精准农业的技术体系篇1

近7年，兵团精准农业技术体系经历了从核心技术的提出到试验、示范，从单项技术的开发到多项技术的集成创新，从小面积推广到大面积应用，最终形成了一个完整的体系。

兵团精准农业技术体系来源于3个方面。第一是继承和发展了兵团已经实施的种植业十大主体技术和棉花高密度高产栽培技术；第二是引进、吸收国内外的农业先进科学技术和装备；第三是兵团科技人员和干部职工自己创新的科学技术和装备。经过5年的试验、示范、培训、推广，到2004年，兵团总结形成了包含精准农业核心技术体系、精准农业技术指标体系、精准农业技术规程体系和精准农业技术装备体系的4个子系统构筑的比较完善的兵团精准农业技术体系，给新疆和兵团农业带来了巨大的经济、社会和生态效益。2004年，此项成果经农业部专家组鉴定，获得兵团科技进步一等奖。

精准农业技术体系的核心是精准农业六项技术，包括精准种子工程技术、精准播种技术、精准灌溉技术、精准施肥技术、精准收获技术、田间作物生长及环境动态监测技术。它以精准灌溉和精准施肥为核心，以精准监测为保证，以精准播种为接口，前接精准种子，后接精准收获，将六大精准农业技术组装成一个贯穿作物生产全过程的有机整体。

兵团精准农业技术体系由4个子系统构成，其中精准农业六项技术是体系的核心，提出干什么的问题；精准农业技术指标体系是考核精准农业六项技术是否“精准”的定量指标；精准农业技术规程体系用于规范精准农业六项技术实施过程中的技术操作，保证精准农业定量指标的实现；精准农业技术装备体系是支撑精准农业六项技术准确实施的关键装备。4个子系统相辅相成，互相促进，构成缺一不可的完整体系。

二、推广精准农业技术体系的主要经验和做法

l．开展农业“两高、一优、一低”丰产攻关活动，加大行政推动及技术服务力度。一是每年组织两次全兵团范围的农业新科学新技术推广应用现场会，现场观摩兵团精准农业技术的新进展和典型经验；二是每年于棉花生产的关键时期，组织有关专家赴基层开展3次技术咨询、指导服务活动、一次专项技术调研和一次高产田检查验收工作；三是组织石河子大学、塔里木大学、新疆农垦科学院的有关专家和技术人员到基层团场长期蹲点搞技术服务和培训。

2，产、学、研结合，积极鼓励创新，组织精准农业技术联合攻关。一是产、学、研相结合，积极发挥兵团两校一院和师农科所技术人才密集的优势，引导其与基层团场紧密合作，在精准农业六项技术的试验、示范到大面积推广的各个环节，展开联合技术攻关和技术创新活动，解决了一个又一个技术难题，形成了一批技术成果和具有自我知识产权的产品；二是注重及时总结提高基层职工和技术人员的创新实践。

3．积极引进国外先进技术和设备，并逐步消化、吸收，实现国产化。积极引进国外先进技术和先进装备，丰富了精准农业技术的内容，拓宽了思路。如为实现机械采棉，引进了美国迪尔公司和凯斯公司的采棉机240台，并积极与贵州航空工业集团公司合作，在石河子建厂进行采棉机国产化攻关。为了提高精准种子加工水平，积极引进美国、丹麦等国外先进的种子精选加工设备，对兵团17条种子加工生产线进行改造，使棉花种子田间发芽率达到92％以上，为精准播种技术的大面积推广打好了基础。

4．大力开展宣传和培训工作，使精准农业技术深入人心。一是兵团于每年年底召开一次精准农业技术研讨会，每年编印一本《兵团精准农业技术研讨会论文集》，及时总结当年兵团精准农业技术推广的经验；二是近几年陆续编印了《精准农业技术系列丛书》《精准农业技术职工读本》《兵团主要农作物精准栽培技术规程》等书籍，作为职工培训的教材，增强了培训的效果；三是充分利用电视、报纸、期刊等媒体大力宣传兵团精准农业技术，向全国宣传兵团精准农业技术的创新成果；四是利用冬春农闲季节，大力开展“科技之冬”“科技之春”活动，通过多层次、多方位的技术培训，使广大干部职工和技术人员掌握精准农业技术，运用精准农业技术，并不断提高技术到位率。

5．注重技术成果的转化，带动一批支农产业迅速发展。近年来，通过科研院校、生产单位与相关企业的合作，与精准农业相关联的一批支农产业孕育而生，并逐步发展壮大。如精准灌溉技术带动了兵团节水器材和滴灌自动化设备产业的发展，并形成了“新疆天业”等一批支农龙头企业；精准播种技术带动了精准播种机具的生产，生产出气吸式精准取种和鸭嘴式下种相结合的具有自主产权的棉花精量播种机械，壮大了一批机械制造企业；精准灌溉、精准施肥技术的推广带动了复合肥、滴灌专用肥产业的发展，催生了一批复合肥、专用肥生产企业，生产出一系列质量可靠、具有自主知识严权的滴灌专用肥品种，提高了农业社会化服务水平，推进了农业产业化的进程。

6．加大科技投入力度，加快精准农业技术研究和推广速度。自1999年以来，兵团投入大量资金用于精准农业的研究试验、示范和推广工作。机采棉推广之初，对试点单位给予资金补贴；在棉花膜下滴灌推广之初，出台了每亩地补贴100元的奖励政策；对院校及精准农业技术相关研发单位给予资金支持，加快技术创新速度。

三、兵团精准农业技术的应用对推进兵团农业现代化的作用

兵团精准农业技术体系的形成和大面积推广应用，提高了兵团农业科技装备水平和农业科技含量，提高了农业机械化、信息化、自动化水平，职均经营规模扩大，完成了从“经验农业”向精准农业的转变。同时，精准农业是应用现代化高新技术的综合系统工程，带动了相关支农产业的发展，促进了农业产业化水平的提高，推进了兵团农业现代化进程。

1．从种植业十大主体技术到精准农业六项技术的推广，表现出从定性技术到定位、定量、定时技术质变的特点，使兵团种植业技术跃上了新的平台，进一步提高了兵团农业的工业化水平。

2．密切结合国情和兵团农业发展实际，形成了具有中国特色、走出科学试验区和示范园区、能够大面积推广的精准农业技术体系，改造提升了集成型的精准农业技术装备。

3．精准农业技术与高密度栽培模式结合，形成了具有核心技术支撑、关键技术配套、技术含量高、可控性强、能在不同条件下满足作物生长发育水肥需求及调控作物生长，获取优质、高产、高效的标准化农业生产模式。

4．精准农业技术体系体现了可操作性、渐进性、系统性、开放性的实施特点，可不断吸纳和开发新技术、新装备，不断丰富内涵，不断完善提高。在实践中不断发展。

精准农业的技术体系篇2

1 精准农业的内涵和技术组成

1.1 精准农业的内涵

所谓精准农业，是指按照田间每一操作单元的环境条件和作物产量的时空差异性，精细准确地调整各种农艺措施，最大限度地优化水、肥、种子、农药等的量、质和时机，以期获得最高产量和最大经济效益，同时保护农业生态环境，保护土地等农业自然资源。实现三个精确：一是定位的精确，精确确定灌溉、施肥、杀虫等的地点；二是定量的精确，精确地确定水、肥、药、种子等的使用量；三是定时精确，精确确定各种农艺措施实施的时间，从而精确地进行施肥、播种、灌溉、杀虫、除草、收获等。

1.2 精准农业的技术组成

精准农业技术由10个子系统组成，即全球定位系统（GPS）、农田信息采集系统、农田遥感监测系统（RS）、农田地理信息系统（GIS）、农业专家系统、智能化农机具系统、环境监测系统、系统集成、网络化管理系统和培训系统。其核心是“3S”（GPS，GIS，RS）技术。

农田遥感监测系统(简称RS)指的是从不同高度的平台上使用不同的传感器，收集地球表层各类地物的电磁波信息，并对这些信息进行分析处理，提取各类地物特征，以探求和识别各类地物的综合技术。卫星遥感具有覆盖面大、周期性强、波谱范围广、空间分辨率高等优点，是精准农业农田信息采集的主要数据源。

地理信息系统(简称GIS) 是精准农业的技术核心，应用该系统可以将土地边界、土壤类型、地形地貌、灌水系统、历年的土壤测试结果、化肥和农药等使用情况以及历年产量结果做成各自的地理信息系统图管理起来。通过历年产量图的分析，可以看出田间产量变异情况，找出低产区域，然后通过产量图与其他因素图层的比较分析，找出影响产量的主要限制因素，在此基础上制定出该地块的优化管理信息系统，用于指导当年的播种、施肥、除草、防治病虫害、中耕、灌水等管理措施。

全球定位系统(简称GPS)是精准农业的关键技术之一，是确定作业者或机器的瞬间位置，并将此信息转变成计算机可接受的格式。GPS在精准农业中的主要作用有：（1）精确定位水、肥、土等作物生长环境的空间分布。（2）精确定位作物长势和病、虫、草害的空间分布。（3）精确绘制作物产量分布图。（4）自动导航田间作业机械，实现变量施肥、灌溉、喷药等作业。

2 我国农业发展的制约因素

2.1土地资源约束

2.1.1人均土地资源少：国土面积960万hm2，实际耕地面积约18亿亩，有林地面积19亿亩，草地面积约60亿亩。人均又是一个资源小国。中国人均占有耕地1.39亩，仅为世界平均数的1／4；人均草地4.6亩，为世界平均数的1／2；人均有林地1.46亩，仅为世界平均数的1／6。

2.1.2 农业过度分散经营：已严重妨碍中国农业的现代化之路。城乡和区域的经济社会发展不平衡，农业稳定和农民增收难度加大，其主要因素就是农业组织化程度不高，分散的生产经营和势单力薄的农业经济难以在市场经济条件下与大规模的工业和商业进行平等竞争,带来农业整体效益低、风险大，发展不稳定。

2.1.3复种指数高：复种指数高是对土地的不科学利用，连续在同一块地上种植同一种作物，土壤里的病菌、病毒会越来越多，而且害虫的生育发展得到了很好的延续，害虫就会越来越多，抗药性也会越来越强，进而使用越来越多的农药。

2.2水资源短缺：我国陆面平均年降水总量约6.19亿m3,实际利用率不到10%。水资源短缺是我国许多地区农业生产的主要制约因素。当前我国农业灌溉用水面临的主要问题是灌溉农区面积约5000 hm2，多属粗放型灌溉模式，水分亏缺部分全靠超采地下水来弥补，地下水位连年下降。

2.3化肥、农药投入量过大：农业生产过程中化肥、农药、农膜等的大量使用已经造成了严重的大气、土壤和水污染。具体表现在：温室气体不断增多；重金属、硝态氮在土壤中累积；土壤板结肥力下降；地表水出现富营养化，地下水则受到硝酸盐、亚硝酸盐污染。

2.4我国农业机械化水平低：精准播种、精准灌溉、精准施肥、精准收获的实施都要依靠农业技术装备。目前精准农业的发展不能满足实践的要求,开发的装备应适合中国地形复杂、土地变化性较大的特点，以及不规则的小地块操作。

3 我国精准农业的发展方向

3.1 选择符合中国国情的精准农业发展模式

我国是一个发展中国家，幅员辽阔，气候条件复杂，不同地区的经济发展水平差异较大，农业资金缺乏。可采用以下两种模式：一是要利用GIS 技术，在空间定位数据框架下将每个地块的土壤类型、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，以GIS为基础、操作单位为小地块的精准农业。二是将信息技术与现有农业机械设施结合起来，将定位、定量灌溉、施肥、撒药落实到实处，使之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。

3.2 研究与开发精准农业管理决策支持系统

精准农业管理决策支持系统集GIS、数据库、模型库、知识库、多媒体技术和农业专家系统为一体，通过GIS、作物生长模型、ES 对GPS 数据、人工采集数据、遥感数据等多源、多维、多时空数据的分析决策，给出具体空间可视化的变量施肥、变量灌溉病虫害管理等作业方案，以获得最大的经济效益和最小的环境污染。

3.3 建立精准农业示范基地

我国在精准农业领域的研究刚刚起步，因此应加强精准农业的研究与开发，尽快建立信息技术与农业生产相结合的精准农业示范基地和样板。例如不同地域各种农作物、特色农业精确种植、精确加工示范基地、不同地域特色精确养殖示范基地等。精确种植方面，应进行优势产业带优质农作物精确种植技术体系的研究、集成及其示范，研制开发能实际应用的优质农作物精确种植信息处理技术系统，评价实施优质农作物精确种植的经济和环境影响。

4 我国精准农业研究现状及问题

精准农业在美国等发达国家已经形成一种高新技术与农业生产相结合的产业，上世纪90年代初进入生产实际应用，目前还处在研究发展阶段，部分技术和设备已经成熟和成型，但还没有形成系统。国际上对这一技术体系的发展潜力及应用前景有了广泛共识，并将成为发展农业高新技术应用的重要内容。精准农业是近年来国际上农业科学研究的热点领域，它是现有农业生产措施与新近发展的高新技术的有机结合，其核心技术是“3S”（GPS，GIS，RS）技术。精准农业就是通过“3S”技术的应用，按照田间每一操作单元的具体条件，精细准确地调整土壤和作物的各项管理措施，最大限度地优化使用各项农业投入，以获取最高产量和最大经济效益，同时保护农业生态环境、保护土地等农业自然资源。国家在863计划中已列入了精准农业的内容，中科院也把精准农业列入知识创新工程计划。在总体上，我国精准农业仍处于试验示范阶段和孕育发展过程，与发达国家相比，仍存在着较大差距，主要表现为：

4.1 设施简陋，操作难以达到精准。中国资源有限，人地矛盾突出，自然灾害频繁，而且旱、瘠、盐碱地较多，因而整体上农业生产条件较差。中国以塑料暖棚和节能日光温室为主体设施农业已达近20万hm2，规模上居世界第一位，在设施生产的整体水平与发达国家相比仍有相当大的差距，表现为设施简陋，技术含量低，光温调控能力差，特别是计算机管理仍难以配套，因而总体上还不能算是精准农业。

4.2 专用品种及肥料的开发滞后。中国至今仍未开发出适应于工厂化生产的专用品种和肥料，也少进行专门的立项研究。在肥料上主要是以大田生产肥料代替，杂质较多，影响配方施肥的准确度。由于设施、品种和肥料等方面的差距，造成产量、质量和效益方面相当大的差距。以番茄生产为例，荷兰选育的品种采收期长达8~10个月,平均单产为45万kg/hm2 以上，而中国温室栽培的平均单产仅为9万kg/hm2，约为荷兰的1/5。

4.3 经营管理水平较低。主要表现为没有统一的行业质量标准，产品市场定位和针对性不明确，没有专门的营销配送网络。而且，计算机管理尚未配套，离准确性和及时性的要求仍有相当大的差距。

4.4 缺乏完善的核心技术服务体系。中国至今仍未开发出具有自主知识产权的适合于农业上应用的3S技术服务体系，精准农业的关键技术仍依赖从国外引进，不但受制于人，而且成本高，针对性也较差。

