李蒙 田红荔 张爽

摘 要 虽然我国农业机械化程度大幅度提高，但精准农业技术目前仍主要应用于实验田，尚未实现规模化应用，需要采取相关措施，推进其发展。基于此，按照理论研究进展-推广实践进程-产生问题-提出对策的思路，分析国内外精准农业的研究进展，着重论述了我国精准农业应用推广的实践进展和存在的问题，并提出了相关的解决对策。

关键词 精准农业;应用推广;规模化

中图分类号：F323.3 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.27.046

精准农业的概念和设想是美国于20世纪80年代初提出的，是建立在高新技术基础之上的新型农业，是高产、优质、高效的现代化农业生产模式和技术体系[1]。精准农业是利用3S等技术对影响农作物生长的各生态因子进行精确管理，把灌溉、播种、施肥和田间管理等各项农业支出控制在最理想范围内，增加收入，减小污染，实现综合利益最大化。目前，围绕精准农业出现的各种先进技术、设备不断应用于生产实践，如农机卫星导航自动驾驶系统、变量施肥播种机、植保无人机等大量技术设备已在我国多地试验田投入使用，即将进入规模化应用阶段。

1 精准农业的研究进展

1.1 国外研究进展

美国的农业计算机网络系统覆盖整个国家，同时联通了加拿大6个省和其他7个国家，信息连通农业部、农业署、科研机构、高校和众多农业企业，农业信息的获取采集、分析整理、审核和传输与发布都由美國农业部统筹管理。美国空间网络技术发展迅速，卫星导航控制大型农业机械实现播种、施肥、喷药、收割、翻耕一体化作业技术已十分成熟，精准农业已在绝大部分农田实现规模化应用[2]。

德国基本实现精准农业的规模化应用，卫星遥感监测和GPS定位控制系统已在农业生产中被广范应用。地面站、GPS空间卫星与大型农业机械组成控制网，指挥集成了决策控制系统的大型机器设备，实现了从整地、播种、灌溉、管理到收获的全程自动化，极大提高了生产效率。

日本、韩国等国家国土面积小，耕地紧张，高效率、高产量一直是这些国家追求的目标，精准农业的低耗高产恰好可以解决这一问题，因此该地区精准农业发展具有重要的战略意义。日本、韩国的精准农业理论和技术发展非常快，同时发达的工业为农业物联网、农业机器人技术的广泛运用提供了巨大支持[3]。

1.2 国内研究进展

查询中国农业农村部网站2018—2019年发布的报道显示，与精准农业相关的报道达415篇，主要介绍了现代化农业技术在各省的应用进展。其中，北京市和河北省精准农业技术发展最为迅速，应用推广实践较国内其他省份超前;其次是黑龙江省和新疆地区，以各大农场为实验基地，精准农业技术发展速度较快。中国知网上关于精准农业的文献2 000余篇，内容涉及3S技术的综合应用、智能专家决策系统的开发、5G网络支持下的农业物联网构建、地面信息综合采集技术的研发、地面智能化农机研发和应用等各个方面。

我国从20世纪80年代开始研究农作物耕作栽培智能决策系统。20世纪80年代中科院合肥智能机械研究所研发了小麦施肥专家咨询系统。20世纪90年代我国精准农业发展加快，国家“十五”时期将发展精准农业技术、提高农业生产水平作为科技战略重点[4]。国家863计划在全国20个省市开展了“智能化农业信息技术应用示范工程”[5]。2010年底，系统研究了一般大田作物和少数温室作物生理模式与高光谱遥感数据的对接体系，建立了生产管理决策系统。在此期间，国内还研发了具有国际领先水平的光纤式农田土壤有机质含量检测仪，开发了具有通信和定位能力的农机机载控制终端[6]。2011年起，物联网技术给精准农业带来了新活力，如何围绕农作物的生长建立信息采集系统是农业物联网要解决的关键问题。南京农业大学研发了适用于大规模农业生产的农田感知与智慧管理系统，该系统可以完成大规模作物信息采集和处理，能够引导大型联合收割机自动作业，引导精准播种机和变量施肥机等农业机械按预设程序工作。江苏省农科院农业设施与装备研究所研发了变量施肥播种机、搭载GPS导航定位系统的平移式变量喷灌机等智能化农业机械设备。中国工程院在中国农业大学成立了精细农作研究中心，开展了3S技术对接试验、作物测产技术体系、土壤水分测试及农产品影像分级等一系列研究。吉林大学陈桂芬[7]利用空间数据挖掘技术，提出解决玉米精准施肥、土壤肥力评价、地力等级分类和产量预测等问题的新方法，应用于玉米精准作业智能决策系统。

2017年7月，国务院《新一代人工智能发展规划》指出，要研制农业智能传感器与自动控制系统，大力发展智能农业装备[8]。原农业部公布数据显示，2017年批复中国农业大学精准农业项目，总投资3 800余万元，用于购置土壤三相测定仪、多功能谷物近红外分析仪、田间灌溉监控系统、小麦播种计量系统、玉米精密播种计量系统、自走式田间作业轨迹监控系统、高性能信息处理系统与服务器、田间土壤综合监测系统、田间作业数据采集系统、作物病虫害防治及效果监测系统、田间土壤肥力监控系统、土壤变异性采集分析仪、田间测产系统、远程遥控作物长势监控设备、植物生长（根系）监测系统和光合作用测定系统，作物蒸发蒸腾测量仪、便携式激光叶面积仪等仪器设备。

