第三节 精准农业的作用

农业是国民经济的基础产业，保障食物安全和农业的可持续发展是世界各国需要解决的首要问题。从我国的情况来看，保障14亿人口的粮食安全是我国农业生产需要解决的首要问题。近20年来，农业和农村经济取得了很大的发展。然而，农业耕地和水资源缺乏，不合理的施肥、灌溉和施药等农事活动造成了大量资源浪费和环境污染，农产品品质不高，农民收入增长缓慢，农业装备技术发展滞后难以满足我国现代农业发展的需要，等等，都是我国农业生产必须面对的挑战。在这种形势下，研究建立我国精准农业技术体系，对于提高我国农业现代化水平、实现依靠科技进步解决“三农”问题具有重大意义。精准农业是我国未来现代农业发展的重大技术选择。

精准农业是一种基于空间信息管理和变异分析的现代农业管理策略和农业操作技术体系。它根据土壤肥力和作物生长状况的空间差异，调节对作物的投入，在对耕地和作物长势进行定量的实时诊断、充分了解大田生产力的空间变异的基础上，以平衡地力、提高产量为目标，实施定位、定量的精准田间管理，实现高效利用各类农业资源和改普环境这一可持续发展目标。

被认为是21世纪农业科技发展的前沿，是科技含量最高、集成综合性最强的现代农业生产管理技术之一。

一、有效缓解农业严重的资源环境压力

人口增长对粮食的刚性需求、农业生产资源的硬性约束以及传统农业生产方式对环境的破坏等都是未来粮食安全面临的重大问题。我国土地资源有限，人均耕地只相当于世界平均水平的1/3。由于城市化发展、村镇建设、道路等基础设施建设，耕地正以每年平均20万公顷的速度减少，人均耕地将由目前的0.08ha下降到2020年的0.06ha及2030年的0.05ha。化肥投入对我国作物生产发挥了十分重要的作用。资料显示，在过去的40年间，我国化肥总用量与粮食、棉花总产量，以及化肥单位面积施用量与粮食、棉花单位面积产量均呈显著或极显著正相关关系。化肥是农业生产中投入最多的生产资料。据估计，化肥的投入一般占我国粮食生产中各项物资、能量投入的30%～40%，在个别高产地区甚至高达50%。2016年我国化肥产量达到7004.92万吨，施用量约6034万吨。目前，我国每年化肥施用量占世界总量的1/3，成为世界第一化肥消费大国。然而，我国化肥施用存在许多问题，过量施用化肥，造成利用率明显偏低，我国化肥利用率平均仅35%，低于世界发达国家10～15个百分点。在过去20年间，我国农户、区域间肥料用量的不平衡在不断加剧。研究表明，在低施氮量（120kg/ha）条件下，冬小麦的氮肥损失率不足9%，氮肥利用率可达45%；但当施氮量增加至360kg/ha（相当于冬小麦每亩施52kg尿素）时，氮肥利用率仅为23%，氮肥损失率高达55%。目前我国氮肥当季利用率仅为30%～35%，磷肥和钾肥当季利用率也分别只有10%～20%和35%～50%，低于发达国家15～20个百分点。肥料的不合理施用使得我国每年有400多万吨化肥白白损失，造成了资源的极大浪费。此外，滥施化肥带来的环境问题也不容忽视，城市郊区过量的氮肥施用导致的地下水污染、硝酸盐含量严重超标等环境问题日趋严重。过量不均衡施肥不仅降低农产品品质，增加了农业生产成本，还给环境带来严重污染。我国的人均水资源仅相当于世界平均水平的1/4，居世界第109位。目前我国水资源的利用率仅为20%～30%，每立方米水资源的生产效率仅为0.8kg，而以色列的每立方米水资源的生产效率为2.3kg。目前我国农药施用大量沿用20世纪50～60年代的作业方式，农药的有效利用率仅为20%～30%，不仅浪费严重，还直接危及饮用水安全、食品安全、人类健康和生态环境。

精准农业充分利用信息获取手段，分析作物营养状况、土壤供肥能力和病虫害的空间及时间变化量来进行耕作和田间管理决策，能够因地制宜地进行农业投入，既保证了作物生产潜力的充分发挥，又避免了过量施用化肥、农药造成的生产成本增加、农田土水环境污染和农产品品质下降的严重后果，能够取得显著的经济和生态效益，对于提高农业资源利用率、保护农田生态环境、提高农产品产量和品质，加快农业生产现代化进程具有重大意义。