5 我国精准农业实施的路径

5.1 明确发展思路

在中国发展“精准农业”要比美国、西欧国家复杂得多，难度也大得多，这是由于中国农田类型多样，农业基础薄弱，农村贫困，在相当长的时期内仍然是小农经济占主导成分。因此，发展精准农业，实现农业信息化在科学上、技术上和农业基础建设上需要做出更大努力，付出更多的代价，以探索一条适合中国特点的发展道路。因此，中国发展精准农业必定是一个渐进过程，一定要分阶段循序进行。第一阶段为引进、试验、示范阶段。从根本上讲，最重要的是引进精准农业的概念。要根据中国实际，引进必要的技术和装备，建立试验示范点，探索精准农业规律和技术，摸索经验。第二阶段将试验示范工作扩展到大型国营农场和小型农户，特别要在小型农户中实施精准农业的概念和方法，进一步探索规律和积累经验。第三阶段在多点试验示范基础上，形成中国特色的“精准农业模式”，并在部分地区形成实用化和产业化。

5.2 加强精准农业技术交流

通过举行精准农业技术研讨会，邀请国内精准农业研究单位、精准农业试验示范单位参加，同时邀请美国精准农业科研、教学和有关企业等参加交流。采取“请进来”与“走出去”相结合的办法，加强人才培养和技术培训。加强与国外精准农业研究机构和精准农业机械设备企业在精准农业技术和经贸方面的合作；国内高校、科研机构、生产企业等单位之间也应进行技术合作，优势互补，协同攻关。

5.3 选准适合国情的精准农业项目

更多地开展节水、节肥、控制杂草与病虫害的节约农药措施的试验研究，以积累经验，为全面实施精准农业提供科学基础。中国是个贫水国家，又是水资源浪费严重的国家，农田灌溉水的有效利用率只有45%，而先进国家达50%~70%。根据田间土壤水分情况实施精确灌溉，最大程度地提高田间水分利用率是中国农业资源利用的重要方向。中国化肥利用率也相当低，仅在30%~40%，氮肥损失率高达70%~80%，浪费十分严重，还造成环境问题。实施精准农业，根据田间土壤养分的变异，精确施肥，将会大大节省肥的用量，减少投入。

5.4 加强精准农业基础资料数据库建设

做好精准农业资料收集、信息格式标准化工作。充分利用垦区原有的土地普查资料、规划资料、地块航拍资料、卫星遥感资料、作物种植资料、病虫害资料、农田水利规划资料、农机田间作业资料、垦区气象资料、垦区林业规划资料等，要充分利用垦区多年来投资建立的数据资料，实现垦区数据资料的共享，建立以农业地理信息为平台的农垦农业生产管理数据库。

5.5 加强精准农业试验示范工作

在精准农业试验示范点，重点加强对引进技术的消化吸收，研制适合中国国情的变量施肥播种机、变量喷药机、变量灌溉设备等加强软件系统建设，如农业地理信息系统、农业生产管理数据库、农业生产信息网络建设等，促进精准农业技术的发展。

参考文献

[1] 黎香兰，赵文祥，焦喜东. 我国精准农业的研究应用现状和发展对策[J]农业图书情报学刊，2002,(5): 1-4.

[2] 刁承军，胡伟. 关于精准农业发展的探讨[J].农机市场，2003,(8): 16-18.

[3] 刘金铜，陈谋询，蔡虹. 我国精准农业的概念、内涵及理论体系的初步构建[J].农业系统科学与综合研究, 2001, 17(3):180-182.

[4] 戎恺，杨星卫，段项锁. 精准农业的研究应用现状和发展趋势[J].上海农业学报，2001, 16(3): 5-8.

[5] 梁红.我国“精准农业”现状及发展对策[J]. 农业与技术，2002, 22(3):55-59.

[6] 汪懋华. “精细农作” ――知识经济时代的农田精耕细作技术， 纪念中国科协成立40周年“科学技术面向新世纪”学术年会，“科技进步与学科发展”论文集上册：296-299. 周光召主编, 中国科学技术出版社, 1998.

[7] 汪懋华.“精细农业”研究的发展与农业装备科技创新[R]. 中国农业机械学会第六次全国代表大会暨学术年会论文集，上海，1998.11.

精准农业的技术体系篇3

农业发展过程中的某种形态或农业生产形式由农业生产技术（农业生产力水平）和农业生产组织形式（农业生产关系）所决定。影响农业生产形式的主要外界因素有农业自然资源保障系统、农业及农村劳动力资源、农业自然条件和农村经济条件及社会生产力水平4个方面。

传统农业劳动生产率较低，大量劳动力被束缚在农业上。通过大量高能耗工业产品（机械、化肥、农药、燃油、电力等）的投入来维持系统的产出。机械化农业的主要优势是大幅度地提高了农业生产率，但也遇到了许多问题：如土地压实、水土流失、地下水及地表水污染，农药的使用导致了严重的公共卫生和环境方面的问题，品种基因单一化的危害、农产品品质的下降，水土资源及能源制约等。这种农业资源与环境的压力促使科学家和农民努力寻求一种在继续维持并提高农业产量的同时，又能有效利用有限资源、保护农业生态环境的新的可持续发展农业生产方式，并进行了多种探索，提出了多种解决途径，如自然农业、有机农业、生态农业，等等。90年代以来，随着全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、农业应用电子技术和作物栽培有关模拟模型以及生产管理决策支持系统(DDS)技术研究的发展，"精准农业"已成为合理利用农业资源、提高农业作物产量、降低生产成本、改善生态环境的一种重要的现代农业生产形式。

2、精准农业的技术体系

精准农业是现代信息技术、生物技术、工程技术等一系列高新技术最新成就的基础上发展起来的一种重要的现代农业生产形式，其核心技术是地理信息系统、全球定位系统、遥感技术和计算机自动控制技术。精准农业系统是一个综合性很强的复杂系统，是实现农业低耗、高效、优质、安全的重要途径。精准农业技术体系的构成见表1。

2.1 现代信息技术

现代信息技术的特点是应用地理信息系统将土壤和作物信息资料整理分析，制成具有时效性和可操作性的田间管理信息系统，在此基础上，利用全球卫星定位系统、遥感技术以及计算机自动控制技术，根据空间每一操作单元的具体条件，通过调整资源投入量，达到增加产量、减少投入、保护农业资源和环境质量的目的。同时在农田经营管理决策的环节上，可根据不同情况选择"单纯获取高产"，"以适量投入，获取较好经营利润"或"减少资源消耗、保护生态环境"等多种不同优化目标。这项技术的构成包括空间定位的农作物产量信息采集技术和土壤信息定时采集技术、农田地理信息系统定时更新技术及空间定位的农业投入控制系统等。

2.2生物技术

微生物农业是以微生物为主体的农业。微生物在合成蛋白质、氨基酸、维生素、各种酶方面的能力比动物、植物高上百倍；微生物还可利用有机废弃物，变废为宝、保护生态环境。利用有益微生物，不仅可获得大量生物量，用于制作食用蛋白质以及脂肪、糖类等专门食品，而且在生物防治、土壤改良方面也有突出表现。日本研制的EM(含80余种微生物的生物制剂)，被称为可以挽救地球的有效微生物群。施用EM可少用或不用化肥、农药和抗生素药物，净化环境，。

2.3工程装备技术

现代工程装备技术是精准农业技术体系的重要组成部分，是"硬件"，其核心技术是"机电一体化技术"；在现代精准农业中，应用于农作物播种、施肥、灌溉和收获等各个环节。

精准播种。将精准种子工程与精准播种技术有机结合，要求精准播种机播种均匀、精量播种、播深一致。精准播种技术既可节约大量优质种子，又可使作物在田间获得最佳分布，为作物的生长和发育创造最佳环境，从而大大提高作物对营养和太阳能的利用率。

精准施肥。要求能根据不同地区、不同土壤类型以及土壤中各种养分的盈亏情况，作物类别和产量水平，将N、P、K和多种可促进作物生长的微量元素与有机肥加以科学配方，从而做到有目的地肥，既可减少因过量施肥造成的环境污染和农产品质量下降，又可降低成本。要求有科学合理的施肥方式和具有自动控制的精准施肥机械。

精准灌溉。在自动监测控制条件下的精准灌溉工程技术，如喷灌、滴灌、微灌和渗灌等，根据不同作物不同生育期间土壤墒情和作物需水量，实施实时精量灌溉，可大大节约水资源，提高水资源有效利用率。

精准收获。利用精准收获机械做到颗粒归仓，同时可根据一定标准确分级。

3、我国精准农业的重点发展方向

同农业发达国家相比，我国农业集约化水平较低，要实现现代化，是继续走农业发达国家已走过的以牺牲土质、环境及使用对人类健康有不良影响的大量依靠农药、化肥的石油农业发展道路，还是利用现代信息技术、生物技术和工程装备技术发展具有中国特色的精准农业，答案是不言而喻的。应根据我国农业发展所面临的资源环境问题，走具有中国特色的精准农业发展之路，实现我国农业的可持续发展。

3.1重点发展节水、节肥精准农业技术体系

1）实现精准灌溉，提高水资源利用率。

水资源短缺是我国许多地区农业生产的主要制约因素。据测算，我国全年降水量约为6.19万亿m3，其中约55%消耗于陆面蒸发，只有45%转径流和地下水，实际利用率不到10%（约5000亿m3）。

当前我国农业灌溉用水面临的主要问题是灌溉农区面积约5000hm2，其中渠灌面积较大，多属粗放型灌溉模式。在华北井灌区特别是华北平原地区，自从将"两年三熟制"改为"一年两熟制"后，水分亏缺部分全靠超采地下水来弥补，地下水位连年下降，给北方灌溉农业造成严重威胁。

有研究认为，北京市耕地面积与以色列耕地面积基本相同，但北京市水资源总量和农业用水量都约为以色列的2.4倍，如采用精准农业战略，以管道灌溉、喷灌、滴灌和渗灌等方式取代大水漫灌，在产量上达到以色列现水平，可节水约2/3，即约18亿m3。

2）实施精准施肥，提高化肥资源利用率

在我国通过实施精准施肥技术，不但可以提高化肥资源利用率，还可以降低成本，提高作物产量。

3.2发展精细设施农业

设施农业在国外发展较早，目前已达相当高的水平。在欧洲，多数国家以温室生产为主，其中荷兰和英国的温室主要是玻璃温室，用来生产蔬菜和花卉。荷兰生产的蔬菜80%用于出口，花卉出口达世界出口量的71%（1987）。日本温室栽培蔬菜和果树的技术十分发达，几乎所有品种的蔬菜在很大程度上都依赖于温室生产。

在我国设施农业发展较快的地区推广、应用精准设施农业可以达到增加农产品产出、提高农产品品质，节约水、肥资源，保护农业生态环境的目的。

1）精准农业是在现代、生物技术、工程技术等一系列高新技术最新成就基础上发展起来的一种重要的理代农业生产形式。其核心技术是地理信息系统、全球定位系统、遥感技术和计算机自动控制技术。

2）在我国建立现代精准农业系统应从开始就将现代信息技术、农业生物技术、农业工程装备技术等各方面的专家有机组合在一起，协同攻关，逐步建立起具有中国特色的现代精准农业技术体系。

精准农业的技术体系篇4

利用先进的信息采集系统将一片土地的土壤类型、肥力等土壤信息，降雨、日照等气象信息，以及农业生产动态等信息收集起来，利用信息分析系统将这些信息进行综合分析处理，决定耕作的种类、方式，在生产过程中使用具有变量施肥、喷药功能的农用机械根据不同地块的情况进行精耕细作，从而有效提高产出、节约投入、减少环境污染———在位于北京市海淀区的国家农业信息化工程技术研究中心，中心精准农业工程技术部主任孟志军为记者描绘了这样一幅与传统农业截然不同的图景，这就是精准农业。

随着信息时代的来临，信息技术的飞速发展改变了人类的生活，这一技术在农业上的应用改变了几千年来传统农业的生产方式，翻开了农业发展的崭新一页。基于“3s”技术即遥感技术（rs）、地理信息系统（gis）、全球定位系统（gps）在农业中的应用，20世纪90年代中期以来，精准农业在美国、日本等发达国家中的实验研究与实践有了快速的发展，被誉为“信息时代作物生产管理技术思想的革命”。

承担这一项目的是一支年轻的队伍，平均年龄33岁，70%具有博士学位，多是有着农学与计算机专业背景的复合型人才，短短的五年时间，项目的研发已经有了实质性进展，他们开发出了收集信息的农田地理信息系统、分析信息的变量农业处方图系统、能进行全自动化操作的变量施肥机、变量喷药机等，目前他们正在打造一个更大的具有综合分析功能的平台系统。

——打造“数字农业”技术体系

事实上，精准农业也好、专家系统也好，还有设施农业、虚拟农业等等，这些基于现代信息技术的农业技术系统，都有一个共同的名字———“数字农业”。

“数字农业”是利用信息技术全面促进农业、农村可持续发展，建设现代化农业重要的科学支撑技术。“数字农业”的内容主要包括农业要素、农业过程及农业管理的数字信息化。

“数字农业”是农业信息化的核心，也是农业信息化的具体表现形式。

“数字农业”正在使人们对科学利用农业资源潜力的认识和作物生产管理观念产生深刻的变革，促进农业科技界突破传统的以单学科研究为主的工作方式，通过多学科的融合和协调，将多种科技成果组装集成，直接为农业生产的持续发展服务。

——以国产化与社会化为目标

“数字农业”是一个具有挑战性的国家目标。几乎所有现存的技术基础，目前都还不足以支撑这样一个战略目标的实现。“数字农业”在国内的发展，一方面是将其作为开展农业高新技术研究的重要方向，另一方面是通过“数字农业”技术体系的研究，从中分解出一系列适用新技术，进行国产化和社会化推广。

作为“数字农业”的核心之一，精准农业的发展正面临着令人振奋的前景。从精准农业示范基地的实施情况看，这一技术可以广泛应用于小麦、玉米等大田作物，对品质要求高的经济作物如烟叶、茶叶等效果也非常明显，可以有效提高产出率，节约肥料使用率，提高产品质量。

然而同所有引进的技术一样，精准农业面临成本过高以及如何本土化的问题，目前基地使用的全球定位系统和联合收割机等设备都由国外进口，价格高达100多万元人民币，只有实现国产化，其成本才能大幅降低，所以，今后精准农业要在关键技术上进行自主知识产权的研发和储备，建立完全的国产化的精准农业信息采集、分析以及应用体系。

精准农业的技术体系篇5

农业发展过程中的某种形态或农业生产形式由农业生产技术（农业生产力水平）和农业生产组织形式（农业生产关系）所决定。影响农业生产形式的主要外界因素有农业自然资源保障系统、农业及农村劳动力资源、农业自然条件和农村经济条件及社会生产力水平4个方面。

