美國:打造智慧農(nóng)業(yè)

美國農(nóng)業(yè)部最近的調(diào)查報(bào)告指出，由于國內(nèi)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，正在為推動美國農(nóng)業(yè)出口創(chuàng)造更大的盈余。近期發(fā)布的美國2010年貿(mào)易數(shù)據(jù)證實(shí)了美國在農(nóng)作物種植方面的杰出才能。雖然從總體上看，美國2010年商品和服務(wù)貿(mào)易逆差進(jìn)一步擴(kuò)大，再次下滑近5000億美元，但農(nóng)業(yè)出口同比增長了幾乎1/3，創(chuàng)造了近400億美元的貿(mào)易盈余。在2010年，美國農(nóng)業(yè)出口額為1158億美元，創(chuàng)歷史新高。

美國農(nóng)業(yè)部長湯姆·維爾薩克表示：“如今的數(shù)據(jù)顯示，全球?qū)γ绹称泛娃r(nóng)產(chǎn)品的需求正在飆升。”他指出，智慧農(nóng)業(yè)每年可為美國農(nóng)民節(jié)約數(shù)百萬美元，并避免了使用不必要的化肥和殺蟲劑，從而顯著降低了規(guī)?；r(nóng)業(yè)對環(huán)境的沖擊。去年美國農(nóng)業(yè)出口打破紀(jì)錄，比2008年創(chuàng)造的上個(gè)紀(jì)錄1148億美元多出了近10億美元。

智慧農(nóng)業(yè)的核心是“精確”

智慧農(nóng)業(yè)是將全球定位系統(tǒng)、遙感、地理信息系統(tǒng)、人工智能等高新技術(shù)用于對農(nóng)作物精確的管理方法。這種定位技術(shù)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，主要是針對農(nóng)田因土壤構(gòu)成、肥力狀況、作物生長情況等因素的差異而對種籽、化肥、除草劑和殺蟲劑施用量提出的不同要求。在目前情況下，農(nóng)民一般難以顧及這些因素，在同一地區(qū)不同條塊的農(nóng)田上使用等量的種籽和農(nóng)用化學(xué)品，這除了用量過多而造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)之外，還導(dǎo)致了土壤中殘余化學(xué)物質(zhì)的積累和地下水資源的污染。

智慧農(nóng)業(yè)的核心是“精確”。5年前美國市場上已開始提供一種名為“綠色尋求者”的手握式遙感器，只要握著這個(gè)小小的遙感器在莊稼地里走上一圈，電子顯示屏就會準(zhǔn)確顯示：每0.4平方米的莊稼目前的肥料、水分等營養(yǎng)情況，以及現(xiàn)在還缺多少肥料、水分，或存在過多的肥料和水分等。此類莊稼遙感測量儀還可以安裝在拖拉機(jī)等各種農(nóng)機(jī)上，農(nóng)機(jī)開到哪里，就可以測到哪里；也可以安裝在小型飛機(jī)上，對大面積農(nóng)田進(jìn)行作物檢測。

上世紀(jì)80年代后，逐步發(fā)展到將衛(wèi)星定位系統(tǒng)具體應(yīng)用到農(nóng)作物的種植生產(chǎn)上。例如，美國的農(nóng)場主為了實(shí)現(xiàn)精確種植，在種植作物前要對土壤進(jìn)行化驗(yàn)檢測，大多數(shù)農(nóng)場主是把每塊土地的土樣送到土壤研究所檢測，研究所通過儀器檢測和電腦分析，向農(nóng)場主提供一個(gè)書面數(shù)據(jù)圖表，表明這塊土地在種植各種作物時(shí)所需要的肥料、水分以及未來產(chǎn)量等各種情況。據(jù)此，農(nóng)場主會選擇該土地本季最適合種什么，達(dá)到以最低成本得到最高收入的目的。

在現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用日趨廣泛的今天，衛(wèi)星正在幫助許多國家的農(nóng)場主從事低污染而又高效益的農(nóng)業(yè)耕作。例如，由英國梅西-弗格森公司研制出全球定位系統(tǒng)測繪系統(tǒng)，可用于一家耕地面積為1000公頃的農(nóng)場，該農(nóng)場種植小麥、葡萄、豌豆、馬鈴薯、大豆和向日葵。

