藏糧于技,“二十連豐”中的智慧農(nóng)業(yè)
光明日?qǐng)?bào)記者 李菲
“江蘇徐州總產(chǎn)連續(xù)五年超100億斤!”“安徽阜陽(yáng)糧食總產(chǎn)量537.2萬(wàn)噸!”近期,全國(guó)多地糧食生產(chǎn)迎來(lái)“二十連豐”。
過(guò)去,“看天、看地、看莊稼”,耕種管收全憑農(nóng)作經(jīng)驗(yàn),新手種田超不過(guò)“老把式”;如今,農(nóng)業(yè)穩(wěn)增穩(wěn)產(chǎn)靠的是“藏糧于技”,智慧農(nóng)業(yè)讓科學(xué)種田從夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。
糧食安全乃“國(guó)之大者”,倉(cāng)廩殷實(shí)是國(guó)家之福、百姓之盼。隨著作物生產(chǎn)方案精確設(shè)計(jì)技術(shù)、生長(zhǎng)指標(biāo)精確診斷技術(shù)、產(chǎn)量品質(zhì)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)技術(shù)、農(nóng)田管理變量作業(yè)技術(shù)等核心技術(shù)的成功研發(fā),農(nóng)田精確作業(yè)智能裝備的示范應(yīng)用,農(nóng)田高產(chǎn)優(yōu)產(chǎn)喜訊不斷。智慧農(nóng)業(yè)賦能?chē)?guó)家糧食安全,正在農(nóng)田沃野上繪就一幅雄渾壯美的豐收?qǐng)D景。
農(nóng)田監(jiān)測(cè),大田環(huán)境也有“明眸慧眼”
風(fēng)光旖旎的東廬山腳下,坐落著江蘇南京國(guó)家農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)。
“我們利用遙感和GIS技術(shù)給每塊田編號(hào),通過(guò)錄入氣象資料、土壤特性、品種特征、種植管理、歷史產(chǎn)量等信息,田地就有了‘身份證’,實(shí)現(xiàn)‘一地一碼’管理”。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)家信息農(nóng)業(yè)工程技術(shù)中心高級(jí)實(shí)驗(yàn)師邱小雷說(shuō)。
走進(jìn)技術(shù)展廳,大屏幕上不僅實(shí)時(shí)展示著200公里外江蘇興化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園的空氣溫濕度、風(fēng)速、降水量、氣壓、土壤溫濕度及土壤肥力等信息,還提供實(shí)時(shí)感知獲得的作物長(zhǎng)勢(shì)信息。
“這些數(shù)據(jù)為作物種植管理提供了科學(xué)依據(jù)?!鼻裥±渍f(shuō),他們按照地塊管理作物、土壤、氣象等多維度實(shí)時(shí)和歷史基礎(chǔ)信息,并通過(guò)多模型耦合,設(shè)計(jì)當(dāng)前地塊的精確管理“處方”,預(yù)測(cè)可能的作物產(chǎn)量與品質(zhì),在智慧農(nóng)作管理云平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)種肥水藥收全流程數(shù)字化管理。
智慧農(nóng)業(yè),收集農(nóng)田屬性數(shù)據(jù)、構(gòu)建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)是首要任務(wù)。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)智慧農(nóng)業(yè)研究院院長(zhǎng)曹衛(wèi)星教授說(shuō),“智慧農(nóng)作技術(shù)體系要實(shí)現(xiàn)‘五個(gè)一’目標(biāo),即基礎(chǔ)數(shù)據(jù)一個(gè)庫(kù)、農(nóng)田監(jiān)測(cè)一張網(wǎng)、農(nóng)作處方一套圖、農(nóng)田作業(yè)一條鏈、智慧服務(wù)一片云?!?/p>
在位于江蘇南京國(guó)家農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)內(nèi)的南京農(nóng)業(yè)大學(xué)白馬教學(xué)科研基地,開(kāi)闊平整的田壟邊緣矗立著一排整齊的“長(zhǎng)臂”。每只“長(zhǎng)臂”經(jīng)由兩次90度轉(zhuǎn)彎,伸出一條朝向地面作物的“小手臂”,其末段小小的黑盒子格外引人注意。