传统农业劳动生产率较低，大量劳动力被束缚在农业上。通过大量高能耗工业产品（机械、化肥、农药、燃油、电力等）的投入来维持系统的产出。机械化农业的主要优势是大幅度地提高了农业生产率，但也遇到了许多问题：如土地压实、水土流失、地下水及地表水污染，农药的使用导致了严重的公共卫生和环境方面的问题，品种基因单一化的危害、农产品品质的下降，水土资源及能源制约等。这种农业资源与环境的压力促使科学家和农民努力寻求一种在继续维持并提高农业产量的同时，又能有效利用有限资源、保护农业生态环境的新的可持续发展农业生产方式，并进行了多种探索，提出了多种解决途径，如自然农业、有机农业、生态农业，等等。90年代以来，随着全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、农业应用电子技术和作物栽培有关模拟模型以及生产管理决策支持系统(DDS)技术研究的发展，"精准农业"已成为合理利用农业资源、提高农业作物产量、降低生产成本、改善生态环境的一种重要的现代农业生产形式。

2、精准农业的技术体系

精准农业是现代信息技术、生物技术、工程技术等一系列高新技术最新成就的基础上发展起来的一种重要的现代农业生产形式，其核心技术是地理信息系统、全球定位系统、遥感技术和计算机自动控制技术。精准农业系统是一个综合性很强的复杂系统，是实现农业低耗、高效、优质、安全的重要途径。精准农业技术体系的构成见表1。

2.1现代信息技术

精准农业从90年代开始在发达国家兴起，目前已成为一种普遍趋势，英美法德等国家纷纷采用先进的生物、化工乃至航天技术使精准农业更加"精准"。美国把曾在海湾战争中运用过的卫星定位系统应用于农业，这项技术被称为"精准种植"，即通过装有卫星定位系统的装置，在农户地里采集土壤样品，取得的资料通过计算机处理，得到不同地块的养分含量，精准度可达1-3m2。技术人员据此制定配方，并输入施肥播种机械的电脑中。这种机械同样装有定位系统，操作人员进行施肥和播种可以完全做到定位、定量。还可将卫星定位系统安装在联合收割机上，并配置相连的电子传感器和计算机，收割机工作时可自动记录每平方米农作物产量、土壤湿度和养分等的精数据。

现代信息技术的特点是应用地理信息系统将土壤和作物信息资料整理分析，制成具有时效性和可操作性的田间管理信息系统，在此基础上，利用全球卫星定位系统、遥感技术以及计算机自动控制技术，根据空间每一操作单元的具体条件，通过调整资源投入量，达到增加产量、减少投入、保护农业资源和环境质量的目的。同时在农田经营管理决策的环节上，可根据不同情况选择"单纯获取高产"，"以适量投入，获取较好经营利润"或"减少资源消耗、保护生态环境"等多种不同优化目标。这项技术的构成包括空间定位的农作物产量信息采集技术和土壤信息定时采集技术、农田地理信息系统定时更新技术及空间定位的农业投入控制系统等。

2.2生物技术

现代生物技术从广义上讲主要包括基因工程、细胞工程和微生物工程等，最富有生命力的核心技术是基因工程。现代生物技术最显著的特点是打破了远缘物种不能杂交的，即用新的生物技术方法开辟一个世界性的新基因库源泉，用新方法把需要的基因组合起来，培育出抗病性更强、产量更高、品质更好、营养更丰富，且生产成本更低的新作物、新品种；另外还具有节约能源、连续生产、简化生产步骤、缩短生产周期、降低生产成本、减少环境污染等功效。如美国把血红蛋白转移到玉米中，不仅保持了玉米的高产性能，而且提高了它的蛋白含量。抗转基因水稻、玉米、土豆、棉花和南瓜等已在美国、阿根廷、加拿大数百万公顷土地上试种。1998年，全世界利用原生质体培养技术已成功地开发了100多种再生植物，转基因牛、羊、猪和鱼也培育成功。美国是采用转基因技术最多的国家，1998年转基因作物播种面积达2050万hm2，是1997年的2.5倍；目前其转基因种子播种面积已占大豆播种面积的36%，占玉米播种面积的45%。阿根廷是继美国之后大量采用转基因技术的国家，1998年转基因作物播种面积达550万hm2，是1997年的4倍，其中75%的大豆播种面积采用经过改变基因的豆种。加拿大转基因作物播种面积从1997年的130万hm2，增加到1998年的280万hm2；50%的大豆和玉米播种面积采用了经过基因处理的种子。

微生物农业是以微生物为主体的农业。微生物在合成蛋白质、氨基酸、维生素、各种酶方面的能力比动物、植物高上百倍；微生物还可利用有机废弃物，变废为宝、保护生态环境。利用有益微生物，不仅可获得大量生物量，用于制作食用蛋白质以及脂肪、糖类等专门食品，而且在生物防治、土壤改良方面也有突出表现。日本研制的EM(含80余种微生物的生物制剂)，被称为可以挽救地球的有效微生物群。施用EM可少用或不用化肥、农药和抗生素药物，净化环境，。

2.3工程装备技术

现代工程装备技术是精准农业技术体系的重要组成部分，是"硬件"，其核心技术是"机电一体化技术"；在现代精准农业中，应用于农作物播种、施肥、灌溉和收获等各个环节。

精准播种。将精准种子工程与精准播种技术有机结合，要求精准播种机播种均匀、精量播种、播深一致。精准播种技术既可节约大量优质种子，又可使作物在田间获得最佳分布，为作物的生长和发育创造最佳环境，从而大大提高作物对营养和太阳能的利用率。

精准施肥。要求能根据不同地区、不同土壤类型以及土壤中各种养分的盈亏情况，作物类别和产量水平，将N、P、K和多种可促进作物生长的微量元素与有机肥加以科学配方，从而做到有目的地肥，既可减少因过量施肥造成的环境污染和农产品质量下降，又可降低成本。要求有科学合理的施肥方式和具有自动控制的精准施肥机械。

精准灌溉。在自动监测控制条件下的精准灌溉工程技术，如喷灌、滴灌、微灌和渗灌等，根据不同作物不同生育期间土壤墒情和作物需水量，实施实时精量灌溉，可大大节约水资源，提高水资源有效利用率。

精准收获。利用精准收获机械做到颗粒归仓，同时可根据一定标准确分级。

3、我国精准农业的重点发展方向

我国各地的自然条件、社会经济条件差异明显，农业生产水平差距较大，农业集约化总体水平较低。表2示出1994年中印日美4国农业集约化程度及世界的平均水平。可以看出，我国农业具有以下特点：1）农业人口人均耕地面积小，仅为世界平均水平的1/5；低于印度、日本，同美国相差甚远。2）农业机械化水平低。每万公顷拖拉机拥有量，仅约为世界平均水平的34.7%，甚至低于印度的水平。3）化肥投入水平高。每公顷化肥投入量是世界平均水平的3.37倍，高于美国，但低于日本。

同农业发达国家相比，我国农业集约化水平较低，要实现现代化，是继续走农业发达国家已走过的以牺牲土质、环境及使用对人类健康有不良影响的大量依靠农药、化肥的石油农业发展道路，还是利用现代信息技术、生物技术和工程装备技术发展具有中国特色的精准农业，答案是不言而喻的。应根据我国农业发展所面临的资源环境问题，走具有中国特色的精准农业发展之路，实现我国农业的可持续发展。

3.1重点发展节水、节肥精准农业技术体系

1）实现精准灌溉，提高水资源利用率。

水资源短缺是我国许多地区农业生产的主要制约因素。据测算，我国全年降水量约为6.19万亿m3，其中约55%消耗于陆面蒸发，只有45%转径流和地下水，实际利用率不到10%（约5000亿m3）。

当前我国农业灌溉用水面临的主要问题是灌溉农区面积约5000hm2，其中渠灌面积较大，多属粗放型灌溉模式。在华北井灌区特别是华北平原地区，自从将"两年三熟制"改为"一年两熟制"后，水分亏缺部分全靠超采地下水来弥补，地下水位连年下降，给北方灌溉农业造成严重威胁。

同时我国农业节水潜力巨大。我国渠灌面积约3900hm2，井灌面积1100多万hm2，合计约5000万hm2。渠水灌溉的利用率约为0.3，井水灌溉利用率约为0.5，两者加权平均值为0.35左右，与发达国家0.7-0.9的利用率相比，差距巨大。有关部门测算，如将农业用水（按4000亿m3计算）的利用率提高0.2，即达到0.55，则可节水800亿m3。

山东海阳引进以色列技术，建成约33hm2（约500亩）果园自动化控制微喷工程，采用微机控制。根据土壤吸水能力、苹果生产阶段和气候条件等因素，定时、定量、定位给果树供水。据有关专家测算，粮田自动化喷灌可节水30%-40%；省地1.5%-2.0%；果园和菜园的微灌可节水50%-60%；防渗渠道与土渠相比可节水约50%。

有研究认为，北京市耕地面积与以色列耕地面积基本相同，但北京市水资源总量和农业用水量都约为以色列的2.4倍，如采用精准农业战略，以管道灌溉、喷灌、滴灌和渗灌等方式取代大水漫灌，在产量上达到以色列现水平，可节水约2/3，即约18亿m3。

2）实施精准施肥，提高化肥资源利用率

据联合国粮农组织统计，化肥对粮食的贡献率约占40%。我国能以占世界7%的耕地养活占世界22%的人口，应该说化肥在其中起了重要作用；但同时也发现，从1980-1995年的十几年间，化肥施用总量增加了183.1%，年均递增率达7.2%。1995年化肥总施用量约达3600万t，而同期粮食总产只增加了46.6%，年均递增率仅为2.7%。期间化肥投入所生产的粮食由31.5kg.kg-1下降至17.70kg.kg-1。我国化肥施用的突出问题是结构不合理，利用率低。据大量试验资料统计，平均单产6500kg.hm-2的谷物，1季产量从土壤中带走N100.5-169.5kg，P2O549.5-75.0kg，K2O120.0-175.5kg，N，P，K比例为1：0.45：1。我国许多省区都存在过量施用氮磷化肥，钾肥施用不足的问题。1995年我国N，P，K实际施用比例为1：0.43：0.17。由于农田复种指数和作物产量的大幅度提高，有机肥施用量下降，化学钾肥投入不足，我国土壤缺钾面积日益扩大。

国外文献报道，氮肥平均利用率可达50%-60%，当季利用率磷一般为10%-30%，钾为20%-60%。据我国有关学者的研究，我国N，P，K平均利用率分别为35.0%，19.5%和47.5%，可见我国氮素化肥利用率低于世界平均水平，不仅浪费了资源、增加了农业生产成本，而且未被作物吸收利用的氮素向大气挥发、向水体淋溶，形成对环境的污染。

近年来我国农田微量元素缺乏面积不断扩大，而目前施用微量元素肥料的面积仅约1600万hm2，为缺乏微量元素面积的11.3%。

在我国通过实施精准施肥技术，不但可以提高化肥资源利用率，还可以降低成本，提高作物产量。

3.2发展精细设施农业

所谓设施农业是指应用某些特制的设施来改变动植物生产发育的小气候，达到人为控制其生产效果的农业生产形式。设施农业主要有：1）设施种植业，如温室栽培、塑料大棚栽培、无土栽培；2）设施畜牧业，如畜禽舍、养殖场及草场建设等。利用现代信息技术、生物技术和工程装备技术，进行设施农业生产，即为精细设施农业。

设施农业在国外发展较早，目前已达相当高的水平。在欧洲，多数国家以温室生产为主，其中荷兰和英国的温室主要是玻璃温室，用来生产蔬菜和花卉。荷兰生产的蔬菜80%用于出口，花卉出口达世界出口量的71%（1987）。日本温室栽培蔬菜和果树的技术十分发达，几乎所有品种的蔬菜在很大程度上都依赖于温室生产。

我国设施农业起步较晚，但发展较快。目前世界塑料大棚和温室面积约36.576万hm2，其中我国面积最大，达15.67万hm2，占42.8%。设施农业同普通农业相比，产业化程度高，效益好，接受新技术的能力强。

在我国设施农业发展较快的地区推广、应用精准设施农业可以达到增加农产品产出、提高农产品品质，节约水、肥资源，保护农业生态环境的目的。

1）精准农业是在现代、生物技术、工程技术等一系列高新技术最新成就基础上发展起来的一种重要的理代农业生产形式。其核心技术是地理信息系统、全球定位系统、遥感技术和计算机自动控制技术。

2）在我国建立现代精准农业系统应从开始就将现代信息技术、农业生物技术、农业工程装备技术等各方面的专家有机组合在一起，协同攻关，逐步建立起具有中国特色的现代精准农业技术体系。

精准农业的技术体系篇6

林业是我国大农业的重要组成部分，我国在全世界发展中属于农业大国，农业发展过程中存在的一些问题也是我国当前工作的重点，农业的发展直接关系到我国社会经济的发展和现代化的建设。但是，近几年在我国农业发展中存在很多问题，例如，生态环境破坏严重和生物多样性遭受巨大的损失等问题，精准林业就是在这样的背景下产生的，精准林业的产生和发展很大程度上解决了农业发展过程中的一些问题，为农业的发展提供了巨大的动力，农业快速发展又能够为社会的发展提供强大动力，从而推进了社会的进步和现代化建设的发展。

1 精准林业的概念以及特点

精准林业指的是在农林业发展过程中最大程度的采用现代高科技技术建立数字化和智能化的先进现代林业技术体系，现代高科技技术主要包括：3S技术、林业机械自动化技术、传感器技术、数字通讯技术以及林业生产过程中育种、施肥、病虫害监测技术等，这些技术的应用很大程度的优化了传统的林业技术体系。现代林业技术体系的建立能够最大限度的发挥生态、经济以及社会效益，从而实现森林可持续发展的战略目标。

精准林业与精准农业在内容上存在很大的区别，精准林业的特点也很大程度的区别于精准农业的特点，主要是因为精准林业中林业生产的周期比较长，在林业生产过程中存在比较多的干扰因素，林业生产的区域比较大，生产条件也比农业生产复杂。精准林业的技术设计目标是最大限度的减少生产投入，降低生产过程中的能源消耗，保证高程度的产出量，在技术上也要更趋于信息化和智能化，保护生态环境，实现林业发展过程中可持续的科学发展战略目标。

2 精准林业与精准农业之间的区别

虽然，精准林业是在精准农业发展的基础上产生的，但是在实际应用过程中，精准林业和精准农业之间还是存在很多方面的区别。所以，在林业生产实践过程中，对精准林业技术的应用要注意和精准农业进行区分，从而保证林业生产质量，提高林业生产效益，以下对精准林业和精准农业两者的区别展开论述。

（一）研究对象不同

从概念上就可以看出精准农业和精准林业是有所不同的，精准农业的主要研究对象是农田和农作物，保证农业生产的质量；而精准林业的研究对象是小班林木，小班是林业上的一个经营单位，具体指的是相同经营条件的林木属于同一个小班。

（二）技术核心不同

精准农业的技术研究核心是建立只有1cm？分辨率的信息实时采集装置，将这种装置应用在田间，就能够实时对田间农作物生长情况进行检测，对于农作物的生长情况也能够及时了解，保证农作物的生产质量和提高农作物产量；精准林业则是以小班林木作为研究对象，利用地理信息系统中的RS、GPS、GPS、以及ES进行技术核心研究，通过这些信息技术对森林生产进行空间结构性和空间差异性研究，优化空间结构调整理论，最大程度的减小差异产生的可能性，从而保证森林的健康生产和可持续战略目标的实现。

