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美国、加拿大精准农业发展实践
发布日期:2018-04-17 来源:农发中心  作者:东方城乡报  浏览:3489

    随着中国城镇化的发展,务农人员逐渐减少,“谁来种田”的问题越来越突出。同时,新型经营主体不断涌现,产业化农场的经营规模逐步扩大,农业带来的环境压力日趋增大,农业发展面临着诸多严峻考验。在国外,美国、加拿大等发达国家也曾经历过类似阶段,并在发展现代农业的过程中,不断探索出了精准农业的管理和发展模式,现已得到较大范围的推广应用。与传统农业的粗放式管理相比,精准农业作为现代农业的一种生产形式,更强调高新技术与农业生产结合,更加注重利用全球定位系统(GPS)、遥感技术和计算机技术,更加追求投入“精细”、管理“精准”、产出“精确”,促进农业发展稳定可控。

  当前,中国对于精准农业的内涵和外延、主要应用模式的认识尚不统一,相关政策的制定尚缺乏足够的实践支持。本文通过对美国、加拿大相关政府机构、科研院所和大型农场的精准农业发展状况的实地调研,总结其精准农业发展实践经验。

  ●美国、加拿大精准农业发展情况

  美国和加拿大农业走过了传统农业到现代农业的历程,并展现出精准农业、生态农业等不同表现形式。其中,精准农业随着现代信息技术的广泛应用不断发展壮大。两国农业部门均认为,精准农业作为现代农业的类型之一,是未来农业的发展方向,今后发展的空间无限、前景广阔。

  在美国,精准农业随着机械化、信息化、智能化的发展而逐渐发展起来。美国农业部自然保护局指出,精准农业是一种基于信息和技术的管理系统,采用定点技术和土壤、作物、营养物、害虫、湿度、产量等一种或多种来源的数据,实现收益最大化、可持续发展并保护环境,也就是说,精准农业的目标是实现农产品营养最大化、经济最大化和环保最大化。经过20世纪70—90年代的酝酿,从2002年开始,遥感技术、智能机械系统、计算机网络系统在美国农业耕作中得到了广泛的运用。2010年之后,精准农业技术与物联网相结合,掀起了美国精准农业技术的新浪潮,目前50%以上的农场在应用精准农业技术。

  在加拿大,精准农业随着现代农业的发展而不断壮大。加拿大农业部精准农业国际协会认为,精准农业是一种管理策略,主要通过使用大量的智能技术和最佳管理措施收集并处理数据,作为目标行动的指引,提高农业生产的精准度、效率和产量。从作用来看,精准农业可以帮助农民进行最有效地投入和产出,并降低对环境的影响。早在20世纪60年代,通过一系列政策的指导,加拿大农业就开始步入现代化进程,此后不断加入信息技术等现代科技要素,精准农业的特征不断强化,并因不同的技术而呈现不同的应用范围,75%的农场已普遍应用自动导航技术。

  总体而言,美国和加拿大的精准农业正处于蓬勃发展的时期,表现出较强的发展活力,呈现出以下几个方面的特点。

  精准农业应用范围广泛,精准管理、播种施药施肥和作业3个环节尤为突出

  目前,精准农业技术已应用到美国和加拿大农业发展的多个领域,通过现代信息技术、生物技术、工程技术等一系列高新技术在农业领域的广泛应用,使得在精量播种、变量施肥、精准用药、有效灌溉、无人操作等各个环节都有精准农业技术应用,种植养殖生产、生态资源环保等各个方面都能够使用到精准农业技术。美国农业部自然保护局认为,精准农业集中体现为5个方面的内容,即精准制导、精准变量施肥施药、精准变量播种、大数据、精准营养素应用。每个方面都有详细的精准控制要求,比如精准制导方面,通过把农田分为若干个地块,进行精准控制用种、药、肥等要素。地块越小,精准度越高(最低可精确到每平方米)。每个地块上,通过GPS绘制形成包括土壤肥力、海拔高度等不同维度的地面数据图,作为播种、施肥的依据。比如,根据不同肥力,通过变量播种,每英亩(1英亩≈0.405hm2)的玉米播种量可以在2万~3万粒进行调节。加拿大精准农业也有类似应用,在精准农业机械作业的基础上,通过精准氮肥施用(根据土壤和季节变化适时施肥),可减少过量氮肥施用而不会降低产量,该技术在魁北克省可降低24%的氮肥施用量;采用变量灌溉(VRI)技术,根据农田需求适时进行调控灌溉量,用水效率可提高26%。

  精准农业支撑要素较多,信息技术、现代农机装备等的应用必不可少

  精准农业的顺利实施,涉及现代生物、信息、机械、工程、化工等多种要素,既要采用传统生物技术,又要融入信息技术、现代农机装备,实现定位、定时、定量作业。从美国精准农业发展历程看,正是信息技术的突飞猛进,大数据的梳理分析,推动了精准农业的迅速应用。根据普渡大学2015年第17次全美国精准农业相关技术应用情况调研报告:GPS导航/自动控制技术和精准农业服务技术已分别被83%和82%的被访者应用,这两项技术的应用在过去十几年呈现出迅速增长的趋势,基于GPS的喷药控制使用达到74%,GPS导航/人工控制达到63%,卫星/航空影像的应用达到51%。当然,无论是数据的采集,还是作业的执行,都离不开现代农机装备的应用。比如在联合收割机上配置计算机、产量监视器和GPS接收机,就构成了作物产量监视系统。对不同的农作物需配备不同的监视器,如监视玉米产量的监视器。当收割玉米时,监视器记录下一株玉米所收穗数和产量,同时GPS接收机记录下收割该株玉米所处位置,通过计算机最终绘制出一幅关于每块土地的产量分布图。

  精准农业发展动力各异,效益引导、环境保护和技术研发十分关键

  分析多年来美国、加拿大精准农业发展的历程可以看到,两国共同的国情是地广人稀,单纯靠机械粗放式生产越来越难以持久,亟须根据土地的承受情况优化农业生产投入品的使用,形成提高农业生产率和保护环境的解决方案。在实践中,形成了以下3方面的引导举措。

  (1)效益引导。美国和加拿大农业部门都认为,是否采用精准农业技术,关键是看效益对农场主的吸引力。其中,农场面积越大,精准农业成本的分摊效果就越低,越容易使得农场主愿意采用。在回答“精准农业设备的投入是否能实现产量的提高和农业投入品的高效利用”问题时,美国佐治亚州西南部若干从事精准农业的大型种植户认为,增加产量是他们的主要动机。在位于马里兰州科尔多瓦城的肯赛尔农场,在农业机械上投入8.5万美元,在各类仪器设备投入3万美元,这些农机装备一般在2~3年能收回成本。加拿大尼亚加拉农业环境科研创新研究所的专家认为,即使采用新的信息技术,如果农民看不到效益、不能节省成本,也不会应用精准农业技术。

  (2)环境保护。为了防止农作物肥药施用量过多带来的环境问题,美国强调营养元素管理,提出了4R计划,即正确的营养元素、正确的营养元素用量、正确的施用时间、正确的施用区域。据介绍,农场主可以委托中介机构制订营养元素计划,费用可以申请政府资助。

  (3)技术研发。精准农业伴随着技术的更新升级而不断壮大,加拿大尼亚加拉农业环境科研创新研究所的专家认为,采用精准农业正在推动农民由过去的靠经验种地变为靠数据支持种地。靠科学家种地正在成为农民的现实选择。


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