產(chǎn)量和位置兩套數(shù)據(jù)儲存進(jìn)機(jī)載計(jì)算機(jī)中，并加以標(biāo)準(zhǔn)化。隨后將這種信息轉(zhuǎn)存至一張小巧的像厚信用卡一樣的小存儲芯片上，再將其放入農(nóng)場的計(jì)算機(jī)中，從而得出差別所帶來的產(chǎn)量波動。

目前，衛(wèi)星定位系統(tǒng)和電腦結(jié)合的技術(shù)設(shè)備，在美國、歐洲和日本已廣泛用于拖拉機(jī)、播種機(jī)和收割機(jī)上。比如，將衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收器與電腦顯示屏安裝在拖拉機(jī)上和播種機(jī)上，農(nóng)場主形容開這些農(nóng)機(jī)就像開飛機(jī)一樣，按照提前設(shè)定好的耕作路線圖，走得不偏不斜，夜間照樣可以均勻地精耕細(xì)作。把這些技術(shù)設(shè)備用在收割機(jī)上，收割機(jī)在收割行進(jìn)時(shí)，駕駛艙里的顯示屏就會準(zhǔn)確顯示出每塊地的莊稼產(chǎn)量和重量。衛(wèi)星和信息技術(shù)還可以準(zhǔn)確地監(jiān)測到每塊地莊稼的病蟲害以及肥料、水分等莊稼營養(yǎng)成分的現(xiàn)狀。

在現(xiàn)代信息技術(shù)的支持下，智慧農(nóng)業(yè)得以大放光彩：根據(jù)土壤的狀況使肥力的效果得到改善；根據(jù)病蟲害的情況來調(diào)節(jié)農(nóng)藥噴灑量；不再耕種那些土壤已經(jīng)板結(jié)的土地，也就是說放棄那些耕種時(shí)間過長的土地；自動調(diào)節(jié)拖拉機(jī)的耕種深度……在衛(wèi)星的密切監(jiān)視下，加上拖拉機(jī)的電腦上已經(jīng)記錄了機(jī)器的作業(yè)情況以及取得的成果，這樣農(nóng)場主就可以以最“科學(xué)”的方式來管理自己的“電腦農(nóng)場”。

“精細(xì)派”的崛起

為什么美國產(chǎn)汽車或卡車賣不出去，而農(nóng)作物卻仍然暢銷？這或多或少應(yīng)歸功于那些“精細(xì)派”的農(nóng)民。通過測量土地以可見的紅外線波長所反射和釋放出來的能量，精細(xì)派農(nóng)民可以對影響作物的多種變量進(jìn)行監(jiān)測，比如土壤濕度、表面溫度，光合作用以及雜草或病蟲害等。簡而言之，智慧農(nóng)業(yè)采用了遠(yuǎn)程感應(yīng)成像、數(shù)據(jù)分析軟件以及可應(yīng)用于拖拉機(jī)的電子設(shè)備，以便在正確的時(shí)間和地點(diǎn)使用適量的水、化學(xué)品、殺蟲劑或除草劑。

盡管美國經(jīng)濟(jì)不景氣的陰影仍未散去，但美國農(nóng)民約翰·波特的收入并未減少，他依賴的就是智慧農(nóng)業(yè)經(jīng)營模式。這位明尼蘇達(dá)州的農(nóng)民，他駕駛拖拉機(jī)在田里工作，表面上看他的行為和別的農(nóng)民沒有什么區(qū)別。但是，他的拖拉機(jī)上裝了一臺電腦，從屏幕上可看到面積達(dá)700公頃的玉米和大豆田的地圖，計(jì)算機(jī)還會告訴他哪個(gè)地方需要施肥，施多少肥。去年2月，他更新衛(wèi)星信號接收器，可以更準(zhǔn)確地收到全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)發(fā)出的遙感遙測信息，根據(jù)這些信息可進(jìn)行精確的土壤調(diào)查、合理施肥、作物估產(chǎn)、農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測和土地合理利用等。

