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1農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式

20世紀80年代末期，西方等國由于其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)達到了高度的現(xiàn)代化，農(nóng)業(yè)機械化已開始向自動化方向發(fā)展，但環(huán)境污染、能源枯竭等因素迫使科研人員開始著手考慮新的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，如生態(tài)農(nóng)業(yè)、高效農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)等。其目的就是利用有限資源，在對農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀進行分析的基礎上，通過對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)微觀化處理，改目前的粗放型農(nóng)業(yè)為精細農(nóng)業(yè)，以準確地投入和管理；改定量投入為變量投入和管理，節(jié)約能源，改善環(huán)境條件，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平和作物產(chǎn)品質(zhì)量。精確農(nóng)業(yè)的概念就此產(chǎn)生，并迅速被予以研究和實施。通過全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)，確定農(nóng)業(yè)作業(yè)者或農(nóng)業(yè)機械在田間的瞬時位置，通過設置在田間不同位置的用途各異的傳感器及監(jiān)測系統(tǒng)，隨時隨地采集田間數(shù)據(jù)(土質(zhì)、性狀、含水率、肥力、雜草量、病蟲害和分布狀況等)，并將這些數(shù)據(jù)輸入地理信息系統(tǒng)(GIS)。結(jié)合事先儲存在GIS中定期輸入的或持久性數(shù)據(jù)、專家系統(tǒng)及其他決策支持系統(tǒng)，對信息進行加工處理，瞬間做出適當?shù)霓r(nóng)業(yè)作業(yè)決策，再通過農(nóng)業(yè)作業(yè)者或農(nóng)業(yè)機械攜帶的計算機控制系統(tǒng)，自動控制其變量執(zhí)行設備或元器件，實現(xiàn)對作物或目標區(qū)的變量投入和變量操作[1]。精確農(nóng)業(yè)是信息技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高度現(xiàn)代化的必然趨勢。精確農(nóng)業(yè)的研究發(fā)起者是美國，大約在1982～1984年初開始了首次研究。而法國由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模和管理經(jīng)營方式、“馬賽克”農(nóng)業(yè)組成形式、信息技術(shù)、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化程度、國家政策、歐共體統(tǒng)管影響等因素，其精確農(nóng)業(yè)的研究比美國和加拿大晚10年，研究的力度和范圍不及美國，但應用水平和程度并不低。

2法國精確農(nóng)業(yè)研究與應用背景條件

2.1農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化

法國農(nóng)業(yè)可利用面積約3000萬hm2，占國土面積的55%[2]，農(nóng)業(yè)非常發(fā)達，是歐洲地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品最大的生產(chǎn)國和出口國；谷物產(chǎn)量居世界前列，是世界谷物主要生產(chǎn)國和出口國之一。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的壟斷程度較高，各個地區(qū)經(jīng)營類型各不相同:巴黎盆地和中部地區(qū)的農(nóng)場實行高度的機械化；北部、西部和西南部實行多種經(jīng)營兼畜牧業(yè)；南部專門經(jīng)營葡萄園和園藝；山區(qū)和某些工業(yè)區(qū)域附近實行雙重就業(yè)、自然區(qū)化，使農(nóng)產(chǎn)品各具特色。法國在尊重每個地區(qū)的特點和農(nóng)業(yè)地理條件的前提下，完成了現(xiàn)代化。法國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)營方式是以家庭農(nóng)場為基本生產(chǎn)單位，現(xiàn)有農(nóng)場73.5萬個，平均面積為40hm2。但經(jīng)營著40%普通農(nóng)業(yè)的農(nóng)場，面積大都在100hm2以上，農(nóng)業(yè)專業(yè)性很強。雖然個人農(nóng)場占絕大多數(shù)，但其份額在逐年減少。而以“農(nóng)業(yè)共同經(jīng)營集團GAEC(GAEC是一種農(nóng)場的聯(lián)合體。原有的農(nóng)場把各自的生產(chǎn)工具集合起來共同使用，以確保合理經(jīng)營。農(nóng)業(yè)工作者通過適當?shù)慕M織分擔農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不利成分，而資本在股東之間按份額分配)、有限責任農(nóng)場-13-EARL”等農(nóng)事社團和公司經(jīng)營的農(nóng)場的數(shù)量逐漸增加，20年間增加了3倍[2]。同時，由于法國農(nóng)業(yè)就業(yè)人口逐年減少，已由1970年的270萬減少到1998年的95萬，加之農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和現(xiàn)代設備的使用，耕種土地的調(diào)整必不可少。調(diào)整內(nèi)容是把屬于同一個所有者的小片土地集中起來，以便增加平均面積，便于耕作。法國近幾年所實施的土地改善工程—土地歸并工作已完成1200萬hm2，進度為每年30萬～40萬hm2。另外，法國是歐洲最大的農(nóng)業(yè)機械市場，農(nóng)場全部實現(xiàn)了機械化，其機械的自動化水平也很高。法國現(xiàn)有農(nóng)用拖拉機140萬臺，且以大型為主。耕整種植施肥機械多為聯(lián)合作業(yè)，聯(lián)合收獲機11萬臺，玉米聯(lián)收機8000臺，撿拾打捆機11萬臺。農(nóng)業(yè)裝備使用合作社CUMA1300個，該合作社負責為農(nóng)場經(jīng)營者購置農(nóng)業(yè)機械，提供相關(guān)資信，調(diào)配農(nóng)機具使用，改變過去小而全的局面，統(tǒng)一調(diào)配使用和購置大型現(xiàn)代化農(nóng)機具[2]。這使得大規(guī)模經(jīng)營成為現(xiàn)實，為本來已實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的法國農(nóng)業(yè)向精確農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變創(chuàng)造了基礎條件[2]。