“可別小看它!數(shù)據(jù)離不開(kāi)它的智慧監(jiān)測(cè)。”南京神農(nóng)智慧農(nóng)業(yè)研究院院長(zhǎng)湯亮教授說(shuō),作物—大氣—土壤信息無(wú)線(xiàn)采集終端的傳感器能有效采集各項(xiàng)特征數(shù)據(jù)?!坝辛怂r(nóng)民不用跑到田間地頭,在家就能知道作物長(zhǎng)得好不好!”湯亮說(shuō),以傳感器為內(nèi)核做成的作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)儀可以固定在田間,也可以搭載到無(wú)人機(jī)、無(wú)人車(chē)上,連上農(nóng)田物聯(lián)網(wǎng),數(shù)據(jù)就傳到了智慧農(nóng)作平臺(tái)。
“除了小田地,農(nóng)業(yè)科技園、大型農(nóng)場(chǎng)以及全省主要農(nóng)作物的長(zhǎng)勢(shì)情況,都需要智能化、高精度的農(nóng)情感知技術(shù)。因此,近20年來(lái)我們重點(diǎn)圍繞農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)?!蹦暇┺r(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)家信息農(nóng)業(yè)工程技術(shù)中心教授姚霞介紹。
“過(guò)去,人們逐個(gè)田塊或逐個(gè)品種(種質(zhì)資源)手工獲取農(nóng)情信息,準(zhǔn)確率和效率都不高;現(xiàn)在,通過(guò)光譜和點(diǎn)云等手段進(jìn)行農(nóng)情監(jiān)測(cè),可以快速高效地獲取田地里成百上千種農(nóng)作物的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理生化、抗逆性和生產(chǎn)力等重要農(nóng)情參數(shù)?!币ο颊f(shuō),“就像給人做B超或者CT,通過(guò)光譜和點(diǎn)云等感知手段,快速、非破壞性地獲取農(nóng)作物的長(zhǎng)勢(shì)和表型信息,為變量施肥、節(jié)水灌溉、病蟲(chóng)草害防治、規(guī)模化育種等提供實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高通量的信息支撐?!?/p>
“智慧農(nóng)業(yè)要想走入尋常農(nóng)戶(hù)還必須大大降低成本。目前傳感器、巡田機(jī)器人和無(wú)人機(jī)在人力、物力上均價(jià)格不菲。而衛(wèi)星遙感則經(jīng)濟(jì)實(shí)惠得多,最新的亞米級(jí)國(guó)產(chǎn)商業(yè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)只需平均每畝1角錢(qián)的成本。通過(guò)‘天空之眼’,可以輕松低廉地回溯每塊田的歷史,通過(guò)所建立的智能分析模型,精確診斷當(dāng)前作物的長(zhǎng)勢(shì),定量預(yù)測(cè)未來(lái)的產(chǎn)量和品質(zhì)等?!蹦暇┺r(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)家信息農(nóng)業(yè)工程技術(shù)中心教授江沖亞告訴記者,衛(wèi)星遙感大數(shù)據(jù)可以“智慧繪制”每塊田的昨天、今天和明天。
模型設(shè)計(jì),“智慧”解鎖豐收“糧”方
農(nóng)民想豐收,田地要種足、作物得種好。“但作物受到氣候、土壤、技術(shù)、品種等影響,時(shí)空變異性很大。限制當(dāng)?shù)刈魑锔弋a(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要因素是什么?適合當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的適宜栽培管理方案是什么?作物模型作為智慧農(nóng)作的‘大腦’,能回答好上述問(wèn)題?!蹦暇┺r(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)家信息農(nóng)業(yè)工程技術(shù)中心教授劉蕾蕾說(shuō)。
“過(guò)去,農(nóng)民根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷作物的播栽期、施肥量、灌溉量等?,F(xiàn)在,把氣象、土壤等數(shù)據(jù)及作物品種的遺傳特性等數(shù)據(jù)輸入到作物模型中,就可以預(yù)測(cè)作物的生育進(jìn)程、長(zhǎng)勢(shì)和產(chǎn)量品質(zhì)情況,幫助農(nóng)民篩選適宜種植的品種,推薦適宜的播栽期,因時(shí)因地制宜地為作物制定‘營(yíng)養(yǎng)膳食菜單’等?!眲⒗倮俳榻B道。
糧食生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大,田塊面積變化,如何留住好“豐”景?“我們將作物模型與地理信息系統(tǒng)、遙感相耦合,就可以實(shí)現(xiàn)從點(diǎn)到面、從小田塊到大區(qū)域的模擬決策?!眲⒗倮僬f(shuō)。
