精准农业技术应用现状与发展需求

摘要：随着导航定位技术的发展，新疆兵团精准农业技术近年来发展迅速。本文基于实地调研，从北斗农机自动驾驶系统、水肥一体化系统和农业信息化管理系统三个方面分析了新疆兵团精准农业技术应用现状；基于当前农村劳动力缺乏和国家肥药双减政策，提出了新疆兵团精准农业技术的发展需求；并对新疆兵团精准农业技术的应用发展提出了建议。

关键词：精准农业，应用现状，北斗导航，农业机械，自动驾驶系统

1引言

精准农业是以实现农业高产、优质、高效为目的的现代农业生产模式和技术体系，是以信息技术为支撑，根据空间变异，定点、定时、定量的实施一整套现代化农事操作与管理的系统。新疆精准农业始于20世纪末，初期发展缓慢，随着北斗导航技术、移动通信网络的发展，精准农业技术发展迅速。新疆以棉花为主要经济作物，根据国家统计局2018年棉花产量的公告数据，新疆棉花总产量占全国总产量的83.84%，新疆生产的棉花约三分之一产自新疆生产建设兵团。近年来，新疆生产建设兵团正式开启团场改革，兵团职工自主组建农工合作社，新疆兵团土地流转活跃，据新疆农业农村部门统计，到2018年全新疆家庭承包耕地流转面积已达745.8万亩。合作社规模不断增大，田块不断整合集中，对于成套精准农业技术应用模式在新疆的深入推广打下了基础。当前，精准选种、精准播种、精准施肥、精准喷药、精准灌溉、精准田间监测、精准收获等所涉及的精准农业技术，已有部分在新疆兵团规模化应用。本文基于北斗导航融合精准农业赋能新疆创新试验区建设项目，通过对新疆兵团石河子市石总场大田种植数字农业建设试点、石河子市北泉镇鸿兴翔种植专业合作社等多家大型农业合作社进行了实地调研，对新疆兵团精准农业技术应用现状及发展需求进行总结分析。

2新疆兵团精准农业技术应用现状

精准农业技术已应用于新疆兵团农业的耕、种、管、收四大环节，根据农户对各种精准农业技术的接受度和该技术的推广应用程度，本文主要从农机自动驾驶系统、水肥一体化系统、农业信息化管理系统三方面，对新疆兵团精准农业技术应用现状进行分析。

2.1农机自动驾驶系统

如图1，电机式农机自动驾驶系统主要由电机、角度传感器、GNSS天线、高精度GNSS接收机、平板电脑、电台及天线等部分组成。该技术可实现1000m播行水平误差不超过3cm，播幅连接行误差不超过3cm，能有效解决农机播种作业中出现的“播不直、接不上茬”的老大难问题，可以减少用工成本，延长作业时间，提高作业质量和土地利用率。2012年，新疆兵团农机推广部门开展了卫星导航自动驾驶技术试验示范工作，将该技术产品应用在棉花播种作业中。2013年，财政部、农业农村部在国家农机购置补贴目录中，增加“农业用北斗终端（含渔船用）”的财政补贴，当年补贴额达到3.12万元/台套。2014年，国家发改委支持新疆兵团第八师开展区域精准农业示范，对首批800台套的北斗农机自动驾驶导航系统双重补贴，包括国家购机补贴和1万元的项目补贴。截至2019年4月，兵团农八师已安装3000余台套农机自动驾驶系统，基本实现了全覆盖。农机自动驾驶系统逐步从小面积试验向大面积试验示范迈进，且国产化品牌实现了从零到主导的突破。

2.2水肥一体化系统

水肥一体化系统是通过配置田间信息精准监测系统，全程监测农田墒情、气象、设备工况等信息，为水肥决策和作业管理提供信息支撑。目前，使用者可通过PC或手机APP来发送指令，通过GPRS通讯模式实现阀门和自动施肥机的远程控制，实现田间的无人作业功能，全年无需下地手动开关阀门。该技术既能满足作物生长过程中对灌水时间、灌水量、灌水位置和灌水成分的精确要求，又能按照田间的每个操作单元的具体条件，精细准确地调整农业用水管理措施，最大限度地提高水的利用率。水肥一体化系统局部设备示意图如图2。20世纪后期，新疆兵团开始引进喷灌、滴灌技术。2008年以来，膜下滴灌水肥一体化技术得到当地政府的大力扶持，随着配套基础设施技术的发展，逐步将滴灌节水技术向智能化、水肥一体化、远程操作控制方向发展。水肥一体化系统已形成了对应的服务体系，可大面积应用于大田作物。新疆自行研发的系列自动反冲洗网式过滤机组及自动施肥机，单套控制面积100-166.67hm2。当前，兵团高新节水灌溉面积1129.07千公顷，是全国最大的节水农业灌溉区。

