智慧农作 引领智慧化农业步入新阶段

  新一代的信息技术成为引领发展的先导力量,智慧农业正成为世界农业的重大趋势。当前,我国农业已经进入智慧化农业新阶段,我国粮食安全也迫切需要智慧化技术支撑。智慧农作是智慧农业的核心内容,具有全局性和引领性作用。

智慧农作包括三个部分,首先是农田信息的智能化感知,形成农田信息一张网;其次是农作处方数字化设计,也就是农作处方一套图;后端是农田精细化作业,形成农田作业一条链,主要体现在全面的信息感知、广泛的互联互通、深度的定量分析、智能的技术装备、精确的作业控制。

在智慧农作的研究方面,我们主要在作物生长与农情信息监测、农作管理知识模型及处方设计、农田管理智能装备与精确作业等三方面做了系统工作。

构建天空地立体化作物生长监测综合平台,提供作物生长与农情信息监测服务。作物的反射光谱随太阳辐射而产生,具有快速、无损、信息丰富等特点,覆盖可见光和近红外等多个光谱区域,与作物生长状况密切相关。分析不同条件下作物的反射光谱特征,可为作物生长指标与生理参数的监测诊断提供先进高效的技术手段。在此基础上,可以创制面向多平台、简便实用的作物生长监测诊断软硬件产品,实现对作物生长的定点、移动和在线实时监测和诊断。根据这些成果,进一步集成建立天空地立体化作物生长监测诊断技术平台,可面向田块、园区、区域等多尺度,依托监测诊断仪、农田传感网/无人机、卫星遥感及应用系统等,为用户提供作物生长诊断与智慧管理服务。

基于知识模型的农作处方数字化设计,突破了农作管理处方设计技术。农作方案受气象、土壤、品种和生产水平的显著影响,通过凝练气候、土壤、品种、生产水平等与管理技术之间的共性量化关系,构建数字化广适性的作物管理知识模型及管理处方设计系统,实现从传统区域化栽培模式向动态精细化栽培处方的转型升级。例如,将作物产量目标与需氮量、土壤供氮量、施氮水平之间的关系转化成数字化算法,利用这个量化模型可以设计不同农田条件下的适宜氮肥处方;还可以基于长势监测诊断平台,为作物生长绘制标准化动态轨迹,支撑诊断调控;对农田的差异进行分析,提出适宜的管理分区,实现空间差异的变量投入。

农田管理智能装备与精确作业。农田管理精确化作业技术体系主要面向农田耕、种、管、收作业环节,构建集信息采集、差异分析、处方生成、自动控制、变量实施等功能为一体,农机—农艺—信息高度融合的农田管理智能装备与精确作业系统。在最新的研究中,我们研发了在北斗导航支持下的无人作业技术,实现小麦无人播种施肥,也可实现无人收获,作业效率很高,这也是未来农业的发展方向。

未来,智慧农作要适应新形势、构建新格局。建议一是要部署重大专项,加快国家智慧农业技术装备重大专项的论证规划,力争“十四五”前期启动实施;二是建设示范基地,推进全国智慧农业示范基地建设,发挥引领辐射作用;三是培养交叉人才,发展新兴交叉学科,创新体制机制,培育复合型现代化智慧农业人才队伍;四是催生高新企业,深化产学研用结合,实现创新链、技术链、产业链融合发展,市场化运营与社会化服务协同并进;五是营造社会氛围,总结成功经验与典型案例,强化宣传与培训,形成整体发展合力。