2.2用于精確農(nóng)業(yè)研究與應用的條件日臻完善

GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)最初用于軍事、飛機及輪船導航，20世紀70年代后期開始轉(zhuǎn)向民用。由于用于GPS的衛(wèi)星數(shù)量不斷增加，定位技術(shù)及其設備租用價格大幅度下降，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用已不成問題。一臺微型個人GPS接收系統(tǒng)約為1800法郎(折合人民幣2000多元)，用于聯(lián)收機產(chǎn)量圖生成、變量施肥和變量灌溉的GPS系統(tǒng)也不超過60000萬法郎。隨著技術(shù)的不斷進步，其價格還會下降。個人信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)絡技術(shù)、機載電子技術(shù)(執(zhí)行元件的檢測技術(shù)、傳感器、變量控制等)的飛速發(fā)展以及集成塊存儲器存儲能力、計算機數(shù)據(jù)處理能力的提高，均為精確農(nóng)業(yè)技術(shù)研究和應用創(chuàng)造了必要的條件。

2.3環(huán)境保護及節(jié)約能源要求

隨著農(nóng)業(yè)機械化的實現(xiàn)及大功率拖拉機的使用，“石油農(nóng)業(yè)”愈演愈烈，動力消耗過大而引起的能源消耗和環(huán)境污染引起了人們的普遍關(guān)注。更為嚴重的是，寧可多施不可漏施的定量噴施化肥、農(nóng)藥(氮、除莠劑、飼養(yǎng)污水)等傳統(tǒng)作業(yè)方式給環(huán)境、土壤、水質(zhì)及植物本身造成了嚴重的危害，水源被污染，作物品質(zhì)下降。面對生產(chǎn)環(huán)境的不斷惡化，農(nóng)業(yè)更需要進行嚴格的環(huán)境保護管理[3]。

2.4經(jīng)濟方面的問題

最近幾年，法國的農(nóng)業(yè)土地面積開墾量不斷增加，而農(nóng)產(chǎn)品價格卻逐年下降，糾其原因是產(chǎn)品質(zhì)量下降所至?；跉W洲農(nóng)業(yè)交易市場的質(zhì)量要求，農(nóng)場經(jīng)營者認為農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的確認(蛋白質(zhì)含量、污染程度)對毛利率的增加是非常重要的，而GPS、GIS的使用可通過對作物的準確投入、精確管理以及適時的檢測可有效地提高產(chǎn)品的質(zhì)量，從而獲得較高的交易價格[3]。

3法國的精確農(nóng)業(yè)研究內(nèi)容[4]

根據(jù)本國獨特的自然環(huán)境、農(nóng)業(yè)經(jīng)營形式及分布、農(nóng)業(yè)機械化及自動化水平，以法國國家農(nóng)業(yè)環(huán)境工程、農(nóng)業(yè)工程、農(nóng)業(yè)機械、鄉(xiāng)村土建及水利研究中心CEMAGREF等多家科研究機構(gòu)和企業(yè)為主體，制定了近期有關(guān)精確農(nóng)業(yè)的研究與發(fā)展計劃，主要圍繞“GPS接收與GIS發(fā)送系統(tǒng)的軟硬件設計及理論研究、GIS各組成元素、基于GPS和GIS下的執(zhí)行設備的研究與試驗”等進行攻關(guān)。其中包括：（1）精確農(nóng)業(yè)的基本工具。（2）地球同步衛(wèi)星空間化數(shù)據(jù)的處理與分析在精確農(nóng)業(yè)上的應用研究。（3）電子地圖技術(shù)與地理信息系統(tǒng)的整合應用。（4）標準化數(shù)據(jù)交換與總線網(wǎng)絡控制平臺技術(shù)。（5）自動地質(zhì)采樣器與土壤空間可變性特征研究。（6）拖拉機工作特性曲線及土壤物理狀況表在精確農(nóng)業(yè)上的應用研究。（7）以土壤機械強度為主參數(shù)的在線測量與繪圖技術(shù)在精確農(nóng)業(yè)上的應用研究。（8）利用土壤數(shù)字視覺系統(tǒng)檢測野生群體生物學特征的研究。（9）無人駕駛飛機及其視覺系統(tǒng)對田間狀況檢測研究。（10）聯(lián)合收獲機流量傳感器精度及產(chǎn)量圖繪制后處理技術(shù)的研究。（11）關(guān)于聯(lián)合收獲機谷粒質(zhì)量測定及取樣技術(shù)研究。（12）玉米移植及產(chǎn)量圖繪制技術(shù)的應用研究。（13）顆粒肥料離心撒播的調(diào)控—通過微粒運行軌跡進行測定及其流量測定。（14）與CUMA相適應的地理信息系統(tǒng)的管理-—精確農(nóng)業(yè)諸元研究。（15）衛(wèi)星圖像輔助施肥技術(shù)。（16）GPS在甜菜種植和洋蔥田間管理上的應用—作業(yè)現(xiàn)場管理及產(chǎn)量控制技術(shù)研究。CEMAGREF及ENESAD等教學與科研機構(gòu)在進行對精確農(nóng)業(yè)有關(guān)內(nèi)容研究與應用的同時，保持了與歐共體各國有關(guān)單位及美國國家精確農(nóng)業(yè)研究中心(設在明泥蘇達州大學內(nèi))經(jīng)常性的信息交換、學術(shù)交流及合作研究，基本實現(xiàn)了精確農(nóng)業(yè)的同步研究，為應用精確農(nóng)業(yè)技術(shù)的農(nóng)用設備的推廣使用創(chuàng)造了條件。