20世紀(jì)80年代初，美國提出智慧農(nóng)業(yè)的構(gòu)想，其間微電子技術(shù)發(fā)展推動了智能化監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)作物生長模擬、栽培管理、測土配方施肥等農(nóng)業(yè)系統(tǒng)構(gòu)成了智慧農(nóng)業(yè)早期技術(shù)基礎(chǔ)。20世紀(jì)90年代初，全球定位系統(tǒng)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。

在大規(guī)模普及現(xiàn)代信息技術(shù)后，智慧農(nóng)業(yè)更有了長足的進(jìn)步。此后智慧農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展成新的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，并在世界范圍內(nèi)形成了科學(xué)的新的農(nóng)業(yè)發(fā)展道路。實(shí)踐證實(shí),智慧農(nóng)業(yè)是信息技術(shù)革命，它不只是引入新技術(shù)，它更是由于引入新技術(shù)而引發(fā)的一場信息革命，而且?guī)砹艘粓鋈碌霓r(nóng)業(yè)變革。

發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)已成為共識

在許多國家，發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)已成為一種共識，可以使土地得到充分的科學(xué)利用，合理密植；可以節(jié)省時(shí)間和資源，提高工作效率，減少人力、財(cái)力不必要的浪費(fèi)，最大限度地降低成本。比如，通過對莊稼肥力、水分的檢測，可以科學(xué)合理地施肥和澆水。據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)，每季度莊稼可以節(jié)省30%的水。不僅各種資源和成本大大降低，更重要的是能大大提高作物的產(chǎn)量。

目前智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)在美國中西部地區(qū)和西歐應(yīng)用得最為廣泛，主要用于甜菜、玉米和大豆等作物的種植。

大部分的智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)需要依靠各種全球定位系統(tǒng)裝置和可以將天氣模式、土壤性質(zhì)和蟲害控制等方面的信息在地圖上用一個(gè)點(diǎn)表示出來的軟件。農(nóng)場主們可以利用這些信息來進(jìn)行指揮，根據(jù)種植區(qū)的每個(gè)部分需要多少肥料和殺蟲劑來調(diào)整可變速率噴灑器的施用量。

使用了智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)的農(nóng)場主認(rèn)為，這種種植方法給他們提供了一些新的方式來分析他們對土地的投入和他們從土地中獲得的回報(bào)之間的關(guān)系，并且使他們可以在成本不變的情況下管理更多的土地。但長期以來智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)的推廣應(yīng)用一直進(jìn)展得相當(dāng)緩慢，這主要是因?yàn)橛嘘P(guān)設(shè)備和服務(wù)的成本太高，小型農(nóng)場是無法負(fù)擔(dān)這筆費(fèi)用的，還有一個(gè)原因是智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)帶來的好處并不總是十分明確。

美國明尼蘇達(dá)大學(xué)智慧農(nóng)業(yè)研究中心負(fù)責(zé)人皮埃爾·羅伯特博士說：“南北達(dá)科他和蒙大拿州的小麥生產(chǎn)者現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，根據(jù)目前的國際市場價(jià)格，要想通過種植小麥來獲取利潤確實(shí)非常困難。如果你沒有取得利潤，你就沒有額外的資金購買和使用新技術(shù)。”

在伊利諾伊州的尚佩恩地區(qū)，約翰·賴夫斯特克經(jīng)營著一個(gè)面積為1800英畝的玉米和大豆種植農(nóng)場。他說：“有了信息技術(shù)，按照智慧農(nóng)業(yè)思路，農(nóng)場主就不需要整天坐在計(jì)算機(jī)前。”

大多數(shù)購買精確種植技術(shù)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者都承認(rèn)，如果想在激烈的競爭中取得勝利，智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)的各個(gè)組成部分都是必不可少的。設(shè)在羅切斯特的阿格里林克食品合作組織的副主席托馬斯·費(fèi)瑟說：“對智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)有抵觸情緒的人將無法在競爭中生存下來。”