3 精准林业技术和精准农业技术的相同点

精准林业技术和精准农业技术在一些方面还存在相同点，首先，两者在实践技术上都存在问题，精准农业的技术难题是信息收集只能建立在未来的实验分析基础上，而精准林业也存在相同的技术问题；除此之外，两者的另一个共同点就是降低生产的资金投入，提高生产产量，保护生态环境，实现生态和谐和可持续发展的观念。

4 精准林业技术的具体实践

随着对精准技术研究的深入，也开始具体实践精准林业技术，在实践的过程中探索精准林业技术存在的问题，通过对这些问题的改善，优化精准林业技术，保证精准林业技术能够更好的应用在林业生产上，解决林业生产中存在的一些问题，提高林业生产的质量，促进林业的发展，从而带动社会经济的发展。例如，在某地进行了精准林业技术的实践，实验的地方具备良好的生产条件，具有充足的水资源、良好的土壤条件和气候条件，在林业生产过程中通过RS技术监测林木生长情况、水分以及病虫害问题，GPS技术对问题区域进行定位，最后利用ES技术分析问题，在这一系列的技术应用中，充分实现对林木生长全过程的监测，保证林木的生产质量。

5 结束语

虽然，精准林业在发展过程中还存在很多方面的不足，但是精准林业技术完善的详细监测技术，以及对林业生产发展的重要意义要求我们必须解决精准林业技术中的这些问题，优化精准林业技术，从而保证林业生产的质量，提高林业生产的效益，实现生态和谐的和可持续发展的观念，从而促进社会经济的发展。

精准农业的技术体系篇7

农业技术的使用可以被看作是农民为实现农作物高产的目标。农民有很多目标：例如风险管理，生活质量，环境管理等等。但是作为依赖农业来增加收入的农民来说，主要的目标就是能使他们的生活得以保障。为了进行农业生产，农民受限于必备生产要素，例如土地，劳动力，机械设备和管理经验。要想获得盈利，就需要使这些资源达到最佳的优化配置，用最少的投入获得最大的回报。盈利性农业的一个相关原则就是平衡投入和使用，因此，对投入的再分配使用可以提高产量，降低消耗。这一原则是指在土地价格相对过高的国家，农民在最佳时间通过使用机械设备来种植农作物，从而达到土地的最大使用程度。相反，在资金相对缺乏的国家，农民可以通过延长种植时间来节约使用机械设备的费用，即便亩产量会有所下降。这一原则也揭示了精准农业这一新技术得到了相对的发展和普及。两个原因推动了精准农业技术的普及。第一，它们提高了机械化农业中投产量的效能，这一技术很有可能在投产使用效率相对高的地区得到最快发展。第二，因为这一技术要求充足的资金来实现人类的自动化进程，因此这一技术更容易在相对于劳动力资金更加充足的地区得以最快发展。

1.2大型机械设备在精准农业中的使用

精准农业技术对设备的要求越来越趋向于“大型化”。也就是说这一技术的使用要求是一个整体，不是个体。这一整体可以使一个系统，不仅包括设备本身，还有特定的投产，服务和技术来提高效率。例如，产量映像不仅需要产量监测和GPS定位系统这些硬件设施，还需要映像软件包括计算机和操控硬件和软件的技术来绘图解释产量。即便是已经决定采用精准农业技术，普及时间也会因为机器的更新周期而有所延误，比如GPS定位系统，传感器和其他电子设备的安装。一些发明家翻新了现有的机械设备，但是一些农民却不愿意接受这种做法。电子应用技术的缺乏，高额的安装服务费和标准化的缺失都会降低成本效率和设备改型。

2精准农业技术的发展前景

2.1发展前景

精准农业技术的基本模型很有可能在将来有很好的发展前景，这一技术的普及应用会在土地资源丰富，有可用的人力资源和金融资本以及劳动力使用和可变投入已经有效发展的地区得到快速的发展。这些地区包括美国，加拿大，澳大利亚，阿根廷和巴西的部分地区。在人口压力较大，土地资源相对较少，但是有丰富的人力资源和资本的地区(例如西欧)，精准农业技术的应用会发展的相对缓慢。尽管目前为止已有一些国家已经有相关的政策规定介入到精准农业，但是如果从精准农业中得到的环境效益能够以文件的形式下发，就会使改变空间格局的普及应用率有所改变成为可能。

对于时间上这一技术的普及还是会有所不平衡，因为大多数的精准农业技术都依赖于高昂的机械设备。如果农作物价格有所提高，那么精准农业技术的普及采用率也会相应的有所提高，否则不均衡现象还是会继续存在。

2.2中国特色的精准化农业

精准农业的技术体系篇8

中图分类号：F325，1

文献标志码：A

文章编号：1673-291X(2009)33-0029-03

中国农业正处于由传统农业向现代农业过渡阶段，农业整体发展水平与世界发达国家有较大差距，农业科技水平低则是重要因素之一。精准农业――未来农业的雏形，是一种基于知识的农业技术体系，是实现精准农业效益的必经之路，发展和推广精准农业技术对于加速中国农业现代化可持续化进程、占领未来农业领域竞争制高点具有十分重要的意义。

一、推广精准农业的意义

1　发展精准农业是实现中国农产品高产、优质、高效农业的需要。加入WTO后，发达国家和地区的一些农产品凭借其质量和价格优势，将更多地进入中国农产品市场，中国农业面临着更严峻考验，依靠科技进步，努力降低生产成本，提高农产品质量成为中国农业发展的当务之急。精准农业是质量效益型农业，以优质高效为目标，重视农产品的质量，追求以最少的投入获得优质的高产出和高效益。

2　发展精准农业是中国有效利用生态资源，实现农业可持续发展的需要。中国人口最多但自然资源状况较差且恶化趋势严重，如人均耕地占有量逐年下降，近十年人均占有量由0.09公顷下降到0.08公顷。化肥、农药的大量使用及工业废水、废气、废渣的任意排放造成农田环境和农作物的严重污染，约占目前耕地总面积1／5的土地受到污染；土地退化严重，致使自然灾害愈加频繁。优化资源，保护环境，实现农业可持续发展已成为中国社会经济发展的基本战略。但从传统农业的角度来看，环境保护与农业发展间存在着一定的矛盾，农业可持续发展需要新型技术的支持，依靠科技技能提高农业生产中的资源利用率，以充分利用有限的自然资源。

3　发展精准农业是转变农业经济增长方式和增加农民收人的有效途径。中国以往农业经济的增长主要是靠投入，以粗放经营解决供不应求的总量问题。但在农产品基本形成买方市场的条件下，数量问题已不再是主要矛盾，而被品种、质量矛盾所代替。农业面对和所要解决的主要是农产品的质量问题。粗放经营难以解决这一矛盾，唯有靠以现代科学技术为基础的集约经营方是正途。发展精准农业也是增加农民收入的必由之路。增加农民收入是关系全局性的问题，也是农业发展的根本目的。但在市场经济条件下，仅靠扩大数量和提高农产品价格已没有多大潜力，必须瞄准市场，发挥资源优势，发展精准农业。

二、大河沿子镇现代精准农业技术推广现状

大河沿子镇位于新疆精河县以西45公里处，面积1435.45平方公里，总人口3.25万，其中农业人口2.6万。下辖15个农牧业村，1个新农生态农业有限责任公司和2个社区居委会。大河沿子镇共有耕地11.7万亩，农业生产以棉花为主，2007年全镇棉花播种面积为11.4万亩，是一个以农为主、农牧结合的大镇。从2006年开始至今，大河沿子镇紧紧围绕着促进农民增收，实现农业快速发展和农村经济繁荣这一主题，在全镇开展了以现代精准农业技术为主的一系列农业科技推广工作。

1　现有棉花种植技术。一直以来大河沿子镇的棉花种植都是很传统的，2006年开始采用新技术，大面积棉田采用了“一穴一粒”精量播种技术，农民从繁重的定苗中解放出来，过上了休闲的节日。“一穴一粒”精量播种对种子加工提出了更高的要求。按照种子生产的有关标准，发芽率达到80％的种子才算合格种子。土壤耕作层90％以上残膜都得到清理回收，避免因棉种播在残膜上出不了苗的问题。为消除农户担心“一穴一粒”不保险的心理，政府部门还给予农户适当的补贴和优惠政策，精量播种技术就这样在不被普遍看好的情况下推广下去了。与精量播种相配套的是精准灌溉，虽然大水漫灌已经是落后的灌溉方式了，但在大河沿子镇依然存在，只有部分耕地采用加压灌，膜下灌等精准灌溉方式，2008年还采用了埋式滴灌植棉新技术，并将继续推广。棉田施肥同样离不开“精准二字”，依托滴灌系统实施的“随水施肥”在大河沿子镇也得到了应用。

2　精准技术设施配套状况。大河沿予镇已推广加压灌8000亩，膜下灌7000亩，设立了两个示范点，其中一个采用精良气吸式点播及高压滴灌技术相配套；第二个示范面积为125亩，采用精良气吸式点播及常压滴灌技术相配套，都通过精量播种、精肥精管，实施标准化作业。以建立诱虫灯监测预报系统为主，采用频振式杀虫灯和生物药剂防治技术的综合应用，完善植保体系，降低生产成本。与此同时，该镇已引进小型精量播种机18台，一机三膜大型精播机2台，拔杆清膜机100台，引进优质高产品种标杂Al达150亩，新陆早33号5000亩。2008年大河沿子镇还大力发展设施农业，建立蔬菜大篷，增加了高压滴灌等设施，其植棉技术在全县还处于领先水平，如高产优质新品种的引进、推广和滴灌技术的应用。由于棉田病虫害的综合防治技术，农机标准化作业等常规技术和新技术的综合应用为棉花高产打下了坚实的基础。

自从2006年推广精准技术以来，大河沿子镇棉花种植不仅减少了投入成本和劳动力，而且还提高了棉花产量，增加了收入。在2007年由于采用了新技术，大河沿子镇11.4万多亩棉田平均单产籽棉341.5公斤／亩，比去年增加29.1公斤／亩，同年滴灌棉田比淹灌棉田平均亩产高出30-40公斤。

三、大河沿子镇精准技术推广过程中存在的问题

1　农业技术推广资金投入不足，制约着推广力度。由于农业技术的公共物品属性，现代农业技术的推广，需要政府的大力推动。发达国家每年农技推广经费一般占到农业总产值的0.6％～1.0％，发展中国家也在0.5％左右，而中国在现行的农业技术推广体制下，政府对农业技术推广工作的重视力度不够，农技推广经费占农业总产值的比重不足0.2％，人均经费更少，多数技术推广机构“无钱打仗”已严重影响到技术推广工作的正常开展。每年仅由不到20％的县会下拨一定的技术推广经费，很多时候下拨经费还会发生截留现象，使经费不能最终用到技术推广活动中来。因经费不足等原因，只能够勉强维持工作人员的工资，而用于技术推广项目的资金就很少了，部分地方政府“卸包袱”，还出现了“线断、网破、人散”的被动局面。大河沿子镇农业技术推广经费主要是农民自筹或非政府部门提供，政府下拨技术推广资金经费很少，甚至没有，2008年大河沿子镇6个农业村自筹资金68万元，增加实施棉花加压滴灌面积6700亩。由于推广经费少，制约着精准技术进一步在更大范同内的采用。

2　农民对现代农业高新技术接纳能力差。一方面，农民的文化素质制约了他们对高新技术的接纳能力。另一方面，在农业内部，作为市场主体的农户更加懂得比较科技投入的成本和预期收益，只有当他们认为预期收益高于预期成本时才会选择新的生产技术，农业科技使用的高风险性又使得他们在有限的资本和劳力的投向上显得更为谨慎，农户对可替代的新技术选择反应迟钝，缺乏内在的需求动力。大河沿子镇农户基本上都是小学、初中学历，无法很快接受新技术，他们最注重眼前经济效益，然而采用新技术有时要很高的成本，而且新技术的优势也需要一个很长的过程后才会发挥，这就导致农户看不到他们想要的收益，造成农户对高新技术避而远之不愿接受的局面。

3　农民居住地分散，组织化程度低，农业技术推广缺乏有效的渠道。家庭联产承包责任制下农民对自家的土地具有决定权，很难统一规划和生产，这增加了新技术推广工作的难度。农业生产的高度分散性和农民组织的缺失，使得技术推广成本高，导致技术与产业的割裂。在现行农业推广制度下，农业技术推广及开发的速度，效果，服务质量，最后效益不能和推广主体的努力程度或付出挂钩，导致农业制度对农业科技进步缺乏有效的激励机制。大河沿子镇的技术推广工作之所以艰难主要是缺乏有效的农民组织，虽然设有农业技术推广站，但还是无法填补农民组织的作用。

4　农业技术推广队伍不稳定，精兵强将少。从目前专职农业技术推广队伍的现状分析。基层农业技术推广站有近1／3的人员不具备农业专业学历或根本是外行。大河沿子镇农业技术推广机构属于基层推广部门，现有专职人员8人，大多为高中学历，导致新技术的推广工作无法顺利进行。

5　精准技术推广人员分布不尽合理。当前，中国农技推广体系的一个突出问题是农技推广人员分布过于集中于县级，使技术推广的供给与需求发生错位。随着经济迅速发展和城乡人民需求的多样化，农民对技术的需求也越来越细，随时需要得到农技推广人员的指导。但与此需求不相适应的是，乡镇级农技推广人员力量相对薄弱。目前多数乡镇级农技推广站的农技推广人员只有2―3人，且设备简陋。大河沿子镇技术推广人员虽然有8人，但真正在基层做实际工作的人却只有3～4人，多数推广人员都在精河县，很难起到新技术宣传推广作用，加之基层推广人员少且工作量大，工资水平低，推广工作举步维艰。

四、深化精准农业技术推广体系的对策

1　加强政府对农业技术推广的保障和支持。农技推广是个系统工程，能否更好发挥作用和发挥更大作用，除了农技推广体系自身要深化改革、创造条件外，还需要各级政府、社会各界的大力支持和配合，也需要相应的政策措施、资金支持等外部环境和条件作为坚强的后盾。加强财政支持力度，增加农技推广资金投入。首先，保证承担公益性技术推广职能的乡镇以上农技推广人员全额拨款，确保人员工资。其次，增加农技推广基础设施建设资金投入，添置必要仪器设备，搞好技术示范点建设，不断提高现代化水平。2008年大河沿子镇就增加了蔬菜大棚，加压灌，低灌等设施农业设备。

2　确立农民对技术需求的主体地位，提高农民采纳农业新技术的自愿性。农民是经营主体，也是农业技术的需求和市场主体。采纳新的农业技术应该是农民市场经营的理性选择。传统观念通常是从技术供给者的角度看问题，把农技推广的过程仅仅看做是向农民提供农业技术的过程，是农业技术的被动消费者，而没有对农民的技术需要给予足够关注，缺乏针对性。因此，今后要注重建立农民参与选择推广技术的机制，改变“你给的我不要，我要的你没有”的技术供给状况。作为大河沿子镇职能部门的农业推广部门应及时地把市场需求正确信息、先进技术传递给农民，让农民自己选择和自愿采纳农业新技术。

