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藏糧于技,“二十連豐”中的智慧農業(yè)

發(fā)布時間:2024-02-08 16:24:00來源: 光明網-《光明日報》

  光明日報記者 李菲

  “江蘇徐州總產連續(xù)五年超100億斤!”“安徽阜陽糧食總產量537.2萬噸!”近期,全國多地糧食生產迎來“二十連豐”。

  過去,“看天、看地、看莊稼”,耕種管收全憑農作經驗,新手種田超不過“老把式”;如今,農業(yè)穩(wěn)增穩(wěn)產靠的是“藏糧于技”,智慧農業(yè)讓科學種田從夢想照進現(xiàn)實。

  糧食安全乃“國之大者”,倉廩殷實是國家之福、百姓之盼。隨著作物生產方案精確設計技術、生長指標精確診斷技術、產量品質動態(tài)預測技術、農田管理變量作業(yè)技術等核心技術的成功研發(fā),農田精確作業(yè)智能裝備的示范應用,農田高產優(yōu)產喜訊不斷。智慧農業(yè)賦能國家糧食安全,正在農田沃野上繪就一幅雄渾壯美的豐收圖景。

  農田監(jiān)測,大田環(huán)境也有“明眸慧眼”

  風光旖旎的東廬山腳下,坐落著江蘇南京國家農業(yè)高新技術產業(yè)示范區(qū)。

  “我們利用遙感和GIS技術給每塊田編號,通過錄入氣象資料、土壤特性、品種特征、種植管理、歷史產量等信息,田地就有了‘身份證’,實現(xiàn)‘一地一碼’管理”。南京農業(yè)大學國家信息農業(yè)工程技術中心高級實驗師邱小雷說。

  走進技術展廳,大屏幕上不僅實時展示著200公里外江蘇興化現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)園的空氣溫濕度、風速、降水量、氣壓、土壤溫濕度及土壤肥力等信息,還提供實時感知獲得的作物長勢信息。

  “這些數(shù)據為作物種植管理提供了科學依據。”邱小雷說,他們按照地塊管理作物、土壤、氣象等多維度實時和歷史基礎信息,并通過多模型耦合,設計當前地塊的精確管理“處方”,預測可能的作物產量與品質,在智慧農作管理云平臺上實現(xiàn)種肥水藥收全流程數(shù)字化管理。

  智慧農業(yè),收集農田屬性數(shù)據、構建基礎數(shù)據庫是首要任務。南京農業(yè)大學智慧農業(yè)研究院院長曹衛(wèi)星教授說,“智慧農作技術體系要實現(xiàn)‘五個一’目標,即基礎數(shù)據一個庫、農田監(jiān)測一張網、農作處方一套圖、農田作業(yè)一條鏈、智慧服務一片云?!?/p>

  在位于江蘇南京國家農業(yè)高新技術產業(yè)示范區(qū)內的南京農業(yè)大學白馬教學科研基地,開闊平整的田壟邊緣矗立著一排整齊的“長臂”。每只“長臂”經由兩次90度轉彎,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)據離不開它的智慧監(jiān)測。”南京神農智慧農業(yè)研究院院長湯亮教授說,作物—大氣—土壤信息無線采集終端的傳感器能有效采集各項特征數(shù)據?!坝辛怂?,農民不用跑到田間地頭,在家就能知道作物長得好不好!”湯亮說,以傳感器為內核做成的作物長勢監(jiān)測儀可以固定在田間,也可以搭載到無人機、無人車上,連上農田物聯(lián)網,數(shù)據就傳到了智慧農作平臺。

  “除了小田地,農業(yè)科技園、大型農場以及全省主要農作物的長勢情況,都需要智能化、高精度的農情感知技術。因此,近20年來我們重點圍繞農情遙感監(jiān)測關鍵技術進行攻關。”南京農業(yè)大學國家信息農業(yè)工程技術中心教授姚霞介紹。

  “過去,人們逐個田塊或逐個品種(種質資源)手工獲取農情信息,準確率和效率都不高;現(xiàn)在,通過光譜和點云等手段進行農情監(jiān)測,可以快速高效地獲取田地里成百上千種農作物的形態(tài)結構、生理生化、抗逆性和生產力等重要農情參數(shù)?!币ο颊f,“就像給人做B超或者CT,通過光譜和點云等感知手段,快速、非破壞性地獲取農作物的長勢和表型信息,為變量施肥、節(jié)水灌溉、病蟲草害防治、規(guī)?;N等提供實時、準確、高通量的信息支撐?!?/p>

