農(nóng)村研究論文-現(xiàn)代精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)及我國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化是相對(duì)于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)而言的，其實(shí)質(zhì)體現(xiàn)了當(dāng)代科學(xué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的綜合應(yīng)用，它是一個(gè)歷史的、動(dòng)態(tài)的概念。在經(jīng)歷了原始農(nóng)業(yè)、傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)、工業(yè)化農(nóng)業(yè)（石油農(nóng)業(yè)或機(jī)械化農(nóng)業(yè)）后，農(nóng)業(yè)正在進(jìn)入以知識(shí)高度密集為主要特點(diǎn)的知識(shí)農(nóng)業(yè)發(fā)展階段，將現(xiàn)代信息技術(shù)、生物技術(shù)和工程裝備技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精準(zhǔn)（PrecisionAgriculture），已成為發(fā)達(dá)國(guó)家面向21世紀(jì)的現(xiàn)代知識(shí)農(nóng)業(yè)的重要生產(chǎn)形式。1、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中的某種形態(tài)或農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形式由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)（農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平）和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)組織形式（農(nóng)業(yè)生產(chǎn)關(guān)系）所決定。影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形式的主要外界因素有農(nóng)業(yè)自然資源保障系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)及農(nóng)村勞動(dòng)力資源、農(nóng)業(yè)自然條件和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)條件及社會(huì)生產(chǎn)力水平4個(gè)方面。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率較低，大量勞動(dòng)力被束縛在農(nóng)業(yè)上。通過大量高能耗工業(yè)產(chǎn)品（機(jī)械、化肥、農(nóng)藥、燃油、電力等）的投入來維持系統(tǒng)的產(chǎn)出。機(jī)械化農(nóng)業(yè)的主要優(yōu)勢(shì)是大幅度地提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率，但也遇到了許多問題：如土地壓實(shí)、水土流失、地下水及地表水污染，農(nóng)藥的使用導(dǎo)致了嚴(yán)重的公共衛(wèi)生和環(huán)境方面的問題，品種基因單一化的危害、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的下降，水土資源及能源制約等。這種農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境的壓力促使科學(xué)家和農(nóng)民努力尋求一種在繼續(xù)維持并提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的同時(shí)，又能有效利用有限資源、保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的新的可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，并進(jìn)行了多種探索，提出了多種解決途徑，如自然農(nóng)業(yè)、有機(jī)農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)，等等。90年代以來，隨著全球定位系統(tǒng)（GPS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、農(nóng)業(yè)應(yīng)用電子技術(shù)和作物栽培有關(guān)模擬模型以及生產(chǎn)管理決策支持系統(tǒng)(DDS)技術(shù)研究的發(fā)展，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)已成為合理利用農(nóng)業(yè)資源、提高農(nóng)業(yè)作物產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本、改善生態(tài)環(huán)境的一種重要的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形式。