3　把技术推广与提高农民组织化程度密切结合起来，提高推广效率。农业推广体系直接面向经营规模小、高度分散的农户进行高新技术推广，成本高，效果低。单个农户直接参与农业技术市场交易，由于经营规模限制，技术交易成本非常高。通过提高农民组织化程度，形成“技术推广站―农民专业化合作组织―农户”的推广模式，使农民专业化合作组织成为联接农技推广主体和农户的桥梁，则能降低推广成本和技术交易成本，有效提高新技术推广效果。从“技术推广站一农民专业化合作组织”的转移过程来看，一方面，合作制度保证了成员在技术获取过程中费用较低；另一方面，其组织制度保证了各成员在选择决策中的主体作用，保证了技术适用性；其次，农民专业合作组织由于聚集了更多能人，接纳高新技术的能力更高。从“农民专业化合作组织―农户”的扩散过程来看，是农民自己来传播农业技术，其良好效果是其他推广组织和推广手段难以替代的，主要原因在于传播者本人也是农民，具有与他人相同的社会背景和社会关系结构，了解当地实情和农民实际，更易为农民所认同接纳。特别是若他们在接受信息后再加以利用，并取得良好绩效，这种“再传播”的影响力不言而喻。由于大河沿子镇在管理运行上形成了农民合作组织形式的运作模式，据摸底调查全镇已有76％的农民愿上强压滴灌，如今棉农的种植意识已从过去高强度、低效益的淹灌向高成本、高效益的加压滴灌转变，认准了搞滴灌节水才能给自己带来最大回报。所以，由农民专业协会来推广、普及农业技术，容易做到操作性更强，费用更低，更为农民所接受，实际效果亦更为显著。

4　稳定农业推广队伍，提高技术推广人员素质。据有关统计，在县级以上的农业推广机构工作人员占60％以上，而在乡镇及乡镇以下农业推广部门工作人员占40％以下，并且推广人员的素质远远低于县级以上的推广人员。为此必须出台相关政策，鼓励技术推广人员到基层去工作，精简上层，充实下层，优先充实乡村站工作人员，满足从事实际农业推广的需要。加强农技推广人员的技术培训和政治教育工作，提倡“献身农业，服务农民”的奉献精神。重视农业推广人员脱产学习和在职进修工作，鼓励农业推广人员努力学习专业知识，提高业务能力，开阔视野，拓展知识面和专业知识的深度和广度，不断丰富推广经验，提高推广技能。就大河沿子镇的实际情况，应定期对技推人员进行培训，补发津贴以稳定推广队伍。为搞好农业推广工作，促进农业科技成果广泛、迅速地应用于农业生产经营实践，建立一支数量与素质兼顾的农业推广队伍。

5　合理布局，形成以乡镇为重点的农业技术推广体系。乡镇是农业技术走向农民用户的真正出口，乡镇农业推广机构的改革和队伍建设刻不容缓。针对大河沿子镇农业技术推广机构设置不完善和人员不足的情况，采取各种措施，加强基层农技队伍建设。调整内部，减少精河县级农技人员，充实基层农业技术推广人员数量。广开门路，从各相关部门抽调富余人员，增加基层推广人员数量。打破条块、部门和地区分割，统筹安排，协调互补形成统一的农业技术推广网络。以政府投入为主采取各种途径，多渠道、多门路集资以安定农业技术推广人员特别是基层农业技术推广人员的从业信心和决心，稳定农业技术队伍建设。

6　加大信息资源开发力度。农民的信息意识问题，大河沿子镇农户的信息意识较为低下，信息资源作为一种战略资源的重要性还没有被人们普遍认识。为此，要加大农业基层的信息基础设施建设，加大信息的宣传力度，扩大宣传领域，提高广大农民的信息意识。为促进农业技术推广工作的发展，深挖农业内部增收潜力，信息资源的捕捉和收集也有着至关重要的作用。大河沿子镇已经建立了农村信息化体系，建立了以“农信通”为主的农业科技、农资行情、农产品交易的农业信息传递系统，只是信息化体系和机制还不健全，有待进一步完善。

参考文献：

[1]陈荣毅，朱建军，龚江，王荣栋，试论新疆精准农业实施中的几个问题[J]，新疆农业科学，2004，(2)。

[2]扈立家，唐雪漫，中国发展精准农业问题研究[J]，农业经济，2006，(5)：27-28。

[3]刘焱选，白慧东，蒋桂英，中国精准农业的研究现状和发展方向[J]中国农学通报，2007，(7)。

[4]刘爱民，封志明，徐丽明，现代精准农业及中国精准农业的发展方向[J]，中国农业大学学报，2000，(2)：24-29。

[5]刘伟明，精准农业及其应用[J]，安徽农学通报，2006，(6)：8-35。

精准农业的技术体系篇9

中图分类号：S127文献标识码：A文章编号：0439－8114（2011）10－1948-03

Application of GPS and GIS Technology in Monitoring System of Precision Agriculture

SHI Guo－bin

（Centre of Modern Education and Technology，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319，Heilongjiang，China）

Abstract： The monitoring system of precision agriculture based on GPS and GIS with collecting，transmitting，treatment， control and location features， could be used in production and research fields of monitoring environmental factors， such as temperature， humidity， depth， illumination and location． It is the basis of variable technologies of precision agriculture and inevitable trend of the 21st century． The research level and application general situation of monitoring system of precision agriculture based on GPS and GIS technology in domestic and foreign， it provided references for realization of the automation and intelligent development of modern precision agriculture．

Key words： GPS； GIS； monitoring system of precision agriculture； application

精准农业（Precision agriculture）是近年来国际上农业科学研究的热点领域，是人们在探索21世纪农业高新技术发展的过程中为减少农业生产中的盲目投入、节约成本增加产量、提高农资利用率、减少环境污染、阻止生态环境的进一步恶化而提出的一种新理念［1］。

精准农业充分地利用了作物、土壤和病虫害的空间和时间变化量来进行耕作和田间管理，改变了传统的大片土地平均施用化肥的做法，保证了作物生产潜力的充分发挥，避免了过量施用农药和化肥造成的生产成本增长和污染农业生产环境，导致农产品品质和价值下降的严重后果，取得的经济和环境边际效益非常显著［2］。

1GPS和GIS技术在精准农业中的应用概况

1．1全球定位系统（GPS）

GPS（Global positioning system），是随着现代科学技术的迅速发展而建立起来的新一代精密卫星定位系统。它利用地球外空间有一定分布的24颗卫星，使地面上任何一点可以同时与其中4颗卫星进行通讯，分别测量该点与卫星的距离，最后将该点的几何坐标推算出来，最高地面精度可达到厘米级。在精准农业中，现在一般基于差分GPS技术，精度为亚米级。在作业机械的顶部安装一个半球形GPS接收天线，可接收卫星定位信号并将此信号传给GPS接收机，GPS接收机将作业机械所处的经度和纬度数据通过RS－232串行接口传给机载液晶显示计算机，以此确定每一时刻机械的作业位置。

1．2地理信息系统（GIS）

GIS（Geographic information systems），是一种综合处理和分析空间数据的通用型技术体系。在精准农业领域中，GIS以很高的空间分辨率来管理田块基础信息，存储、分析和处理空间数据，生成作物产量以及土壤属性和病虫草害等环境因素的空间分布图，支持空间辅助决策，输出图形和地理统计数据以及田间决策处方图。

1．3GPS和GIS技术在精准农业中的应用概况

精准农业应用了GPS、GIS技术和智能决策、自动控制理论，将变量播种、变量施肥、变量灌溉、变量喷药和在线实时测产等技术集成为一体，有利于提高农业作业的效率，降低生产成本。目前，作业信息的采集、处理与实时通信渗透到精准农业的各个方面，如何快速、有效采集和更新影响作物生长环境的空间变量信息，成为实现精准农业的重要基础［3］。农田地块作为农业生产的基本单元，是实现作物生产规划、管理和效益评价的基本单元，实现农田地块信息实时监测和数据的快速、高效、全面的收集及分析是实现现代精准农业，提高生产率的关键技术；又可有效解决农业劳动人口减少的影响。而定位是解决实现农业机械自动移动的基础性难题和完成其他任务的前提；因此，基于GPS和GIS的精准农业监控系统集数据采集、传输、处理、控制及定位导航于一体，其主要设计思想是利用GPS接收机与掌上电脑（PDA）组成移动数据采集端，采集农田地块空间位置信息、时间信息、农田信息，通过SMS方式或者数据文件方式传输信息至监测更新中心。其中，SMS方式是基于GSM移动通讯网络，把野外采集到的数据包实时通过短消息SMS（Short message service）方式进行无线传输；数据文件方式是把采集到的地块信息就地存储为数据交换文件（文本文件或数据表文件），然后通过相应数据接口导入到监测更新服务中心［4］。通过在农业系统中实现远程信息采集与监控技术，可以把分散的农业设施连成统一的整体，因而实现农业自动化、智能化、精准化［5］。目前，各种已开发和正在研究的监控系统主要集中在农业上的环境因子，如温度、湿度、露点、光照和生产中的温度、湿度、光照、施肥、喷药等的自动化控制和网络化管理，通过监测和控制其生长条件，从而达到增加产量、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。少数监控系统还能达到预警的目的，主要是设定监控因子的上限和下限，通过无线传输技术发送给用户，达到预警的功能，或是通过专家系统等进行自动的调控［6］。

2国内外GPS和GIS精准农业监控系统的研究

精准农业始于发达国家，其中的主要部分是精准施肥和收割技术。随着发达国家农业生产市场化程度的提高，降低成本，提高投人产出比、发展优质高效农业的要求以及环境保护、资源利用、农业可持续发展等方面的要求，迫切需要经济效益、社会效益、生态效益同步的新型农业的出现。在精准农业概念提出前，农业监控技术已经在各国有了初步的研究和发展，国外对环境研究较早，始于20世纪70年代，先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制，后又出现了分布式控制系统。中国对于农业监控技术的研究较晚，始于20世纪80年代，但发展速度很快。刘德义等提出了基于Web的设施农业气象信息监测与预警系统，该系统提供了实时数据查看、历史数据查询、K线图显示、气象预警信息、温室气象预报、应用示范介绍、手机短信提示、实时图片显示等功能。杨万龙等［7］自主研发的滴灌施肥智能化控制系统，利用土壤水势传感器监测土壤的含水量，进行自动灌溉施肥控制，当土壤水势达到设定水势上限时，计算机自动启动系统进行施肥灌溉，当达到设定水势下限时，灌溉施肥停止，计算机自动记录该阀门灌水量，其他阀门按此灌溉施肥量依次进行，这种控制方式可实现多个阀门的无人值守灌溉施肥控制。当用户设置不当、系统出现异常情况时，计算机会及时发出声光报警，提醒用户介入处理，防止对系统或作物造成更大危害。国家农业信息化工程技术研究中心开发研制的便携式环境监测产品在设施农业生产中取得了良好的应用［8，9］。

早在20世纪80年代，美国提出精准农业构想，其微电子技术发展推动了智能化监控技术的发展，以及作物生长模拟、栽培管理、测土配方施肥等农业专家系统成了精准农业早期技术基础。1993～1994年，美国在明尼苏达州农场进行了精准农业技术试验，用GPS指导施肥的作物产量提高30％左右，而且减少了化肥施用总量，经济效益大大提高。目前美国在谷物联合收割机、喷雾机、播种机等农业装备上已经采用卫星全球定位系统监控作业等高新技术。西欧国家在小麦、玉米的整地、播种、收获、运输等生产环节已全面实现了机械化，不少农业机械也装备了GPS系统进行精准农业作业。很多监控技术取得了很大的突破，许多国际大型农业装备厂商均推出了自己的智能产量监测仪、变量控制器产品。欧盟ISI启动了Wirelwsslnfo项目（1998～2003），期望运用GSM／GPRS／HSDCS无线通信技术，建立先进的农林管理多媒体服务系统［10］。Thysen［11］探讨了IT技术在农业领域应用的可能性和农业信息化的发展方向。Mc Kinion等［12］研究了一个卫星宽带无线接入系统，满足了棉花害虫多谱图像的高速传输和实时处理的要求，提高了配药机械变量作业的效率和有效性。Geers等［13］应用GSM无线技术开发了牲畜运输过程远程监控系统“TETRAD”。目前，荷兰、美国、日本等国在农业生产中已经基本实现了温度、湿度、光照、施肥、喷药等的自动化控制和网络化管理。

中国精准农业发展起步较晚，但在国家“863”计划“数字农业”重大专项和地方政府的支持下，近5年在农业装备智能化、农业系统远程监控及农业信息化等方面获得了较快发展。乔晓军等［14］开发了农业设施环境数字化监控系统，以实现农业设施信息采集和处理的自动化。庞树杰等开发了基于GPS和GSM的农田信息远程采集系统；句荣辉等［15］应用GSM短消息技术实现了温室环境的实时控制，提高了系统的自动化程度。在农业资源利用方面，中国农业在精耕细作、多层次利用、生态农业等高效利用农业资源方面独树一帜。各地已总结出许多具有区域特色的耕作技术和农业模式，这些技术对提高我国土地、水、肥等资源的利用率发挥着重要作用。农业资源监控监测技术也取得了较大的发展，遥感与地理信息系统（GIS）技术也成功地应用于作物长势、种植面积、产量、灾害、水土流失等方面的监测［16］。历史经验表明，在开拓新的前沿科技应用领域，一些发展中国家和发达国家在起跑线上拉近了距离，发展中国家有可能在某些领域实现技术上的跨越［17］。

3展望

中国的农业正由传统的粗放型向精准化发展，如何结合中国农田实际特性，充分利用网络技术，开发出基于GPS和GIS的田间农业机械装备实时监控系统，通过分析地理信息数据，有效地进行各种耕作，提高机械作业效率，为进一步实现变量耕作提供技术支持［18］。同时在引进消化国外先进技术的基础上，研制开发具有自主知识产权、低成本的技术成果，支持精准农业关键技术与设备的专业精准农业监控系统，是中国实施精准农业中迫切需要解决的问题。因此，要重视世界前沿科技领域的研究，重视和研究GPS和GIS技术在精准农业监控系统的重要作用，对于加速像我国这样的发展中国家农业现代化进程、占领未来农业科技竞争的制高点具有十分重要的意义。

参考文献：

［1］ 王熙，于玲，杜向军．精准农业液体肥变量控制技术要点［J］．农机化研究，2006（11）：5－7．

［2］ 李凤菊，宋治文，刘绍伟，等，监控系统在设施农业中的应用研究［J］，天津农业科学，2010，16（1）：127－129．

［3］ 庞树杰，杨青，李莉．基于GPS和GSM 短消息的农田信息采集系统［J］．农机化研究，2004（1）：1－3．

［4］ 黄兴荣，潘瑜春，汪梅． 基于GPS／GlS的农田地块监测更新系统［J］．农机化研究，2006，（12）：95－100．

［5］ 李明，李旭，孙松林，等．基于全方位视觉传感器的农业机械定位系统［J］．农业工程学报，2010，26（2）：170－175．

［6］ 汪懋华．精细农业发展与工程技术创新［J］．农业工程学报，1999，15（1）：1－8．

［7］ 杨万龙，刘春来，李娟．设施农业滴灌施肥智能化控制系统［J］．农业科技通讯，2009（4）：103－106．

［8］ 张云鹤，乔晓军．自动监控技术在设施农业生产中的应用系列（一）便携式环境监测产品在设施生产中的研究与应用（上）［J］．农业工程技术（温室园艺），2008（3）：14－15．