2 我国精准农业应用推广现状

我国精准农业应用推广实践发展速度较快。北安管理局逊克农场、红色边疆农场、赵光农场和红星农场等大型国有农场在农业管理上涉及了精准农业技术，使用GPS面积仪测量土地面积、使用农田无线传感监测技术了解农作物生长情况;同时，也广泛应用了施肥信息化管理系统、自动导航技术和播种监控技术、智能产量监测技术、农药变量喷洒技术和农机调度系统等。总体来看，黑龙江垦区精准农业技术规模化应用程度较高。

吉林省永吉县拥有以万昌镇为核心的万公顷绿色水稻生产基地，为适应机械化的需要，传统水稻田被改成2 000 m2的标准方条田，采用组合式轨道渠埂，实现渠埂一体化，集成飞机航化、水稻机械化钵育摆栽等技术，实现增温、节水、保肥、高产、早熟，应用了“互联网+精准农业”系统，使消费者对大米生产从育种到成品全程可视。

2016年，在赵春江院士团队“全程机械化”方案指导下，河北省实现了由单个试验向多群体示范的转化，智能化精准施肥及肥料深施技术、小麦秸秆覆盖和玉米高速精播配套技术、玉米高速精播与对行淋灌高效节水配套技术、小麦联合收获实时计产技术、拖拉机无人驾驶技术均比较成熟[9]。2018年，河北省建立了30个全程机械化示范县和60多个农机合作社，“物联网+精准作业”“智慧农场”等应运而生，依托农业物联网的强大功能，许多“智慧农场”实现了农机管理信息化、田间作业智能化、生产过程数字化、经营服务网络化[8]。河北省农业的发展方向是在现代科技支持下的全智能化精准农业。2019年，国家北斗卫星导航系统组网成功，国家高分一号卫星、高分二号卫星投入使用，对我国精准农业发展提供了强大的技术保障，在卫星精确导航的引导下，搭载激光测距雷达及主动识别系统的无人机完成了首次全自动无人驾驶作业。

在北京小汤山精准农业示范区的带动下，北京周边各县不断探索蔬菜生产全程机械化技术，以激光平地技术、北斗导航无人驾驶技术为代表的精准农业技术得到了应用和推广，蔬菜产业也得到了前所未有的发展。

山东省利用3S、5G技术和自媒体发展精准农业，利用大数据和“互联网+”等信息技术，搭建农产品电商平台，加快农业生产、生态、生活功能的融合发展。济宁市汶上县“三农云”服务平台覆盖了最新最全的“三农”分类信息，充分利用物联网、云计算等信息技术，对“三农”产业进行精准服务。

我国一、二级阶梯的多山省份，地形复杂，技术落后，人才短缺，耕地面积少，土地集约化水平很低，不利于发展机械化，而国家的西部大开发计划和中部崛起计划对中西部地区农业发展起到了很大的推动作用。但是由于精准农业的推广起步较晚，实现规模化应用还需时日。

3 我国精准农业应用推广中存在的问题

3.1 自然条件限制

我国地形复杂，气候多样，大范围整块耕地不多，3S技术、大型联合农机、飞机喷药等一系列先进的技术应用受到限制。例如适于小麦精准农业技术生产的最小面积约为85.6 hm2，而在我国现有的分配制度下，农民无法拥有如此大面积的耕地[5]。多数精准农业技术装备只有我国东部平原区和新疆地区大型国家级试验田和大型国有农场中才有使用，而地处一级、二级阶梯上的省、市、自治区则只能发展有各自特色的现代化农业。此外，在一些农机无法使用的山地地区，还在沿用最原始的耕作方式。自然条件在很长一段时间内是制约我国精准农业发展的重要限制性因素。

3.2 土地集约化利用程度低

我国现行的土地所有制赋予了农民土地耕作自主权，同时也增加了土地利用的任意性。同时，由于我国农业人口数量大，每户所能支配的耕地面积非常少，再加上各农户选择种植的农作物不同、相同农作物品种差异和各户农田管理水平的差异，使大范围土地被切割成细小的田块，导致土地的集约化利用程度非常低，不利于制定科学统一的管理决策体系，很大程度上限制了精准农业的规模化发展。

3.3 农业产业链单一

我国传统农业产业链非常短，仅包括播种、田间管理、收获、进入市场4个过程。播种阶段包括种子、肥料、农药的购买和人工播种;田间管理包括灌溉、除草和追肥;收获主要靠人工完成;直接卖给粮库或者粮商。由于产业链的单一，农民在市场中处于被动地位，收入很低。目前，传统产业链在逐渐转变，最先变化的是销售环节，很多农民开始搞网络直销，产品不再供给粮商，而是通过电商平台直接与消费者对接;然后是田间管理，开始向现代化农业转型。然而，我国的农业产業链还没有彻底转变，尚末建成成熟的新式产业链。