二、为农业增收、增效提供技术支撑

农业作为我国最大的基础产业，有着巨大的市场需求，随着我国加入世界贸易组织及人们生活水平的不断提高，对农产品数量和质量的需求都将快速提高。中央近年来对农村政策的一系列改革，农民生产积极性空前高涨。但长期以来，农民收入增长缓慢，农业增产不增收的现象比较普遍。提高农业综合生产效益（优质、高产、高效）、保证农民增产增收，是保护农民生产积极性、促进农业和农村经济可持续发展需要解决的重大问题，依靠科学技术实现农业的现代化精准管理，是解决该问题的重要途径。

精准农业技术通过空间信息获取与分析，按照田间每一操作单元的具体条件，精细、准确地调整各项土壤和作物管理措施，最大限度地优化使用各项农业投入，实现肥水等资源合理配置，大幅度提高经济效益，可以达到获取最佳产量与品质组合和最大经济效益。同时，通过精准农业的实施，可以减少化学物质投入，保护农业生态环境、土地等农业自然资源，提升农产品商品质量和安全质量，增加产品附加值，促进农业生产朝着“高产、优质、高效、安全、生态”方向发展。随着我国农业现代化建设的深入，农民科学文化素质的不断提高，对现代农业高新技术的需求将越来越大。广泛应用以精准农业为代表的现代农业高新技术，将改革传统的农业生产方式，实现在高新技术支撑下农业的信息化和智能化管理，提高农业生产者的管理经营水平，合理利用好每寸耕地资源，挖掘生产潜力，提高农产品产量和品质，降低生产成本，增加农民收益，实现农业增产、增效、增收的统一。

三、促进现代农业装备技术的快速发展

农业技术装备是农业工业化和农业现代化的基础，是先进农业技术得以有效实施和推广的关键载体，是国家粮食安全科技保障体系不可或缺的重要组成部分，是国家农业综合生产能力和农业可持续发展能力的核心保障，是农民增收、农业增效和提高农业竞争力的有效手段。

农业技术装备在人类社会发展、保障世界食物安全和农业现代化进程中具有极其重要的战略地位。从20世纪70年代中期开始，发达国家即加快了农业机械装备与应用电子信息技术的研究及产业化开发，大幅度提高生产效率，发展高速、大马力等各种复式作业机械成为一种主流发展趋势，一批机、电、液一体化技术产品迅速开发出来并装备到农业机械上，实现了农业机械化作业的高效率、高质量、低成本和农田作业的舒适性与安全性。进入20世纪90年代，拖拉机与自走式农业机械的田间自动导航、农业机器人的开发，成为探索在农业机械装备中应用智能控制及机电一体等高新技术应用研究的重要方向。总之，国外先进农业机械装备技术已开始融合现代微电子技术、仪器与控制技术、信息技术，向智能化、机电一体化方向快速发展。

我国正处于农业机械化的快速发展阶段。2002年，全国机械化耕、播、收综合机械化水平仅为30.5%，耕地、播种、收获水平分别为47.1%、26.6%和18.3%。农业劳动生产率低于世界平均水平，与发达国家相差几十倍甚至上百倍。目前，我国农业装备的综合技术水平仅相当于发达国家20世纪60年代到70年代的水平，研发和创新的技术储备严重缺乏，适用品种少、水平低、可靠性差，远不能适应现代农业生产发展的需要，严重滞后于农业生产技术的发展，国家每年不得不花费数十亿元进口农业装备。2004年《中华人民共和国农业机械化促进法》出台，开始了我国农业装备事业新的发展期，积极开展精准农业智能装备技术的研究开发，符合我国未来农业发展的国家战略需求。

近年来农机应用数量庞大，增速很快。据不完全统计，2012年，国内现有大中型拖拉机490万台，小麦联合收割机90万台，玉米收割机23.3万台，水稻插秧机50.7万台；大型农机产量连续6年保持20%以上的增速，与之配套的自动导航和驾驶系统市场前景巨大。2014年，全国农业机械总动力达10.76亿千瓦，同比增长3.57%；农机化水平达到61%以上。

随着高精度导航定位技术、自动驾驶技术、机械控制等方面的技术日益成熟，为卫星导航设备在大型农机控制上推广应用创造了基础条件和巨大的应用市场，使我国精细农业的发展拥有非常广阔的前景。

四、全面带动我国现代农业快速发展

精准农业技术的发展，可充分带动我国现代农业的发展，促进肥料生产、农产品深加工、机械制造、自动控制等一系列行业形成新的经济增长点，形成多种高新科技产品，增加就业，带动内需。大力发展精准农业中智能化农业机械设备，有助于扶持我国相关机械与设备研制企业的技术改造与创新，带动制造工业的发展。精准农业机械的变量作业是通过安装在机械上的自动控制装置来完成的，由于我国农业机械的保有数量大，因而自动控制装置的生产与制造仍是一个很大的产业。精准农业技术推广后对促进传统农业向现代农业转变，全面提升我国农业生产的科技含量水平，减少生产投入，增加农产品在国内市场的竞争力将具有重要意义。