  “智慧農業(yè)要想走入尋常農戶還必須大大降低成本。目前傳感器、巡田機器人和無人機在人力、物力上均價格不菲。而衛(wèi)星遙感則經濟實惠得多,最新的亞米級國產商業(yè)衛(wèi)星數(shù)據只需平均每畝1角錢的成本。通過‘天空之眼’,可以輕松低廉地回溯每塊田的歷史,通過所建立的智能分析模型,精確診斷當前作物的長勢,定量預測未來的產量和品質等?!蹦暇┺r業(yè)大學國家信息農業(yè)工程技術中心教授江沖亞告訴記者,衛(wèi)星遙感大數(shù)據可以“智慧繪制”每塊田的昨天、今天和明天。

  模型設計,“智慧”解鎖豐收“糧”方

  農民想豐收,田地要種足、作物得種好?!暗魑锸艿綒夂?、土壤、技術、品種等影響,時空變異性很大。限制當?shù)刈魑锔弋a穩(wěn)產的主要因素是什么?適合當?shù)馗弋a穩(wěn)產的適宜栽培管理方案是什么?作物模型作為智慧農作的‘大腦’,能回答好上述問題。”南京農業(yè)大學國家信息農業(yè)工程技術中心教授劉蕾蕾說。

  “過去,農民根據經驗判斷作物的播栽期、施肥量、灌溉量等?,F(xiàn)在,把氣象、土壤等數(shù)據及作物品種的遺傳特性等數(shù)據輸入到作物模型中,就可以預測作物的生育進程、長勢和產量品質情況,幫助農民篩選適宜種植的品種,推薦適宜的播栽期,因時因地制宜地為作物制定‘營養(yǎng)膳食菜單’等?!眲⒗倮俳榻B道。

  糧食生產規(guī)模擴大,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,就可以實現(xiàn)從點到面、從小田塊到大區(qū)域的模擬決策?!眲⒗倮僬f。

  近年來,全球氣候變化給農業(yè)生產帶來挑戰(zhàn)。“人冷了穿衣服、熱了吹空調,但是作物不行。當出現(xiàn)極端高、低溫事件時,作物自身的溫度響應機制被抑制,生長發(fā)育受到影響,最終將影響產量和品質?!眲⒗倮僬f,目前國際上常用的作物模型對極端氣候的響應存在較大不確定性,模型在極端氣候條件下的預測能力有待進一步提升,南京農業(yè)大學國家信息農業(yè)工程技術中心近年來取得了豐碩成果。劉蕾蕾說,“作物生長模型結合未來氣象數(shù)據,可預測未來30年甚至50年的糧食生產情況?!被谀P吞崆邦A知作物對未來氣候的響應,就可以通過調整播栽方案、優(yōu)化水肥運籌、培育新品種等方法,緩解未來氣候變化對糧食生產帶來的負面影響。

  隨著科技發(fā)展,人們生活方式的轉變,智慧種田也更加便利。“傳統(tǒng)種田靠經驗、看天吃飯,現(xiàn)在智慧種田,只需打開手機小程序,在地圖上點一點自家的田塊,就知道適合種什么作物?!苯K省信息農業(yè)重點實驗室副主任劉小軍教授展示了團隊開發(fā)的移動端小程序“農田眼”。

  “這相當于把一個移動的智能化栽培專家送到了種植戶身邊!”劉小軍說,用戶在小程序上輸入交互數(shù)據就可以得到精確的作物管理決策方案。

  “作物長得太旺,就說明營養(yǎng)太多,得‘減減肥’;要是長得又弱又小,就要施肥或灌水。”劉小軍舉例道,“比如追肥主要在作物拔節(jié)、孕穗等關鍵生育期,要是后期過量施肥,容易帶來作物貪青遲熟、倒伏風險加劇等不利影響?!?/p>

  據了解,近年來,他們研發(fā)的“小麥綠色智慧施肥技術”“水稻無人機智慧施肥技術”分別入選農業(yè)農村部農業(yè)主推技術,“水稻全程綠色智慧施肥技術”入選2023年農業(yè)重大引領性技術。

   精確作業(yè),農機裝備有了“智慧大腦”

  耕種管收一條鏈,機械化的農機設備如何學“慧”種田?