3.4 劳动力素质限制

随着社会发展，特别是网络时代的到来，我国农民文化水平有显著提高，农民可以利用网络进行信息获取和农产品交易，也可以操作一些有一定技术含量的设备进行农业生产，如小型喷药无人机和中小型联合收割机等，但是精准农业技术是一个“空-天-地”一体化的系统性工程，需要专业素质很强的团队来操作，普通农民无法完成。因此，我国绝大部分地区精准农业模式仍然停留在实验田中，要进行大范围普及还需要全方面提升劳动力素质。

3.5 技术限制

我国精准农业理论体系已基本完备，很多先进技术和设备已投入使用，但是仍然不能形成完整的系统。首要问题是信息的获取和传输，比如变量施肥机的应用必须以获得目标耕地整体土壤养分精确信息为前提，但是大范围耕地土壤养分速测设备仍然是技术缺口。同时，土壤养分信息如何自动传输给机器和卫星，尚末解决。此外，大部分先设备仍依赖进口，价格较高，一般的农业生产无法接受，而国内自主研发尚不成熟。

4 促进我国精准农业应用推广的措施

4.1 合理土地流转，促进土地集约化利用

在国家政策的支持下，建立合理的土地流转制度，改变农户分散经营、小规模耕作为主的传统土地利用模式。农村土地流转是促进传统农业向现代农业集约化发展，实现农业规模化、机械化、现代化和标准化的重要手段。目前，我国农村土地流转程度提高，流转过程趋于合理化、规范化、组织化。而通过土地流转，土地集中在少数管理者手中，方便采取相同的经营管理措施，能够为精准农业的应用打下基础。

4.2 改变传统思维，构建新型农业产业网

在土地流转的基础上，促使土地的经营管理者转变传统思维和耕作方法，增加产业链长度和宽度，建立和完善农业综合体系，建立从农作物播种到收获再到投放市场的信息技术体系。农民可以利用3S技术和物联网技术进行农业管理，利用互联网、手机平台进行作物生长、管理的直播，利用云计算等现代信息技术处理田间信息和消费者反馈的信息，利用大数据、“互联网+”、5G网络等信息技术，发展农产品电商平台，加快农业生产、生态、生活功能的融合发展，进而构建新型农业产业链。

4.3 提高农民素质，打造新型农民

在转变农民传统观念的基础上，支持科技人员下乡对农民进行专业培训，加深农民对精准农业的认识，提高农民对现代化农业设备的应用能力。同时，通过培养大学生村官，让有知识、有文化、有技术的大学毕业生甚至是研究生进入农村，成为具备先进理论和管理方法并掌握先进技术的新型农民。

4.4 提高科技水平，加强自主研发能力

我国对精准农业项目的扶持力度很大，各级研究院所和高校从国外进口了许多先进设备，而这些设备主要被应用在实验田中，主要原因是其价格高昂，没有办法普及。根据我国农业现状，要想实现精准农业的规模化应用，必须降低设备的使用成本，这就要求科技工作者要加强先进农业技术设备研发能力，制造出适合我国现有精准农业发展水平的仪器设备和农业机械装备，降低成本，提高效率，为我国精准农业进一步发展提供支持。

5 结语

我国精准农业技术发展较快，5G技术、人工智能、大数据、云计算成为推动精准农业发展的强大力量。我国中、东部各省份精准农业正在稳步推进，很多技术已经在实验田中应用并获得了良好的效果，但是受限于各地的自然因素、土地利用方式、劳动者素质观念以及科学技术水平等方面的影响，在大田中推进精准农业技术的规模化应用还需努力。精准农业是随着时代发展而不断变化的，會有越来越多的新技术应用到精准农业上来，加快推动精准农业从实验田走向规模化应用。

参考文献：

[1] 何志文，吴峰，张会娟，等.我国精准农业概况及发展对策[J].中国农机化，2009（6）：23-26.

[2] 赵国锋.国外精准农业发展及其对中国西部地区的启示[J].世界农业，2016（6）：175-179，224.

[3] 徐臣善.国内外精准农业研究进展[J].德州学院学报，2013，29（4）：82-85.

[4] 刘微，赵同科，方正，等.精准农业研究进展[J].安徽农业科学，2005（3）：506-507.

[5] 邱小雷，张羽，张小虎，等.从植保无人机经验探析我国精确农业发展路径[J].江苏农业科学，2019，47（16）：30-33.

[6] 周玉琴，沈跃鹏，孙春梅.浅析我国农业信息技术发展现状与发展对策[J].农业科技通讯，2019（7）：9-11.

[7] 陈桂芬.面向精准农业的空间数据挖掘技术研究与应用[D].长春：吉林大学，2009.

[8] 国务院.国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知[J].（2017-07-08）[2019-09-05].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_5211996.htm.

[9] 河北省多地实现智慧农机全程作业[J].乡村科技，2019（18）：6.

（责任编辑：赵中正）