亞拉巴馬州奧本大學(xué)工程與生物系統(tǒng)學(xué)教授約翰·富爾頓指出：“使用更先進(jìn)的智慧農(nóng)業(yè)工具能夠節(jié)約更多的費(fèi)用，約為每英畝15美元。“使用指導(dǎo)系統(tǒng)和智慧農(nóng)業(yè)基本技術(shù)可每英畝節(jié)約2至8美元不等。”研究顯示，精細(xì)耕作技術(shù)可以將殺蟲劑和化肥的使用量減少10%或更多，而不會影響農(nóng)作物的產(chǎn)量。而且，這些技術(shù)還在不斷發(fā)展。比如，亞利桑那州研究人員正在使用全球動態(tài)實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)（一種精細(xì)度高達(dá)次英寸級別的GPS系統(tǒng)），以通過耕耘機(jī)來控制棉花地的種子。更為重要的是，這種做法比現(xiàn)今所有殺蟲劑都更加有效和節(jié)約成本。

對中國的啟示

我國是世界上的農(nóng)業(yè)大國，但又是耕地嚴(yán)重不足的國家，目前我國人均耕地面積排名世界第126位，僅占有世界人均耕地面積的40%。因此，發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)具有長遠(yuǎn)和現(xiàn)實(shí)意義。

我國幅員遼闊，農(nóng)業(yè)自然條件復(fù)雜，農(nóng)業(yè)機(jī)械化綜合水平較低，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，電子、計(jì)算機(jī)和信息等技術(shù)的應(yīng)用還較少，因此全面推廣智慧農(nóng)業(yè)尚有一定困難，但可以在規(guī)?；蜋C(jī)械化程度較高的地區(qū)，如新疆、黑龍江等地區(qū)的大型農(nóng)場率先開展智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用。對于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、城市化程度高的地方，要建立合理的土地流轉(zhuǎn)機(jī)制，引導(dǎo)農(nóng)戶發(fā)展適度規(guī)模經(jīng)營，進(jìn)行智慧農(nóng)業(yè)試驗(yàn)，逐步推廣智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)。此外，應(yīng)廣泛建立適合于家庭聯(lián)產(chǎn)承包分散經(jīng)營的智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)體系，以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益。

尤其要提及的是，我國西部地廣人稀，有較好的規(guī)模經(jīng)營基礎(chǔ)，從自然條件來說，比較適于開展智慧農(nóng)業(yè)；西部地區(qū)占主導(dǎo)的是第一產(chǎn)業(yè)，第三產(chǎn)業(yè)并未得到充分發(fā)展，但如果發(fā)展基于知識之上的新技術(shù)，西部的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)可以得到進(jìn)一步優(yōu)化；另外西北地區(qū)現(xiàn)階段水資源開發(fā)利用方式不合理，管理落后，灌溉方式不當(dāng)引起土壤沙化、草場退化和土地次生鹽堿化，目前全國水土流失面積約80%發(fā)生在西部，每年新增的荒漠化土地也大多分布在西部地區(qū)。智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中在自動監(jiān)測控制條件下的精準(zhǔn)灌溉工程技術(shù)，如噴灌、滴灌、微灌和滲灌等，可大大節(jié)約西部水資源利用率。

作為長遠(yuǎn)策略，我國可以縣或鄉(xiāng)為單位，研究建立區(qū)域性土壤養(yǎng)分信息系統(tǒng)，分區(qū)指導(dǎo)當(dāng)?shù)氐酿B(yǎng)分管理和肥料合理施用，逐步建立起適合小規(guī)模分散經(jīng)營體制下的智慧農(nóng)業(yè)信息化管理模式。

面對我國農(nóng)業(yè)發(fā)展相對落后的現(xiàn)狀和國際市場的挑戰(zhàn)，我國應(yīng)不失時(shí)機(jī)地大力發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)，使之成為我國農(nóng)業(yè)普及現(xiàn)代信息技術(shù)、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的突破口。長期以來的實(shí)踐證實(shí),現(xiàn)代農(nóng)業(yè)離不開現(xiàn)代信息技術(shù)，后者打造的智慧農(nóng)業(yè)無疑將改造世界農(nóng)業(yè)，并孕育世界農(nóng)業(yè)未來的新希望。