  “小麥、水稻是老百姓的口糧,通過智慧農業(yè)來播種、移栽、施肥、灌水、噴藥、收獲,單位面積的糧食產量更高、質量更好?!睖粮嬖V記者,“智慧大腦”在作物生長的每個重要時間節(jié)點都施展著“聰明才智”,“智慧之手”在耕、種、管、收全流程實現(xiàn)農田管理精確化作業(yè),保障著作物產量、實現(xiàn)了顆粒歸倉。

  面向農業(yè)生產中播栽、施肥、灌溉、噴藥、收獲的各個環(huán)節(jié),南京農業(yè)大學智慧農業(yè)團隊與農機企業(yè)合作,研制了一批智能化、精確化的農田作業(yè)裝備,讓科技惠之于農、用之于農。

  “傳統(tǒng)的農機裝備不具備變量作業(yè)功能,現(xiàn)在智慧農業(yè)需要實現(xiàn)基于空間差異的自動變量?!睖帘硎?,農田作業(yè)裝備的智能化需要對現(xiàn)有農機裝備進行升級改造,在傳統(tǒng)農機裝備的基礎上增加數(shù)字化、智能化的功能。

  走進智慧農場的車庫,精確播種機、精確施肥機、智能除草機,智能無人機、智能收割機等一應俱全。記者發(fā)現(xiàn),這些有了“智慧”加持的農機設備造型獨特——有的是方向盤下一根粗線連上車載小屏幕,有的車上多了雙翼,末段還有“小眼睛”。

  “過去的農機大多采用定制化底盤,通用性差、結果不準,難以大面積推廣;現(xiàn)在是在通用輪式底盤的基礎上設計可自動調節(jié)的傳感器搭載平臺,融合多源傳感器數(shù)據,一畝地幾分鐘就能完成作業(yè),又快又好!”湯亮感慨道,如今田間巡檢機器人不僅“身手矯捷”,而且傳感器的感知范圍、設備的通用性、監(jiān)測結果的準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)測作物產量和品質的傳感器,農民在收割時就知道谷物的產量水平和品質等級?!睋两榻B,這些尺寸小、便于攜帶的谷物產量品質傳感器,既可用于田間地頭谷物籽粒品質的直接檢測,也可以搭載在收獲機上實現(xiàn)谷物品質的實時在線檢測。

  車庫的大液晶屏上顯示著拖拉機、插秧機、收割機的數(shù)量,它們執(zhí)行作業(yè)的航向、速度、時長、面積等信息也一目了然。

  “冬天農閑,它們就在車庫保養(yǎng)‘待命’;農忙時需要大量人力,而農機手費用高、人也難找,這時只需在智慧農作管理云平臺上點點鼠標,它們就能根據指令出庫行動?!睖琳f。

  “從天空地立體化農田監(jiān)測,到農作處方數(shù)字化設計,再到農田管理精確化作業(yè),三大技術板塊銜接構成一條完整的技術鏈條,為智慧農業(yè)提供了全流程管理以及相應的解決方案?!辈苄l(wèi)星介紹道。

  “智慧農業(yè)的技術創(chuàng)新與工程實踐,為現(xiàn)代作物生產提供了關鍵技術支持和全方位數(shù)字化服務,開辟了我國作物精確栽培新領域,促進了農業(yè)生產管理的定量化和智能化發(fā)展,提升了農作系統(tǒng)的綜合生產力和核心競爭力?!蹦暇┺r業(yè)大學副校長朱艷說。

  這里只是中國農業(yè)的一個縮影,智慧農業(yè)正在廣袤的土地上大顯身手?!爸腔坜r業(yè)是加快實現(xiàn)我國農業(yè)科技自立自強的重要支撐?!辈苄l(wèi)星說,“要以國家戰(zhàn)略需求為導向,面向農業(yè)農村的實際應用場景,創(chuàng)新關鍵技術,創(chuàng)制核心裝備,創(chuàng)建應用模式,推動農業(yè)科教產融合,助推傳統(tǒng)農業(yè)向智慧化、綠色化、規(guī)?;D型升級,真正實現(xiàn)‘頂天立地’!”

  《光明日報》(2024年02月08日 16版)

(責編:常邦麗)

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