近年來(lái),全球氣候變化給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)挑戰(zhàn)?!叭死淞舜┮路?、熱了吹空調(diào),但是作物不行。當(dāng)出現(xiàn)極端高、低溫事件時(shí),作物自身的溫度響應(yīng)機(jī)制被抑制,生長(zhǎng)發(fā)育受到影響,最終將影響產(chǎn)量和品質(zhì)?!眲⒗倮僬f(shuō),目前國(guó)際上常用的作物模型對(duì)極端氣候的響應(yīng)存在較大不確定性,模型在極端氣候條件下的預(yù)測(cè)能力有待進(jìn)一步提升,南京農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)家信息農(nóng)業(yè)工程技術(shù)中心近年來(lái)取得了豐碩成果。劉蕾蕾說(shuō),“作物生長(zhǎng)模型結(jié)合未來(lái)氣象數(shù)據(jù),可預(yù)測(cè)未來(lái)30年甚至50年的糧食生產(chǎn)情況。”基于模型提前預(yù)知作物對(duì)未來(lái)氣候的響應(yīng),就可以通過(guò)調(diào)整播栽方案、優(yōu)化水肥運(yùn)籌、培育新品種等方法,緩解未來(lái)氣候變化對(duì)糧食生產(chǎn)帶來(lái)的負(fù)面影響。
隨著科技發(fā)展,人們生活方式的轉(zhuǎn)變,智慧種田也更加便利。“傳統(tǒng)種田靠經(jīng)驗(yàn)、看天吃飯,現(xiàn)在智慧種田,只需打開(kāi)手機(jī)小程序,在地圖上點(diǎn)一點(diǎn)自家的田塊,就知道適合種什么作物?!苯K省信息農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任劉小軍教授展示了團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的移動(dòng)端小程序“農(nóng)田眼”。
“這相當(dāng)于把一個(gè)移動(dòng)的智能化栽培專(zhuān)家送到了種植戶(hù)身邊!”劉小軍說(shuō),用戶(hù)在小程序上輸入交互數(shù)據(jù)就可以得到精確的作物管理決策方案。
“作物長(zhǎng)得太旺,就說(shuō)明營(yíng)養(yǎng)太多,得‘減減肥’;要是長(zhǎng)得又弱又小,就要施肥或灌水?!眲⑿≤娕e例道,“比如追肥主要在作物拔節(jié)、孕穗等關(guān)鍵生育期,要是后期過(guò)量施肥,容易帶來(lái)作物貪青遲熟、倒伏風(fēng)險(xiǎn)加劇等不利影響。”
據(jù)了解,近年來(lái),他們研發(fā)的“小麥綠色智慧施肥技術(shù)”“水稻無(wú)人機(jī)智慧施肥技術(shù)”分別入選農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)主推技術(shù),“水稻全程綠色智慧施肥技術(shù)”入選2023年農(nóng)業(yè)重大引領(lǐng)性技術(shù)。
精確作業(yè),農(nóng)機(jī)裝備有了“智慧大腦”
耕種管收一條鏈,機(jī)械化的農(nóng)機(jī)設(shè)備如何學(xué)“慧”種田?
“小麥、水稻是老百姓的口糧,通過(guò)智慧農(nóng)業(yè)來(lái)播種、移栽、施肥、灌水、噴藥、收獲,單位面積的糧食產(chǎn)量更高、質(zhì)量更好?!睖粮嬖V記者,“智慧大腦”在作物生長(zhǎng)的每個(gè)重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)都施展著“聰明才智”,“智慧之手”在耕、種、管、收全流程實(shí)現(xiàn)農(nóng)田管理精確化作業(yè),保障著作物產(chǎn)量、實(shí)現(xiàn)了顆粒歸倉(cāng)。
面向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中播栽、施肥、灌溉、噴藥、收獲的各個(gè)環(huán)節(jié),南京農(nóng)業(yè)大學(xué)智慧農(nóng)業(yè)團(tuán)隊(duì)與農(nóng)機(jī)企業(yè)合作,研制了一批智能化、精確化的農(nóng)田作業(yè)裝備,讓科技惠之于農(nóng)、用之于農(nóng)。
“傳統(tǒng)的農(nóng)機(jī)裝備不具備變量作業(yè)功能,現(xiàn)在智慧農(nóng)業(yè)需要實(shí)現(xiàn)基于空間差異的自動(dòng)變量。”湯亮表示,農(nóng)田作業(yè)裝備的智能化需要對(duì)現(xiàn)有農(nóng)機(jī)裝備進(jìn)行升級(jí)改造,在傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)裝備的基礎(chǔ)上增加數(shù)字化、智能化的功能。