［9］ 张云鹤，乔晓军．自动监控技术在设施农业生产中的应用系列（一）便携式环境监测产品在设施生产中的研究与应用（下）［J］． 农业工程技术（温室园艺），2008（4）：16－17．

［10］ KAREL C，JOSEF F，ADAM S，et al．Wireless supporting of agriculture and forestry information systems―Wireless Info ［A］． In Presentation at the 4th AGILE Conference on Geographic Information Science in Brno［C］． BIOS scientific publishers Ltd.，2001．

［11］ THYSEN I． Agriculture in the information society［J］． Journal of agriculture engineering research，2000，76（3）：297－303．

［12］ MC KINION J M，TURNER S B，W ILLERS J L，et al． Wireless technology and satellite Internet access for high―speed whole farm connectivity in precision agriculture［J］． Agricultural Systems，2004，81（3）：201－212．

［13］ GEERS R，SAATKAMP H W，GOOSSENS K，et al． TETRAD：An on――line telematic surveillance system for animal transports［J］．Computers and Electronics in Agriculture，1998，21（2）：107－116．

［14］ 乔晓军，沈佐锐，陈青云，等．农业设施环境通用监控系统的设计与实现［J］． 农业工程学报，2000，16（3）：77－80．

［15］ 句荣辉，沈佐锐．基于短信息的温室生态健康呼叫系统［J］．农业工程学报，2004，20（3）：226－268．

精准农业的技术体系篇10

前言

精细农业及精细农业技术

精细农业是(Precision Agriculture, Precision Farming, Site-specific Farming Agiculture)等名词的中译，是当今世界农业发展的新潮流，是由信息技术支持的、根据空间变异定位、定时、定量地实施一整套现代化农事操作技术与管理的系统。即，进行定位的“系统诊断、优化配方、技术组装、科学管理”，调动生产力，以最少的或最节省的投入达到同等收入或更高的收入，并改善环境，高效地利用各类农业资源，取得经济效益和环境效益。

精细农业由十个系统组成，即全球定位系统、农田信息采集系统、农田遥感监测系统、农田地理信息系统、农业专家系统、智能化农机具系统、环境监测系统、系统集成、网络化管理系统和培训系统。其核心是建立一个完善的农田地理信息系统（GIS），可以说是信息技术与农业生产全面结合的一种新型农业。精准农业并不过分强调高产，而主要强调效益。它将农业带入数字和信息时代，是21世纪农业的重要发展方向。

精细农业技术是将“3S”技术、通讯、自动化技术与地学、生态学、农学等集成，实现对农作物生长、发育的动态管理，在GPS技术和GIS技术集成系统支持下进行农田作业操作，以实现“高产、优质、高效”的现代农业精耕细作技术。精细农业的主要支持技术包括：GPS―全球卫星定位系统，GIS―地理信息系统，RS―遥感技术，DSS―作物生产管理决策支持系统，ES―专家系统，VRT-变量控制技术，采集与处理技术，IAT―智能化农业机械装备技术等。

精细农业已经在很多国家实施，虽然世界上有关精细种植技术的研究仅有20多年的历史，但其发展的速度之快令人吃惊。精细农业已经在美国等发达国家成为一种高新技术与农业产业的结合的产业，并且经过检验是适合可持续发展农业的最有效途径，这无疑将成为21世纪领先的技术。美国八十年代初提出的精细农业的概念和设想在九十年代初进入生产实际应用，目前还处于研发阶段，部分技术和设备已趋于成熟，但由于其发展是本着实用、经济、效益、的原则进行的，所以仍有许多方面还不够健全。除此之外，英国、法国、德国、加拿大、荷兰、澳大利亚、巴西等都有开展精细农业的研究。日本也将精细农业的研究列入了“21世纪农业机械紧急开发课题的研究”。国际上对这一技术的开发研究有广泛的认同，精细农业必将成为发展农业高新技术应用的重要内容。

我国对精细农业的研究是建立在一批专家引进国外的技术的基础上，结合我国传统的“精耕细作”的经验开始的。随着精细农业的研究的深入，我国也投入了大量的资金进行研究。但总体上说我国对精准农业的研究，还没有形成较系统的学术思想和技术体系。

我国是一个约有9亿农业人口的大国,我国现有耕地约1.3亿公顷，但每年损失耕地近43.3万公顷。如何保护耕地,提高耕地质量,已关系到我国农业及国民经济可持续发展的首要问题。21世纪是知识和信息的时代,给现代农业的发展带来无限的生机。精细农业作为现代农业的理论和实践，以农田作物的时空变异为基础，在区域内以最少的资源消耗和最优化的变量投入,实现最高的产量、最优的品质、最低的农业环境污染和良好的生态环境,最终实现农业的可持续发展。

精细农业的关键是准确地绘制农田信息的分布图，发送给田间作业农业机械，针对该地域的情况，因地制宜进行作业提高效率和收入。只有将精细农业技术思想引入信息关系的研究中，利用GPS和GIS技术研究信息的采集与表达，定性和定量地研究，绘制空间分布图，研究确定了合理的插值方法和采样方案，结合数学方法，定量地确定了各因素对产量的影响，掌握这些影响规律，从而准确地预测产量，并经济有效地进行农业生产的精细管理。

但目前精细农业变量施肥技术应用于切实的农业生产仍存在巨大障碍。土壤数据采集仪器价格昂贵，性能较差，大面积高密度土壤取样化验成本太高，很难推广应用；而遥感技术由于空间分辨率和光谱分辨率问题，不能满足实际应用的需要。随着高分辨率遥感卫星（1～3 m）、飞机航空遥感、田间高架遥感服务的提供，加强遥感光谱信息与土壤性质、土壤养分关系的研究及土壤养分在线实时检测技术的研究将是今后研究的重点。

DGPS 的定位精度已完全能满足精细农业的技术需要，但与自动化机械的结合还存在许多问题，还有待于进一步发展。今后要研究自主知识产权的控制系统，安装在国产农业机上，降低成本，有利于推广使用。

精细农业是为适应集约化、规模化程度高的作物生产系统可持续发展而提出的，其经济效益与经营规模成正相关，据有关文献报道，适用于精准农作技术实践的经济可行的最小面积约为85.6公顷。机械化大农场的运作模式，是推动精细农业发展的有益尝试。

精确变量施肥技术在我国发展的前景

虽然我国农村自然条件差异大，现阶段经济发展水平低，劳动力资源丰富但素质较低，经营单位小而分散，机械化水平低，全面实施精细农业变量施肥技术尚需要一个发展过程，但是精确变量施肥追求降低生产成本与避免环境污染同样适合中国国情。因此，我们必须根据农业发展的实际情况，因地制宜地走有中国特色的精细农业变量施肥的发展道路。当前，我国发展精细农业变量施肥技术具有以下几方面有利条件：

（1）推广精细农业变量施肥技术的人才队伍基本形成。农民是科技进步的基本力量，农民素质的高低直接影响高新技术的推广。由于实施九年义务教育的推广，年轻农民基本达到初中文化，还有一部分农民具有高中文化水平。另外，由于高等院校的扩大招生和每村一名大学生计划的实施，农村已有一批高素质人才队伍可以承担科技普及和推广任务。

（2）土壤和植株速测已基本实现。土壤和植株的测定分析是精细农业变量施肥的技术的基础工作，过去这些工作必须在设备先进、条件优越的实验室进行，费用较贵，影响了实用先进技术的推广。现在，便携式移动测试设备的应用，为推广精细农业变量施肥技术提供了技术支持。

（3）农户精细农业变量施肥平台已经建立。精确施肥技术的核心是全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）和遥感系统（RS），它是在西方农业大规模经营和高度机械化条件下发展起来的。我国农业状况与西方一些国家差异较大，发展精细农业变量施肥技术受到一定限制。但是，近几年来辽宁省农科院环能所科技工作者结合当地的实际情况，开发了一套适合家庭土地承包经营的变量施肥技术系统软件平台，可以满足以农户为单元的精细农业变量施肥的技术要求。

（4）把精细农业变量施肥技术物化到产品中，使之成为实用技术。通过GPS定位系统采集农户土壤样品进行土壤养分测定分析，在确定目标产量的前提下，利用变量施肥系统平台提供肥料配方，以单质肥料为原料配置复混肥料或BB肥，把这些高科技含量的肥料提供给农民，将达到变量施肥的目的。

（5）建立网络连接实现技术、数据共享。建立和健全农业信息网络，并与其它网络相连，形成全方位的农业资源网络系统。在一定范围内，开通精确施肥土壤养分信息管理体系，严格执行精确量化施肥和科学化管理，用现代化信息技术指导农民施肥。

综上所述，精细农业变量施肥技术是一项先进使用的技术，利用该技术不仅能降低农业生产成本，而且还可以增加粮食产量，增加农民收入。在提高化肥利用率、实现农业可持续发展的同时，合理的利用化肥资源，达到保护农业生态环境的目的。精细农业变量施肥技术是应该大力发展普及的技术。

精准农业的技术体系篇11

[中图分类号]F32[文献标识码]A[文章编号]1003－8353(2010)02－0070－04

“数字农业”作为“数字地球”技术体系在农业领域的具体体现，是农业信息化的核心，也是21世纪农业的重要标志。发展“数字农业”及相关技术，是发展现代农业必然选择的支撑技术，主导着农业现代化的方向。我国是一个人口大国，保障食物安全事关国家安全大计。我国是世界上人均资源非常短缺的国家，耕地、水等农业资源的人均占有量远低于世界平均水平，农业的可持续发展面临诸多严峻挑战。根本出路在于依靠科技进步，大力发展“数字农业”，以最少的资源占用和资源消耗获取最大的优质产出，突破瓶颈制约，实现农业可持续发展。

一、“数字农业”的含义

1997年，美国正式提出了“数字农业”的概念，它是指在地学空间和信息技术支撑下的集约化和信息化的农业技术。1998年，美国副总统阿尔・戈尔再次把“数字农业”定义为：数字地球与智能农机技术相结合产生的农业生产和管理技术。

我国比较统一的认识为，“数字农业”(DigitalAgricul-ture)是“数字化农业”简称，是指运用数字地球技术，包括各种分辨率的遥感、遥测技术、地理信息技术、全球定位技术、计算机技术、通讯和网络技术、自动化技术等技术与现代农业技术相结合的农业生产管理高新技术系统。具有以下特点：

1、“数字农业”要求对农业各个方面(包括种植业、畜牧业、水产业、林业)的各种过程(生物的、环境的、经济的)全面实现数字化，即各种农业过程都要应用二进制的数字以及数字模型加以表达。

2、“数字农业”数据库中存储的数字具有多源、多维、时态性和海量的特点。

3、对于涉农的多维、海量数据的组织和管理，特别是对时态数据的组织与管理，需要研究新一代时态数据库管理系统，并进而形成时态空间信息系统。不仅可以有效地存储空间数据，同时能够形象地显示多维数据和时空分析后的结果。

4、“数字农业”要在大量的时空数据基础上，对农业某一自然现象或生产、经济过程进行模拟仿真和虚拟现实。如农作物生长、农业自然灾害的虚拟现实。

二、“数字农业”的主要内容

1、农业要素的数字信息化任何农业系统都会有四大要素，即生物、环境、技术和社会经济要素。每个要素中又包含多个因素，如生物要素中，在作物方面有小麦、水稻、玉米、棉花等要素；而同一种作物的生长发育，又含有光合、呼吸、蒸腾、营养等因素。所有这些因素，按照“数字农业”的数字信息化的要求，都需用二进制数字表达。

2、农业过程的数字信息化各种农业过程的内在规律及外部联系，可以利用农业数学模型予以揭示、表达。农业模型将农业过程数字化，使农业科学从经验的认知提高到理论的概括，是20世纪农业科学发展的一项重要成就，也是“数字农业”中一项十分关键的技术。

3、农业管理的数字信息化农业管理大致包括农业行政管理、农业生产管理、农业科技管理及农业企业管理。按照数字信息化的要求，目前已经形成由农业信息技术支撑的各类农业管理系统。如农业数据库系统，对各级各类农业数据进行科学、集中的管理，包括农业生物数据库、农业环境数据库及农业经济数据库；农业规划系统，应用各种数学规划方法对农业问题进行辅助决策；农业专家系统，充分利用专家经验对某些农业决策提供支持；农业模拟优化决策系统，将农业过程的模拟与农业的优化原理相结合，提供农业决策的支持。

4、农业生产的数字化现代农业已经由过去的手工操作走向现代的机械化和现代化操作，数字农业要求农业的生产和管理实现自动化，即从播种、育苗、灌溉、施肥、撒药、收割等过程全部实现精准化、自动化和智能化。

三、“数字农业”的技术体系

1、农田信息快速采集技术

(1)遥感技术(RemoteSensing)

遥感是由卫星上的传感器、传输系统和地面上的接收系统组成的一种不通过直接接触目标物而获取其信息的一种技术。RS是未来“数字农业”技术体系中获得田间数据的重要来源。RS技术是“数字农业”技术体系中获得农业动态信息的重要来源。农业的生产和管理是一个动态的过程，要求及时摸清农业资源的现状，了解农作物田间生产状况，监测其变化并预测其发展。遥感技术具有速度快、信息真、现势性强、多时相、更新快、效益高等特点，是农业生产管理和决策的重要手段。农业资源分布在广阔的地理空间，农业生产也在广阔的地域上展开，遥感技术在解决我国资源与环境问题，促进农业和农村的可持续发展中起着相当重要的作用。如农业资源调查及动态监测，大面积农作物长势监测与估产，农业灾害遥感监测和损失评估等方面。

(2)全球定位系统(GlobalPositionSystem)技术

GPS作为新一代卫星导航与定位系统，不仅具有全球性、全天候、连续的精密三维导航与定位能力，而且具有良好的抗干扰性和保密性。GPS的空间部分使用24颗卫星组成卫星星座，每天24小时为全球陆、海、空用户全天候提供三维位置、速度和时站。它由空中卫星，地面跟踪检测站，地面卫星数据注入站，地面数据处理中心和数据通讯网络等部分组成。

GPS在“数字农业”中的关键作用即是提供相关要素的准确的空间位置信息，一方面使农业的管理具有更强的空间针对性、实用性，发挥更大效益；另一方面，通过GPS实时地对土壤水分、肥力、杂草和病虫害、作物苗情及产量等进行描述，对各要素进行跟踪，从而实现田间的精准化操作。因此，GPS技术的精确定位功能为“数字农业”的实施提供了切实可行的技术手段。

2、农业信息贮存、管理技术

(1)数据库系统(Databasesystem)

农业数据库是一种有组织地动态地存储、管理、重复利用、分析预测一系列有密切联系的农业方面的数据集合(数据库)的计算机系统，它是信息存储、管理、传递的最有效手段，也是“数字农业”最基础的工作。农业数据库包括农业资源数据库、农业生产资源数据库、农业技术数据库、农产品市场数据库、农业政策法规数据库、农业机构数据库等。