4法國精確農(nóng)業(yè)應用現(xiàn)狀

法國的精確農(nóng)業(yè)研究和應用雖起步較晚，但研究內(nèi)容卻相當廣泛，應用水平也相當高。尤其是聯(lián)合收獲機產(chǎn)量圖生成及質(zhì)量測定、施肥機械和電子化植保機械利用GPS和GIS系統(tǒng)進行變量作業(yè)已成為現(xiàn)實，并開始投入使用。

4.1聯(lián)合收獲機生產(chǎn)率的測定

在聯(lián)合收獲機上的各功能部位，安裝功能各異的傳感器，利用GPS和GIS進行生產(chǎn)率的測定。例如，在割臺上安裝有工作幅寬和行進速度傳感器，用于測定聯(lián)合收獲機單位作業(yè)面積和瞬時生產(chǎn)率;在谷粒輸送器上安裝谷粒標高傳感器、光探測器、壓力傳感器及電容式傳感器等，來測定谷物收獲總量和瞬時收獲量，并且能獲得谷粒的瞬時濕度和最終質(zhì)量。法國的“谷神2號”（Geres2）、美國約翰迪爾公司的“綠色衛(wèi)星”（GREENSTAR）和德國格拉斯公司的“CEBIS”生產(chǎn)率測定系統(tǒng)已在法國相當數(shù)量的聯(lián)收機上安裝使用。上述系統(tǒng)均能通過GPS支持獲取收獲總面積、局部收獲面積、干燥后的谷物量、收獲平均值、總收獲量、瞬時收獲量、谷粒濕度值及調(diào)整、作物種類目錄等，并在駕駛室內(nèi)的顯示器中顯示出來，自動生成產(chǎn)量圖。

4.2電子化施肥機械和植保機械變量作業(yè)

法國國內(nèi)使用的肥料撒播機械和植保機械，在全部農(nóng)業(yè)機械中自動化水平最高，并開始由電子化拖拉機與自動噴灑裝置組成的聯(lián)合機組所替代，這為精確農(nóng)業(yè)—變量投入的實施創(chuàng)造了條件。變量離心撒播機和變量自動噴霧機在GPS和GIS的支持下開始投入生產(chǎn)和使用，法國“女騎士”（AMASAT）肥料撒播變量控制系統(tǒng)已大量應用于各種類型的離心式肥料撒播機上。

5存在的問題

（1）傳感器的精度問題、分布密度問題、信息傳遞問題、專家系統(tǒng)建立的權(quán)威性和評估準確性問題等，均對GIS產(chǎn)生了較大的影響，使精確農(nóng)業(yè)的應用范圍僅局限在很少的作業(yè)內(nèi)。

（2）全球定位系統(tǒng)GPS必須配合設置在全球各地有相當密度的差動式GPS接收系統(tǒng)DGPS，才能完成GIS數(shù)據(jù)傳送、作業(yè)者定位及信息指令的接受等工作。目前的定位精度不太高，對有些要求精確變量投入的作業(yè)尚有較大的困難。

（3）電子化拖拉機和電子化執(zhí)行設備的靈敏度不高，也是制約精確農(nóng)業(yè)實施的主要障礙。我們相信隨著電子化進程的不斷加快和納米技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應用，電子元器件向超微型化、超高精度化方向發(fā)展，必將帶動精確農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展。最近幾年，法國科研機構(gòu)與生產(chǎn)企業(yè)加強了對電子化農(nóng)機具的研究和開發(fā)工作，人工視覺系統(tǒng)在精確農(nóng)業(yè)上的應用研究力度加大，這對法國的精確農(nóng)業(yè)研究和應用具有較大的影響。