2、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的技術(shù)體系精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代信息技術(shù)、生物技術(shù)、工程技術(shù)等一系列高新技術(shù)最新成就的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種重要的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形式，其核心技術(shù)是地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、遙感技術(shù)和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)是一個(gè)綜合性很強(qiáng)的復(fù)雜系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)低耗、高效、優(yōu)質(zhì)、安全的重要途徑。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系的構(gòu)成見表1。2.1現(xiàn)代信息技術(shù)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)從90年代開始在發(fā)達(dá)國(guó)家興起，目前已成為一種普遍趨勢(shì)，英美法德等國(guó)家紛紛采用先進(jìn)的生物、化工乃至航天技術(shù)使精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)更加精準(zhǔn)。美國(guó)把曾在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中運(yùn)用過的衛(wèi)星定位系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，這項(xiàng)技術(shù)被稱為精準(zhǔn)種植，即通過裝有衛(wèi)星定位系統(tǒng)的裝置，在農(nóng)戶地里采集土壤樣品，取得的資料通過計(jì)算機(jī)處理，得到不同地塊的養(yǎng)分含量，精準(zhǔn)度可達(dá)1-3m2。技術(shù)人員據(jù)此制定配方，并輸入施肥播種機(jī)械的電腦中。這種機(jī)械同樣裝有定位系統(tǒng)，操作人員進(jìn)行施肥和播種可以完全做到定位、定量。還可將衛(wèi)星定位系統(tǒng)安裝在聯(lián)合收割機(jī)上，并配置相連的電子傳感器和計(jì)算機(jī)，收割機(jī)工作時(shí)可自動(dòng)記錄每平方米農(nóng)作物產(chǎn)量、土壤濕度和養(yǎng)分等的精數(shù)據(jù)?，F(xiàn)代信息技術(shù)的特點(diǎn)是應(yīng)用地理信息系統(tǒng)將土壤和作物信息資料整理分析，制成具有時(shí)效性和可操作性的田間管理信息系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、遙感技術(shù)以及計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)，根據(jù)空間每一操作單元的具體條件，通過調(diào)整資源投入量，達(dá)到增加產(chǎn)量、減少投入、保護(hù)農(nóng)業(yè)資源和環(huán)境質(zhì)量的目的。同時(shí)在農(nóng)田經(jīng)營(yíng)管理決策的環(huán)節(jié)上，可根據(jù)不同情況選擇單純獲取高產(chǎn)，以適量投入，獲取較好經(jīng)營(yíng)利潤(rùn)或減少資源消耗、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等多種不同優(yōu)化目標(biāo)。這項(xiàng)技術(shù)的構(gòu)成包括空間定位的農(nóng)作物產(chǎn)量信息采集技術(shù)和土壤信息定時(shí)采集技術(shù)、農(nóng)田地理信息系統(tǒng)定時(shí)更新技術(shù)及空間定位的農(nóng)業(yè)投入控制系統(tǒng)等。2.2生物技術(shù)現(xiàn)代生物技術(shù)從廣義上講主要包括基因工程、細(xì)胞工程和微生物工程等，最富有生命力的核心技術(shù)是基因工程?，F(xiàn)代生物技術(shù)最顯著的特點(diǎn)是打破了遠(yuǎn)緣物種不能雜交的禁區(qū)，即用新的生物技術(shù)方法開辟一個(gè)世界性的新基因庫(kù)源泉，用新方法把需要的基因組合起來，培育出抗病性更強(qiáng)、產(chǎn)量更高、品質(zhì)更好、營(yíng)養(yǎng)更豐富，且生產(chǎn)成本更低的新作物、新品種；另外還具有節(jié)約能源、連續(xù)生產(chǎn)、簡(jiǎn)化生產(chǎn)步驟、縮短生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成本、減少環(huán)境污染等功效。如美國(guó)把血紅蛋白轉(zhuǎn)移到玉米中，不僅保持了玉米的高產(chǎn)性能，而且提高了它的蛋白含量?？罐D(zhuǎn)基因水稻、玉米、土豆、棉花和南瓜等已在美國(guó)、阿根廷、加拿大數(shù)百萬公頃土地上試種。1998年，全世界利用原生質(zhì)體培養(yǎng)技術(shù)已成功地開發(fā)了100多種再生植物，轉(zhuǎn)基因牛、羊、豬和魚也培育成功。美國(guó)是采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)最多的國(guó)家，1998年轉(zhuǎn)基因作物播種面積達(dá)2050萬hm2，是1997年的2.5倍；目前其轉(zhuǎn)基因種子播種面積已占大豆播種面積的36%，占玉米播種面積的45%。阿根廷是繼美國(guó)之后大量采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)的國(guó)家，1998年轉(zhuǎn)基因作物播種面積達(dá)550萬hm2，是1997年的4倍，其中75%的大豆播種面積采用經(jīng)過改變基因的豆種。加拿大轉(zhuǎn)基因作物播種面積從1997年的130萬hm2，增加到1998年的280萬hm2；50%的大豆和玉米播種面積采用了經(jīng)過基因處理的種子。