(2)数字化图书馆(DigitalLibrary)

数字化图书馆是一个系统工程，主要包括馆藏数字化、信息传输数字化与网络化、资源共享化、信息服务终端化等，其优势在于不受时空、地理位置的限制。

(3)地理信息系统(GeographicInformationSystem)

GIS技术是以地理空间数据为核心，是存储和处理分析空间数据的最佳工具。农业及其各相关要素空间位置数据是农业生产管理的重要信息，也是“数字农业”中各类空间数据库建立的重要基础之一。GIS是一种采集、处理、传输、存储、管理、查询检索、分析、表达和应用地理信息的计算机系统，是分析、处理和挖掘海量地量数据的通用技术。主要包括空间数据输入子系统、空间数据存储与管理子系统、数据处理和分析子系统、输出子系统。

(4)农业管理信息系统(MIS)

管理信息系统是收集和加工系统管理过程中有关信息，为管理决策过程提供帮助的一种信息处理系统。

3、农业信息应用技术

(1)农业自动控制技术(AutoControl)

农业自动控制技术的发展是农业信息化的基本特征，是信息农业的核心技术。利用传感器通过计算机和自动控制系统实现农业生产和管理的自动化，对农业的增产增质产生了巨大的经济效益和社会效应。

(2)农业专家系统(ExpertSystem)

ES是以知识为基础，在一定领域内模拟人类专家解决复杂实际问题的计算机系统。是一种智能的农业信息技术，不仅可以保存、传播各类农业信息和农业知识，而且能把分散的局部的单项农业技术综合集成起来，经过智能化信息处理，针对不同的条件，给出系统性和应变性强的各类农业问题的解决方案，为农业生产全过程提供高水平服务。农业生产管理专家系统涉及农作物生产管理、畜禽养殖、市场管理、农业经济分析等多种领域。

(3)决策支持系统(DecisionSupportSystem)

DSS是利用系统知识和数学模型，通过计算机分析或模拟，协助解决多样化和不确定性的问题以进行辅助决策的软件系统，是一种人机对话式的计算机系统。一般包括以下四个部分：对话生成及其管理系统，模型库及其管理系统，数据库及其管理系统，知识库及其管理系统。农业生产中采用决策支持系统后可以感受到更高的决策质量、沟通的改进、成本削减、生产率的提高及节约时间等方面的改善。

4、农业信息传播技术

(1)计算机网络和通讯技术

“数字农业”的建立是以海量的数字化的农业信息为基础，因此信息的交换和传播将是“数字农业”的重要环节。计算机网络和通讯技术为“数字农业”信息的顺畅交流提供了重要的技术支撑，从而实现信息的交换和共享，发挥信息的最大作用。主要包括农业信息互联网络、卫星数据传输系统等技术。

(2)多媒体技术(Multimedia)

多媒体是20世纪90年代以来应用计算机把图、文、声、像综合集成技术，是新时期农业知识、技术推广应用的重要手段。

(3)虚拟现实(VirtualReality)技术

VR技术是指创建一个能让参与者具有身临其境感，具有完善的交互作用能力的虚拟现实系统。虚拟现实技术是二十世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术，它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，从而大大推进了计算机技术的发展。由此延伸而得到现在的虚拟农业的概念。

四、“数字农业”对农业可持续发展的作用

可持续发展是指既满足当前需要又不削弱子孙后代满足其需要之能力的发展，可持续发展作为一种新的社会发展模式，为越来越多的国家所理解和接受，并且正在逐步深入地影响到人类社会生产和生活的各个领域。农业可持续发展是整个社会可持续发展的基础。改革开放以来我国农业取得了举世瞩目的成就，但是，影响农业可持续发展的诸多矛盾并没有得到根本性的缓解。在经济全球化的环境中，农业发展越来越受到资源和市场的双重约束，传统农业面临巨大的竞争压力，农民在生产经营中承受着自然的风险和市场的风险，而且市场风险给农民的影响又远远大于自然的风险：在工业化、城镇化加速发展阶段，耕地资源呈逐年下降趋势，持续增长的人口对农业的压力不断增大，水资源短缺与农业用水浪费并存，过量施用化肥农药及养殖业的废弃物排放，导致严重的农业面源污染；农业科技转化为实际生产力的比重低，农业科学技术创新能力尤其是原始创新能力不足。这一切都制约着农业的可持续发展。数字农业是突破制约农业可持续发展瓶颈的有效途径。

1、数字农业促进传统农业向现代农业跨越

我国广大农村地区相对落后，交通不便，信息闭塞，导致农业生产经营的重复性、盲目性，农业生产技术落后且更新速度慢。而数字农业可以通过电子商务、电子政务等促进农业经济活动的信息化。实行信息服务手段多样化，重点加强农业信息网络建设，建立以农业信息网络为依托，互联网与电信、电视等其他现代媒体相结合的应用模式，把计算机网络信息量大与电视、电话、手机普及率高的优势结合起来，拓宽信息覆盖范围。农业领域的市场信息、生产信息、管理信息的广泛交换和共享，可以大大增加农业的开放度，降低农业活动的交易成本，加强农业生产者与农产品加工、市场流通、农业生产资料供应等部门的联系，进一步促进农业科研和技术推广，使农业生产经营突破地域限制，日益走向国际化、全球化，使传统农业向现代农业转变。

2、数字农业有助于农业产业结构调整

改革开放以来，我国一直在调整农业产业结构，经过30余年的努力，农业产业结构已经大为改善，其合理化程度有了明显的提高，对发展农业生产、增加农民收入、保证市场供给发挥了重要的作用。但从目前来看，我国农业产业结构仍然存在不少问题和矛盾。随着城乡居民生活的逐步提高，市场需求结构发生了很大变化，农业产业结构的缺陷也日趋暴露出来，主要表现在农业结构趋同现象严重，农业产业结构层次低，农业产业链不完整，农业比较效益差等。而过去的调整多在数量上做适应性的调整，不能适应当前日益国际化、市场化的国民经济对农业发展提出的新要求。加入WTO为战略性经济结构调整和技术进步乃至现代农业发展提供了难得的机遇，迫切需要“数字农业”来缩小与发达国家的差距。

“数字农业”具有指导农业发展、加强市场监管和促进农民增收、更好的服务“三农”功能，实现农业产前、产中、产后的整个产业链条的一体化决策服务，更好地指导农业生产；建立的农产品网上推介展示系统，实现全国各级现有的龙头企业、名优特新农产品全部上网，集中展示，实现网上交易。“数字农业”将现代信息技术与农业的融合，能够实现在数字水平上应用前沿技术对农业的生产、农产品管理、储运、流通、市场配送、乡镇加工业、信息服务以及农业资源环境等整个农业产业链、产业群进行改造和重构，通过信息链改造产业链，更加合理地配置农业资源，加快现代农业产业结构调整的进程。

3、数字农业提高农业产品竞争力农产品要取得竞争优势，必然要在农业信息技术研究和应用上取得重大突破，促使先进的信息技术及时充分地应用到农业生产中去，加速数字农业全面向农业渗透，大幅度提高农业信息化整体水平，实现农业生产力水平、农产品质量的飞跃。发展数字农业，可以优化农村资源配置，降低生产成本，减少环境污染，增加农民收入，使农业向精确化、环保型和可持续方面发展，不仅可以加速实现农业现代化，而且可以提高农业的市场竞争力。只有不断提高农业技术水平，在关键领域达到并保持世界先进水平，才能迅速提高农业的国际竞争力。

4、数字农业保护农业生态环境

数字农业的根本目的就是强调最大限度地节省资源，以最少的投入，获得最高的经济收益和最佳的环境效益，重视环境保护和生态均衡，实现精准农业生产，以保持农业的可持续发展。数字农业不仅为大规模有效监测农业、资源、生态环境和灾害提供了基本的技术框架，可对农业生产的资源环境、生产状况、气象和生物性灾害等进行有效测报，有利于实现农业的减灾、防灾、农作物病虫害和畜禽疫病测报与防治，而且能够实现农业生产的自动化精确控制，根据各种变异情况实时实地采取相应的农事操作，可实现智能化的科学管理，提高农业的可控程度，从根本上减少了对非再生资源的利用和对化肥、农药的依赖，有利于节约各种农业物质资源，同时也能够减少消耗和农业对环境的污染，促进生态农业的发展，提高资源的利用效率，最大限度的提高经济收益和环境效益。

五、基于农业可持续发展的数字农业优先行动领域

在发展“数字农业”方面，要本着“有所为，有所不为”的原则，首先集中力量解决数字农业实现过程中的关键技术难点，在现阶段主要是完成必要的技术储备和相关软硬件的开发，保证“数字农业”持续稳步发展。

1、进行精准农业技术集成与示范

发展精准农业是数字农业的核心部分。精准农业作为一种数字、信息和知识管理农业生产系统的新理念，它的实践运用将对于推动应用现代数字技术、信息技术改造和提升我国传统农业科学技术与农业装备技术水平，倡导科学管理与经营农业生产过程的新思路，实现农业的跨越和可持续发展，都具有革命性的意义。精准农业主要是运用现代数字技术、信息技术、农业高新技术，并将其三者科学地相结合，致力于实现农业资源的高效利用，提高产出，节约投入，降本增效，采用高新技术，提高生产率，减少环境污染，实施可持续发展，适应当今建立农产品品质保障与食物链安全生产跟踪与产品安全认证技术体系的新要求，实现粮食的安全生产。主要进行地理空间信息技术的农业应用、农田空间分布信息快速采集先进传感技术与高效实时信息处理技术、农田土壤与作物生产精细化管理决策支撑技术、智能化变量作业与农业装备技术和系统集成与分析技术等科学技术的集成创新。精准农业不仅包括应用地理信息系统(GIS)技术绘制出田块内要素(如土壤养分、土壤水分、病虫草的数量及严重度等)的分布状况，农业机械根据图中要素值的大小调整操作；而且农业机械在田间操作时，应用传感器直接测定要素值，同时自动地通过农业模型确定施肥量和用药量等，再由农业机械自动化地调整操作。这样施肥、灌溉、用药等操作用量更为准确，可同时达到高产、优质、高效，并将对环境的污染减到最低程度。精准农业需要一系列现代高新技术的集成，我国尚处于探索“精准农业”实践的起步阶段，因此，必须建立试验基地，搞好精准农业生产技术的集成和示范。

2、制定统一的规范标准，重点解决元数据规范化

数字共享是“数字农业”科学工程的关键，也是当前“数字农业”中面临的主要问题，信息共享要首先解决数据标准化，同时要有一个适合中国国情的数据共享政策，在保护知识产权的前提下，应优先实现数据共享。而要实现数据共享就必须首先解决元数据管理和共享机制，进行总体统一设计。

元数据是关于数据集的数据，是数据集的说明或描述。元数据是一种数据共享机制，通过它可以起到提高系统的查询检索速度、提高系统分析效率的作用。在“数字农业”科学工程的实施过程中，通过元数据可以清晰有序地组织异地数据，元数据的建设、管理成功与否关系着“数字农业”科学工程建设的效率问题，甚至决定着“数字农业”科学工程成败。

3、建设农业数据仓库

农业数据仓库是实施数字农业科学工程的核心和基础。计算机农业数据库的广泛建立，是数字农业最基础的工作。农业数据仓库中包括基础数据库、数字农业专业数据库和其它数据库。基础数据库中包括基础地形数据库、专题图件数据库、DEM数据库以及遥感影像数据库等，多可以在数字地球框架下，以共享方式从国家公用数据库中获取。数字农业专业数据库包括标准法规数据库、农业生物数据库、农业环境资源数据库、农业经济数据库和收费数据库等。其它数据库包括代码数据库、社会经济统计数据库、多媒体数据库以及模型数据库、元数据库等。

4、加强“数字农业”基础设施建设，鼓励发展网络项目

在国家信息基础设施的基础上，以各级农业部门为依托，建设中央－省－市－县信息骨干高速宽带网络系统。即以省级农业信息中心为核心，上可与全国农业信息网对接，以各地(市)为枢纽，县(市)为网点，具有统一的数据规范和共享标准，无缝连接，可任意漫游和放大，通过因特网、局域网等信息网络技术，建立一个功能完善、性能优异、可拓展的农业综合信息网络系统并与其它网络互联，形成全方位的农业资源和经济信息网络系统，开辟数字化农业市场为全国农业服务的大平台。

精准农业的技术体系篇12

关键词：

农业物联网；信息技术；农产品；质量安全

我国农产品质量安全水平不断提升，但问题多发，究其原因，主要是农产品生产到消费供给链条长，影响因素多，单一的控制措施和单一的监管环节难以保障农产品质量安全。而农业物联网技术的发展为实现农产品“从农田到餐桌”的质量追溯体系的建立提供了技术保障[1～4]。2016年中央一号文件提出大力推进“互联网+”现代农业，其核心内容就包括“互联网+农产品质量安全”，即利用移动互联网、大数据、云计算和物联网等新一代信息技术，创新基于互联网平台的现代农业新模式，为全面提升农产品质量安全提供现代信息技术[5]。本文在调查研究山东省济南市“农业物联网”实践应用的基础上，总结经验，提出“农业物联网”发展急需解决的问题，引领物联网在农业上的健康发展，保障农产品质量安全。

一、农业物联网

（一）农业物联网的基本概念

农业物联网是物联网技术在农业领域的应用，是通过应用各种传感器设备和感知技术，采集农业生产、农产品流通以及农作物本体的相关信息，通过无线传感器网络、移动通信无线网和互联网进行信息传输，将获得的海量农业信息进行数据清洗、加工、融合、处理，最终通过智能化操作终端，实现农业产前、产中、产后的过程监管、科学决策和实时服务[6]。

（二）农业物联网的基本构成

农业物联网由信息感知层、信息传输层和信息应用层3层体系构成。信息感知层主要用于识别对象、采集信息。采集信息的设备包括二维码标签和识读器、标签和读写器、摄像头、传感器及传感器网络、全球定位系统和遥感技术等采集物理世界的数据和发生的物理事件。对于农业物联网来说，这一层次要解决的重点问题是感知、识别物体与采集信息，如土壤肥力，作物生长环境参数与苗情长势，空间定位信息，动物个体健康、行为和产能等信息。感知技术是农业物联网的关键，传感器是感知技术的核心[7～8］。近年来，农业传感器技术发展很快，主要包括农业环境传感器和农业动植物本体（生命）信息传感器[9～14]。信息传输层主要用于信息传递和处理，包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心、智能处理中心、专家系统等，其功能类似于人体的神经中枢和大脑[15]。由于农业环境的复杂性，农业物联网中的信息传输不是简单的将现有的通讯技术搬来使用，要根据不同情况选择不同的通讯方式；信息应用层是对传输过来的数据进行处理、融合、应用后，通过制定科学的管理决策，来控制农业生产的过程。由于农业具有生命特性和生态区域性特点，农业物联网应用很难用一种技术或模式解决问题，在实践上一般是面向特定应用领域（大田、设施、果园、畜禽等）的随需而变的物联网应用［16～17］。