走進(jìn)智慧農(nóng)場(chǎng)的車(chē)庫(kù),精確播種機(jī)、精確施肥機(jī)、智能除草機(jī),智能無(wú)人機(jī)、智能收割機(jī)等一應(yīng)俱全。記者發(fā)現(xiàn),這些有了“智慧”加持的農(nóng)機(jī)設(shè)備造型獨(dú)特——有的是方向盤(pán)下一根粗線(xiàn)連上車(chē)載小屏幕,有的車(chē)上多了雙翼,末段還有“小眼睛”。
“過(guò)去的農(nóng)機(jī)大多采用定制化底盤(pán),通用性差、結(jié)果不準(zhǔn),難以大面積推廣;現(xiàn)在是在通用輪式底盤(pán)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)可自動(dòng)調(diào)節(jié)的傳感器搭載平臺(tái),融合多源傳感器數(shù)據(jù),一畝地幾分鐘就能完成作業(yè),又快又好!”湯亮感慨道,如今田間巡檢機(jī)器人不僅“身手矯捷”,而且傳感器的感知范圍、設(shè)備的通用性、監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性等都有了大大的提高。
“以前收割作業(yè)的智能化水平低,現(xiàn)在嵌入了可以監(jiān)測(cè)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的傳感器,農(nóng)民在收割時(shí)就知道谷物的產(chǎn)量水平和品質(zhì)等級(jí)?!睋?jù)湯亮介紹,這些尺寸小、便于攜帶的谷物產(chǎn)量品質(zhì)傳感器,既可用于田間地頭谷物籽粒品質(zhì)的直接檢測(cè),也可以搭載在收獲機(jī)上實(shí)現(xiàn)谷物品質(zhì)的實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測(cè)。
車(chē)庫(kù)的大液晶屏上顯示著拖拉機(jī)、插秧機(jī)、收割機(jī)的數(shù)量,它們執(zhí)行作業(yè)的航向、速度、時(shí)長(zhǎng)、面積等信息也一目了然。
“冬天農(nóng)閑,它們就在車(chē)庫(kù)保養(yǎng)‘待命’;農(nóng)忙時(shí)需要大量人力,而農(nóng)機(jī)手費(fèi)用高、人也難找,這時(shí)只需在智慧農(nóng)作管理云平臺(tái)上點(diǎn)點(diǎn)鼠標(biāo),它們就能根據(jù)指令出庫(kù)行動(dòng)?!睖琳f(shuō)。
“從天空地立體化農(nóng)田監(jiān)測(cè),到農(nóng)作處方數(shù)字化設(shè)計(jì),再到農(nóng)田管理精確化作業(yè),三大技術(shù)板塊銜接構(gòu)成一條完整的技術(shù)鏈條,為智慧農(nóng)業(yè)提供了全流程管理以及相應(yīng)的解決方案。”曹衛(wèi)星介紹道。
“智慧農(nóng)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新與工程實(shí)踐,為現(xiàn)代作物生產(chǎn)提供了關(guān)鍵技術(shù)支持和全方位數(shù)字化服務(wù),開(kāi)辟了我國(guó)作物精確栽培新領(lǐng)域,促進(jìn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的定量化和智能化發(fā)展,提升了農(nóng)作系統(tǒng)的綜合生產(chǎn)力和核心競(jìng)爭(zhēng)力。”南京農(nóng)業(yè)大學(xué)副校長(zhǎng)朱艷說(shuō)。
這里只是中國(guó)農(nóng)業(yè)的一個(gè)縮影,智慧農(nóng)業(yè)正在廣袤的土地上大顯身手。“智慧農(nóng)業(yè)是加快實(shí)現(xiàn)我國(guó)農(nóng)業(yè)科技自立自強(qiáng)的重要支撐?!辈苄l(wèi)星說(shuō),“要以國(guó)家戰(zhàn)略需求為導(dǎo)向,面向農(nóng)業(yè)農(nóng)村的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景,創(chuàng)新關(guān)鍵技術(shù),創(chuàng)制核心裝備,創(chuàng)建應(yīng)用模式,推動(dòng)農(nóng)業(yè)科教產(chǎn)融合,助推傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向智慧化、綠色化、規(guī)?;D(zhuǎn)型升級(jí),真正實(shí)現(xiàn)‘頂天立地’!”
《光明日?qǐng)?bào)》(2024年02月08日 16版)
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