微生物農(nóng)業(yè)是以微生物為主體的農(nóng)業(yè)。微生物在合成蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素、各種酶方面的能力比動(dòng)物、植物高上百倍；微生物還可利用有機(jī)廢棄物，變廢為寶、保護(hù)生態(tài)環(huán)境。利用有益微生物，不僅可獲得大量生物量，用于制作食用蛋白質(zhì)以及脂肪、糖類等專門食品，而且在生物防治、土壤改良方面也有突出表現(xiàn)。日本研制的EM(含80余種微生物的生物制劑)，被稱為可以挽救地球的有效微生物群。施用EM可少用或不用化肥、農(nóng)藥和抗生素藥物，凈化環(huán)境，。2.3工程裝備技術(shù)現(xiàn)代工程裝備技術(shù)是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系的重要組成部分，是硬件，其核心技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)；在現(xiàn)代精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中，應(yīng)用于農(nóng)作物播種、施肥、灌溉和收獲等各個(gè)環(huán)節(jié)。精準(zhǔn)播種。將精準(zhǔn)種子工程與精準(zhǔn)播種技術(shù)有機(jī)結(jié)合，要求精準(zhǔn)播種機(jī)播種均勻、精量播種、播深一致。精準(zhǔn)播種技術(shù)既可節(jié)約大量?jī)?yōu)質(zhì)種子，又可使作物在田間獲得最佳分布，為作物的生長(zhǎng)和發(fā)育創(chuàng)造最佳環(huán)境，從而大大提高作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)和太陽能的利用率。精準(zhǔn)施肥。要求能根據(jù)不同地區(qū)、不同土壤類型以及土壤中各種養(yǎng)分的盈虧情況，作物類別和產(chǎn)量水平，將N、P、K和多種可促進(jìn)作物生長(zhǎng)的微量元素與有機(jī)肥加以科學(xué)配方，從而做到有目的地肥，既可減少因過量施肥造成的環(huán)境污染和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降，又可降低成本。要求有科學(xué)合理的施肥方式和具有自動(dòng)控制的精準(zhǔn)施肥機(jī)械。精準(zhǔn)灌溉。在自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制條件下的精準(zhǔn)灌溉工程技術(shù)，如噴灌、滴灌、微灌和滲灌等，根據(jù)不同作物不同生育期間土壤墑情和作物需水量，實(shí)施實(shí)時(shí)精量灌溉，可大大節(jié)約水資源，提高水資源有效利用率。精準(zhǔn)收獲。利用精準(zhǔn)收獲機(jī)械做到顆粒歸倉(cāng)，同時(shí)可根據(jù)一定標(biāo)準(zhǔn)確分級(jí)。3、我國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向我國(guó)各地的自然條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件差異明顯，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平差距較大，農(nóng)業(yè)集約化總體水平較低。表2示出1994年中印日美4國(guó)農(nóng)業(yè)集約化程度及世界的平均水平?？梢钥闯?，我國(guó)農(nóng)業(yè)具有以下特點(diǎn)：1）農(nóng)業(yè)人口人均耕地面積小，僅為世界平均水平的1/5；低于印度、日本，同美國(guó)相差甚遠(yuǎn)。2）農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平低。每萬公頃拖拉機(jī)擁有量，僅約為世界平均水平的34.7%，甚至低于印度的水平。3）化肥投入水平高。每公頃化肥投入量是世界平均水平的3.37倍，高于美國(guó)，但低于日本。同農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)農(nóng)業(yè)集約化水平較低，要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化，是繼續(xù)走農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已走過的以犧牲土質(zhì)、環(huán)境及使用對(duì)人類健康有不良影響的大量依靠農(nóng)藥、化肥的石油農(nóng)業(yè)發(fā)展道路，還是利用現(xiàn)代信息技術(shù)、生物技術(shù)和工程裝備技術(shù)發(fā)展具有中國(guó)特色的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，答案是不言而喻的。應(yīng)根據(jù)我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展所面臨的資源環(huán)境問題，走具有中國(guó)特色的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展之路，實(shí)現(xiàn)我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。3.1重點(diǎn)發(fā)展節(jié)水、節(jié)肥精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系1）實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉，提高水資源利用率。