决策图。这个决策图实施要通过ＧＰＳ导航、微机控制的农业机械，如铧犁机械设备、喷灌设备、农药洒喷设备、地下渗灌管道设施等等做出相应反应，即采用变率控制技术进行，因而在这一技术环节中，还应解决农业机械自动化的问题。

3 我国精确农业的发展道路

　　我国农业长期以来就有精耕细作的传统。在现代科学技术的浪潮下，我们应因地制宜地引进高新技术，走有中国特色的精确农业的发展道路。中国发展精确农业技术的背景条件与美国、加拿大等国不同。中国农田大部分处在丘陵地区，大片的平原有，不多，只集中在北方；南方农田分散在丘陵、山区或半山区，田块破碎，高低不平。梯田解决了山区或半山区灌溉与水土保持问题，但大型的多功能农业机械在这样的地区很难施展；由拖拉机牵引及灌溉、翻耕、施肥于一体的联合作业机械，对于破碎的梯田基本上不可运作。渗灌设施在我国北方旱区有应用前景，也有些地区在试验，但大规模推广受到资金的制约，目前条件尚不具备。此外，近年来我国农村实得包产到户和家庭联产责任制，田块分割破碎。在每户所属的耕地中，每户地块之间土壤性状差异减少了，而户与户之间的地块差异却增大了。因而我国的精确农业，农田信息的面积单元不必精确到每平方米，可以相对精确到农户责任田的面积（大约平均0. 1∽0 .5公顷）即可满足实际需要。另外，信息数据处理与采取农作物措施的实时程度也可降低，这样不仅降低了技术实施的难度，减少研究的时间，而且符合中国国情，便于在中国推广。

　　针对我国农业的特点与实际状况，我们认为我国的精确农业应当强调信息技术的应用，对快速获取的信息进行准确的作物生长和产量差异的诊断，给出科学合理的灌溉、施肥、杀虫方案。这项工作已有长期的科研基础，问题是与信息技术的结合，优选、调整、集成已有的模型，将模型与科学、可靠而又现实可行的信息采集技术结合起来。

　　为此，我们认为精确农业在我国的发展可采用以下两种模式：

　　（1）要充分利用地理信息系统技术，在空间定位数据框架下将每地块的土壤类型、质地、ＰＨ值、有机质含量、地下水平均水位等相对静态的数据事先输入系统数据库中，构建接收各种定位动态数据的接口，为定位定量施肥灌溉准备条件。在包产到户和农业高度集约化的农区，开展以ＧＩＳ为基础、操作单元为小地块的精确农业。事实上，一些地区，如北京、江苏部分县市已经建立起来了这样的以耕地管理为目标的地理信息系统，随后的工作只是充实其属性数据内容，建立农作决策模型，实施精确农业的目标。

　　（2）将信息技术与现有农业机械设施如自动控制的喷灌设施、化肥与农药的播洒机械结合起来，将定位定量灌溉、施肥、洒药落实到实处，成为一整套切实可行的精确农业生产技术，推动农业现代化进程，即在我国东北、新疆的大型农场或农田连片区发展＂3Ｓ＂技术一大型机械－模型诊断相结合的精确农业的道路。

结语

　　我国精确农业的研究已经启动，大量的农业科技工作者、信息工作者对此表现了浓厚的兴趣，越来越多的科技人员投入到这一领域的研究中来。需要看到：精确农业是农业工作者长期奋斗的目标，是各方面技术特别是信息技术发展的必然结果。精确农业不是另起炉灶的耕作方法，而是传统的耕作种植经验与现代信息技术的结合。在这一研究领域中，要特别尊重传统农学的研究成果，将这些研究成果就用到精确农业上来。

　　精确农业可以有多种实施模式，农作精确的程度也允许因地因时而有所不同。我国农业条件有自己的特点，不同于美国、欧洲一些经济发达国家，需要根据我国的国情研究有中国特色精确农业的道路，使研究成果能够推广，转化为生产力。