2.3农业信息化管理系统

农业信息化管理系统可提供综合服务，如利用北斗导航定位终端、农机工况采集终端，通过蜂窝网络将农机位置信息、工况信息传输至农业信息化管理系统，可实现农机运行轨迹的回放、作业面积的统计、农机健康情况的监管和预测。另外，还可通过各种传感器采集的信息，形成水、肥、药的变量喷施处方图，基于农业信息化管理平台进行监管和下发作业任务。基于该类系统，可提高管理、调度、维护效率。图3为新疆兵团八师石总场信息化管理平台界面。农业信息化管理系统是随各类采集终端发展而来，当前，众多企业及政府分别建立了对应的农业信息化管理系统。

3新疆兵团精准农业技术发展需求

新疆兵团精准农业在北斗农机自动驾驶方面已取得了瞩目的成就，但仍然存在差分信号服务受限、基准不统一等问题。当前农村实际情况是劳动力骤减，满足农业生产需求的劳动力严重不足，因此，北斗农机自动驾驶技术应向农业全产业链方向发展，来弥补劳动力减少的现况。2015年，农业农村部《到2020年农药使用量零增长行动方案》和《到2020年化肥使用量零增长行动方案》，但新疆在节肥、节药等技术的应用方面发展缓慢，且新疆是缺水地区，因此，水、肥、药变量喷施技术的发展迫在眉睫。因棉花等作物的覆膜造成严重的环境污染，为了环境可持续发展，必须提高残膜回收技术和发展可复用膜。下面主要从三方面来分析新疆兵团对精准农业技术的需求。（1）简约式农机自动驾驶技术农机自动驾驶系统主要应用在精准播种环节，同样也可应用在不同作物的耕地、施肥、施药、收获等环节。当前的农机自动驾驶系统还需由专业人员安装、调试和教学，严重限制其推广。因此，农机自动驾驶系统应该向安装简便、“傻瓜式”操作方向发展。（2）水、肥、药变量喷施技术中国是全球农药、化肥用量第一大国，但喷施流程和利用率远远低于先进国家水平。基于农作物的实际需要，将水、肥、药定时、定点、定量的喷施是节约资源、提高农作物产量的发展趋势，但投入产出比是当前最大的限制。如底肥的施用，需基于土壤采样、上季作物的产量分布图等共同决定。通过信息技术手段，感知作物的实际需水、需药、需肥量，采用变量投入技术，实现按需精准灌溉施肥施药，将是发展新方向。因此，应高度重视研究开发智能感知技术、深度学习算法、变量投入技术、机器人等。（3）残膜回收技术地膜使用量不断增加，但回收率偏低，土壤中的残膜量逐步增加，土壤结构遭到严重破坏、耕地质量逐步下降。现今，新疆已成为残膜污染严重的地区之一。因此，应向新型可复用农膜和提高残膜回收技术方向发展。

4新疆兵团精准农业技术应用发展建议

（1）建立完善的专家智库进一步加强与全国各地精准农业领域科技人才的交流合作，柔性引进人才，建立完善的专家智库。开发智库交互应用，实现通过便携式移动智能终端，对精准农业发展中遇到的问题，随时随地发问求证，配合网络知识库，立体式为农户提供解决方案。（2）加强精准农业技术指导与培训邀请国内知名科技工作者现场为农户科普培训精准农业知识，组织农户积极参与精准农业技术专题科普活动，激发农户创新力，提高农人知识水平，培养更多的“新农民”。部分农户虽已用上了北斗导航自动驾驶、卫星平地、深松监测等精准农业技术，但对于北斗导航、精准农业等名词的含义并不甚清楚，他们表示希望通过交流学习进一步了解这些“新事物”的意义。（3）推动建立规范的精准农业技术评价指标体系部分企业及科研工作者所研究的精准农业技术，是否达标没有标准的考核指标，需要建立成套农业技术指标考核认定，规范技术研究水平，从而建立规范的精准农业技术评价指标体系。（4）扩大北斗导航基准站的服务范围农机自动驾驶系统基于导航增强信号才能实现高精度定位。当前，在蜂窝网络覆盖的区域，可通过蜂窝网络传输农用导航增强信号，但覆盖区远远不够，主要是通过UHF电台传输差分信号，导致严重的频率干扰、坐标基准不统一等问题。因此，为了更好的发挥农机自动驾驶系统的效益，尤其是基于UHF电台传输农用差分信号应由地方政府统一规划使用。（5）完善北斗导航在棉花生产全程应用，积极推广北斗导航应用到其它粮食作物与经济作物目前北斗导航主要应用于基于北斗导航自动驾驶的精准播种，以及病虫害和灌溉及施肥等方面，还没有达到农业生产各环节的应用，且作物种类有限。新疆盛产水果和蔬菜，特别是天山以南的南疆广大区域种植大量红枣、库尔勒香梨、阿克苏苹果、石榴、伽师瓜等优质品牌果蔬产品。但在果蔬种植方面的机械化、自动化、数字化、精准化水平较低，发展空间很大，应是急需加大发展的领域。

作者：孟丹 王应宽 单位：中国农业工程学会