水資源短缺是我國(guó)許多地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要制約因素。據(jù)測(cè)算，我國(guó)全年降水量約為6.19萬億m3，其中約55%消耗于陸面蒸發(fā)，只有45%轉(zhuǎn)徑流和地下水，實(shí)際利用率不到10%（約5000億m3）。當(dāng)前我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉用水面臨的主要問題是灌溉農(nóng)區(qū)面積約5000hm2，其中渠灌面積較大，多屬粗放型灌溉模式。在華北井灌區(qū)特別是華北平原地區(qū)，自從將兩年三熟制改為一年兩熟制后，水分虧缺部分全靠超采地下水來彌補(bǔ)，地下水位連年下降，給北方灌溉農(nóng)業(yè)造成嚴(yán)重威脅。同時(shí)我國(guó)農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力巨大。我國(guó)渠灌面積約3900hm2，井灌面積1100多萬hm2，合計(jì)約5000萬hm2。渠水灌溉的利用率約為0.3，井水灌溉利用率約為0.5，兩者加權(quán)平均值為0.35左右，與發(fā)達(dá)國(guó)家0.7-0.9的利用率相比，差距巨大。有關(guān)部門測(cè)算，如將農(nóng)業(yè)用水（按4000億m3計(jì)算）的利用率提高0.2，即達(dá)到0.55，則可節(jié)水800億m3。山東海陽引進(jìn)以色列技術(shù)，建成約33hm2（約500畝）果園自動(dòng)化控制微噴工程，采用微機(jī)控制。根據(jù)土壤吸水能力、蘋果生產(chǎn)階段和氣候條件等因素，定時(shí)、定量、定位給果樹供水。據(jù)有關(guān)專家測(cè)算，糧田自動(dòng)化噴灌可節(jié)水30%-40%；省地1.5%-2.0%；果園和菜園的微灌可節(jié)水50%-60%；防滲渠道與土渠相比可節(jié)水約50%。有研究認(rèn)為，北京市耕地面積與以色列耕地面積基本相同，但北京市水資源總量和農(nóng)業(yè)用水量都約為以色列的2.4倍，如采用精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)戰(zhàn)略，以管道灌溉、噴灌、滴灌和滲灌等方式取代大水漫灌，在產(chǎn)量上達(dá)到以色列現(xiàn)水平，可節(jié)水約2/3，即約18億m3。2）實(shí)施精準(zhǔn)施肥，提高化肥資源利用率據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)，化肥對(duì)糧食的貢獻(xiàn)率約占40%。我國(guó)能以占世界7%的耕地養(yǎng)活占世界22%的人口，應(yīng)該說化肥在其中起了重要作用；但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，從1980-1995年的十幾年間，化肥施用總量增加了183.1%，年均遞增率達(dá)7.2%。1995年化肥總施用量約達(dá)3600萬t，而同期糧食總產(chǎn)只增加了46.6%，年均遞增率僅為2.7%。期間化肥投入所生產(chǎn)的糧食由31.5kg.kg-1下降至17.70kg.kg-1。我國(guó)化肥施用的突出問題是結(jié)構(gòu)不合理，利用率低。據(jù)大量試驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)，平均單產(chǎn)6500kg.hm-2的谷物，1季產(chǎn)量從土壤中帶走N100.5-169.5kg，P2O549.5-75.0kg，K2O120.0-175.5kg，N，P，K比例為1：0.45：1。我國(guó)許多省區(qū)都存在過量施用氮磷化肥，鉀肥施用不足的問題。1995年我國(guó)N，P，K實(shí)際施用比例為1：0.43：0.17。由于農(nóng)田復(fù)種指數(shù)和作物產(chǎn)量的大幅度提高，有機(jī)肥施用量下降，化學(xué)鉀肥投入不足，我國(guó)土壤缺鉀面積日益擴(kuò)大。國(guó)外文獻(xiàn)報(bào)道，氮肥平均利用率可達(dá)50%-60%，當(dāng)季利用率磷一般為10%-30%，鉀為20%-60%。據(jù)我國(guó)有關(guān)學(xué)者的研究，我國(guó)N，P，K平均利用率分別為35.0%，19.5%和47.5%，可見我國(guó)氮素化肥利用率低于世界平均水平，不僅浪費(fèi)了資源、增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，而且未被作物吸收利用的氮素向大氣揮發(fā)、向水體淋溶，形成對(duì)環(huán)境的污染。近年來我國(guó)農(nóng)田微量元素缺乏面積不斷擴(kuò)大，而目前施用微量元素肥料的面積僅約1600萬hm2，為缺乏微量元素面積的11.3%。在我國(guó)通過實(shí)施精準(zhǔn)施肥技術(shù)，不但可以提高化肥資源利用率，還可以降低成本，提高作物產(chǎn)量。3.2發(fā)展精細(xì)設(shè)施農(nóng)業(yè)所謂設(shè)施農(nóng)業(yè)是指應(yīng)用某些特制的設(shè)施來改變動(dòng)植物生產(chǎn)發(fā)育的小氣候，達(dá)到人為控制其生產(chǎn)效果的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形式。設(shè)施農(nóng)業(yè)主要有：1）設(shè)施種植業(yè)，如溫室栽培、塑料大棚栽培、無土栽培；2）設(shè)施畜牧業(yè)，如畜禽舍、養(yǎng)殖場(chǎng)及草場(chǎng)建設(shè)等。利用現(xiàn)代信息技術(shù)、生物技術(shù)和工程裝備技術(shù)，進(jìn)行設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，即為精細(xì)設(shè)施