（三）物联网在农业上的主要作用

目前我国农业物联网技术成果已经在农业生产、农产品信息追踪与监控及农业信息服务等方面显示出重要作用。

1.农业标准化生产。

采用不同的传感器元件来感应湿度、温度、pH值、土壤肥力以及光照强度、气压、二氧化碳浓度等农作物生长所需的参数，再通过数据处理，自动控制温度环境和灌溉、施肥作业，从而给植物生长提供最佳的生长环境。提高土地的产出率和农业抗御自然灾害的能力，减少面源污染，实现农业生产的标准化、精确化。

2.农产品信息追踪与监控。

近年来，国内食品安全问题多发，主要原因就是农产品从生产到销售缺乏监管，消费者的知情权较少，利用物联网技术建立从生产―加工―运输―销售全过程的监控和追踪系统，确保农产品全程都可被跟踪、监督，则可以将食品安全问题概率降至最低，从而确保农产品的品质和安全。

3.农业智能化信息服务。

农业物联网和大数据、移动互联网等新一代信息技术结合起来，从技术层面建立新型农业信息服务模式。智能农业实现农业生产全过程的信息感知、智能决策、自动控制和精准管理，农业生产要素的配置更加合理化、农业从业者的服务更有针对性、农业生产经营的管理更加科学化，是今后现代农业发展的重要特征和基本方向。“互联网+”集成智能农业技术体系与农村信息服务体系，助力智能农业和农村信息服务大提升。

二、济南市农业物联网技术的应用

农业标准化生产是实现农业现代化的基本前提，是提升农产品质量安全水平、增强农产品市场竞争力的重要保证。应用物联网技术是构建农业标准生产体系、提升农业精准化水平的有效途径，同时也将有助于构建网络化的农产品流通经营体系和现代化的农业智慧管理体系，是实现信息化技术在农业生产、经营、管理、服务等领域普及应用的坚实基础。

（一）济南市农业物联网技术发展思路

济南市在“互联网+农业”融合发展工作意见中指出，按照“政府引导、企业主体、务求实效、分类实施”的原则，深入推进农业物联网示范应用，在大田作物、设施农业、水产养殖、食用菌工厂化生产、农副产品加工等领域实施示范工程。

1.顶层设计，明确方向。

开发济南市农业物联网综合服务平台，推动一批农业物联网技术应用示范项目实施，通过实践逐步规范建设标准，形成“有政策引领、有资金支持、有建设标准、有技术支撑”的示范推广模式，为解决信息化技术在农业生产中的“三高”（投资成本高、人员素质高、规模化程度高）问题提供了强有力的保障。一是以农业新型经营主体为主要载体，开展物联网技术示范项目建设，并在实践的基础上制定农业物联网应用的“数字化、智能化、可控化、精准化”建设标准；二是积极试验推广适于农业生产、方便农民操作的低成本、简便化的“傻瓜”技术应用，确保农民用得起、用得上、有实效；三是在大宗农产品生产中，推广应用节水灌溉、测土配方施肥、农机定位耕种、病虫害远程诊断、质量安全追溯等物联网技术。

2.积极实践，示范引领。

济南市为推动农业科技进步，在农高区建设有“四园一校区”，即现代农业精品园、都市渔业精品园、生态能源示范园、名特优农产品博览园、新型农民培训学校。建成后的园区将具备成果展示推广、名优产品推介、学习体验休闲、科技教育培训等多项功能，逐步壮大成为济南市现代农业快速发展的引航基地。现代农业物联网技术便融汇其中，粮食、蔬菜、渔业等农产品生产销售、质量安全追溯、农民科技培训、市民休闲观光、农业成果推介等环节都会让人感受到“精准、智能、安全、生态、便捷”的现代农业气息。

（二）物联网技术在农业标准化生产中的应用

1.大田信息监测农业物联网。

2015年，济南市济阳县玉皇庙镇2.67hm2农田，开展小麦、玉米“四情”（苗情、墒情、病虫情、灾情）信息监测与智能化，包括农作物信息采集系统、农作物数据接收与传输系统、农作物监测管理系统、农业技术专家支撑系统、农业综合服务系统、农业生产指挥调度系统。利用农业物联网技术降低了农药、化肥的使用，节约了劳动力成本，促进农业增产，降低农业面源污染；通过监测数据，及时掌握小麦生长动态、气侯变化情况以及病虫发生发展趋势，改变了以往监测主要靠人工，费时费力效率低的问题，农业生产从“靠经验”转变为“靠科学”，农业生产指挥调度中心初步实现了远程化、可视化、网络化。

2.设施智慧农业物联网。

山东省农业科学院运用物联网数据系统，建设蔬菜大棚生产环境智能监测控制系统、蔬菜生产信息便携式采集系统、蔬菜生产远程视频系统、有机蔬菜产品质量全程追溯系统。通过实时监测农作物生产环境中的温度、湿度、pH值、光照、土壤养分、二氧化碳浓度等物理量参数，远程监控、精准施策，不仅节约资源、劳动力，更起到了改善产品品质和经济效益的作用；远程视频系统、现场全景漫游、企业秀和产品秀等现代先进信息化技术的应用，可以有助于树立品牌形象，提高社会影响。济南正庄现代农业园以国内外先进技术集成与自主创新技术相结合为原则，创立了当前国内“互联网+现代农业信息化系统”平台，实现了产前、产中、产后全过程精准农业物联网系统管理；山东安信种苗股份有限公司建有国内最大的智能化联栋玻璃育苗温室，将物联网技术引入温室大棚率先投资研发蔬菜集约化育苗物联网智能应用技术，对种苗培育过程及长势进行实时在线动态监测，实现对种苗的“管、控、营”一体化，提高产量，保证质量。山东向阳坡生态农业科技示范园采用“智农云宝”、“智农云端”、“智农云眼”、“智能云品”等系列物联网解决方案，为蔬菜产业实现了粗放式管理向精细化管理转变，农产品质量安全全程追溯和全景漫游的现代化管理。

（三）物联网技术在农产品质量安全追溯中的应用

农业物联网建设蔬菜生产便携式采集系统和生产全程管控及追溯系统，通过实时监控生产信息，规范栽培、采收、分级、包装、发货、销售等各流程环节的操作程序和档案记录，一方面生产者可以随时掌握最新的生产、销售信息，另一方面，消费者也能及时了解农产品生产全过程的信息。山东向阳坡生态农业科技示范园就建立了完成的蔬菜使用安全追溯体系，全力铸就安全、自然、健康的蔬菜品牌。济南市大唐现代农业示范园应用移动互联网、物联网、二维码、无线射频识别等信息技术建立农产品生产、加工、储运到销售的可追溯体系。通过信息采集、数据传输和信息查寻等功能，提供农产品标识信息和生产企业的质量安全信息。以“标准化生产、标识化追溯”为突破口，以二维条码、20位追溯码为载体，实现了网上（在济南市农产品质量安全监管网输入20位追溯码）、二维码扫描等方式的追溯，实现农产品的来源查证、去向追溯与责任定位。通过农业物联网技术的应用实现农产品质量安全追溯，保障农产品质量安全。

（四）物联网技术在农业信息化服务中的应用

济南市移动互联网技术开发了APP手机软件“掌上农机”，逐步实现农机信息精确化、农机管理精准化、农机生产精细化，为农民和机手提供更加及时便捷的信息服务；“农业病虫害远程监控信息系统”包括物联网数据采集监测设备、智能化云计算平台、专家服务平台、系统管理员和服务终端5大部分的系统构架，实现了对设施农业病虫害的实时监控和有效控制。将先进的信息技术手段应用于农业生产、管理、销售及服务整体水平，是农业现代化的重要标志。

三、济南市农业物联网应用存在的问题分析

（一）农业物联网成本问题

农业物联网基础设施建设具有一次性投入大、回报周期长的特点，决定了农业专业合作社、农业企业和基地等生产单位很难单独投入物力、财力用于物联网建设。无论是传感器硬件设备的配置、软件平台的建设，还是控制设备的搭建都需要大量资金的投入。目前，一套物联网设备，因其核心传感器的不同，价格从1万元到几十万元不等，普通的农户无力承担。此外，运行维护费用成本高，缺乏既懂农业技术又懂物联网的复合型人才加大了农业物联网市场推进的难度。

（二）农业物联网产业化程度有待提高

目前我国农业物联网技术应用总体处于试验示范阶段，规模小而分散，农业传感、控制设备等物联网关键技术产品难于实现批量生产，导致产品价格偏高，用户难于接受；农业物联网技术相关产品投放市场前缺乏严格质量检测控制，部分设备暴露在恶劣自然环境下，导致设备稳定性差、故障率高、维护成本高；后续技术服务落后，导致农业物联网产业发展缓慢。

（三）农业物联网技术标准研究与制定滞后

目前我国农业物联网技术标准还很薄弱，相关标准缺失，还没建立完整的农业物联网技术标准体系。信息接口、数据模型及数据交换等没有统一的标准，使得物联网技术在农业领域规范化应用发展受到制约，农业传感器标准化程度不够，可靠性难以保证，难于实现广泛的集成应用；传感网建设缺乏统一的指导规范，多采用自定义传输协议，随意性较大，系统设备之间容易相互冲突和干扰，影响了生产效率，也不利于农业物联网体系建立以及农业大数据的形成；感知数据的融合应用和上层应用系统的开发也没有标准可循，应用系统无法共享数据信息，不利于产业化技术发展[18]。

（四）农业物联网产业体系不完善

农业物联网是一项系统工程，需要产业链上下游各方的协同，也需要主管部门之间的有效统筹。但部门分割、缺乏整合的情况比较突出，这也是制约物联网产业化的一个重大因素。产学研合作不够紧密，科学研究与农业实践需求无缝对接的机制还没有形成。农业物联网技术距离直接服务于农民还有较大差距。以农户为根本，农户、企业、科研机构之间利益紧密结合的产业化体系尚未建立，科技成果产业化进程较慢。

四、促进济南市农业物联网发展的建议

（一）引入社会资本以降低农业物联网成本

目前，仅仅依靠民间资本市场自发投入难以驱动产业发展，必须依靠政府先行引导示范，培育需求。同时引入商业模式，吸引社会多元化资本参与，选择附加值高的领域，注重可持续商业模式的打造和培育，最终形成产业自身的生存发展能力。加速农村土地有序流转，推动农民权益入股，充分发挥土地规模化和集约化的生产效益，通过增加规模效益促进农业对农业物联网新技术的需求从而降低成本。加强原始创新开发低成本、高性能的在线监测技术，研发和生产具有自主知识产权的传感设备和产品，从源头上实现传感器生产成本的降低。

（二）提高农业物联网产业化程度

从产业发展方向和产业链发展思路出发，总体设计农业物联网研发的顶层构架，系统研究农业物联网应用急需解决的共性关键技术难题，鼓励大专院校、科研院所、IT企业等科研力量联合攻关，提高农业物联网科研成果的应用转化水平，真正把农业物联网产业做大做强。研制动植物生命信息感知技术产品，开发适合农村不同地理环境的高通量、低资费的信息通讯技术，支持闭环控制应用的终端技术，提高农业物联网技术产品的经济性、稳定性、适用性、准确性、可靠性。从建立培养机制、激励机制和竞争机制入手加快农业信息化队伍建设，建立信息技术尤其是物联网技术队伍。一方面，培养具有理论基础和实践能力的高层次农业物联网技术人才；另一方面，注重对现有农业物联网技术人员的后续教育和岗前培训。

（三）重视标准制定工作

把农业物联网标准体系建设作为农业物联网建设的重要内容来抓，在制定农业物联网总体发展规划和示范应用过程中，推行标准先行，尤其是在物联网应用的接口、接入与服务、产品设备研发等方面制定与国际接轨的标准体系，使我国拥有国际物联网标准的话语权[19]。由政府主导联合大学、科研院所与应用技术单位共同公关，组建农业物联网工程技术研究中心、农业物联网技术研究院，加快农业物联网标准制定与技术研发。

（四）建立完善的农业物联网产业体系要破解

济南市农业物联网发展存在的困局必须坚持“市场需求主导、政府公益引领、技术融合共享、信息安全有序”的原则，整合当前济南市农业信息化技术应用基础，以“互联网+”为抓手，以科研推广单位为依托，以农业龙头企业、农民合作社、家庭农场、农业示范园区、蔬菜标准园和生态循环农业示范园等新型经营主体为核心，通过顶层设计、项目引领、典型带动，做优存量、做大增量，促进各类信息化技术在现代农业发展中的普及应用，构建农业新型经营体系，培育“互联网+农业”新型行业态势，建立起综合的网络化农业管理体系、精准化农业生产体系、平台化农产品流通体系、信息化农村社会服务体系，提高济南市现代农业信息化水平，推进农业物联网在济南市的发展，保障农产品质量安全。

作者：赵领军 吴兵 赵艳 陈业兵 邓立刚 董燕婕 赵善仓 单位：山东省济南市农业信息中心 山东省农业科学院科研处 山东省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所

本文引用格式：

赵领军，吴兵，赵艳，等.农业物联网在农产品质量安全管理中的应用探讨———以山东省济南市为例［J］.农产品质量与安全，2016（3）：67－71.

参考文献

［1］汪旭晖，张其林.基于物联网的生鲜农产品冷链物流体系构建：框架、机理与路径［J］.南京农业大学学报（社会科学版），2016，16（1）：31－41．

［2］唐伟，张志华.“互联网+”绿色食品产业发展路径探讨［J］.农产品质量与安全，2015（6）：7－10.

［3］杨明升，周云龙.信息时代农产品质量安全管理模式创新研究［J］.农产品质量与安全，2015（6）：17－20．

［4］王向东，陈学斌，张爱敏，等.物联网再农业中的应用及前景展望［J］.农学学报，2016，6（1）：96－98．

［5］章力建.“互联网+”助力我国农产品质量安全提升［J］.农业科技管理，2015，34（5）：6－7．

［6］陈晓华.农业信息化概论［M］.北京：中国农业出版社，2012．

［7］李道亮.农业物联网导论［M］.北京：科学出版社，2012．

［8］李灯华，李哲敏，许世卫.农业物联网的发展及关键技术应用进展［J］.农机化研究，2014（4）：246－252．

［9］王新忠，刘飞，韩旭.土壤理化特性对土壤剖面水分传感器性能的影响［J］.农业机械学报，2012，43（11）：97－101．

［10］殷哲，雷廷武，董月群.近红外土壤含水率传感器设计与试验［J］.农业机械学报，2013，44（7）：73－77．

［11］殷哲，雷廷武，陈展鹏，等.近红外传感器测量不同种类土壤含水率的适应性研究［J］.农业机械学报，2014，45（3）：148－151．

［12］倪军，王婷婷，姚霞，等.作物生长信息获取多光谱传感器设计与试验［J］.农业机械学报，2013，44（5）:207－212．

［13］曹亮.基于物联网的农业转型升级研究［J］.仲恺农业工程学院学报，2014，27（2）：53－56．

［14］傅俊，曹春益.基于物联网的农产品质量溯源系统设计［J］.软件，2014，35（3）：9－10．

［15］秦怀斌，李道亮，郭理.农业物联网的发展及关键技术应用进展［J］.农机化研究，2014（4）：246－252．

［16］汪懋华.物联网农业领域应用发展对现代科学仪器的需求［J］.现代科学仪器，2010（3）：5－6．