一、發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和建設社會主義新農(nóng)村迫切需要農(nóng)業(yè)科技支撐

(一)人口與資源矛盾突出

人口問題是推進河北新農(nóng)村建設的第一制約因素,也是最大難點。2008年,河北省總人口達7000萬人,“從2004—2007年,河北省增加了134.44萬人口,自然增長率平均為5.17‰”[1](P215)。雖然人口素質(zhì)近年來有所提高,但“農(nóng)村初中及以下學歷人口仍有4000萬,占農(nóng)村總人口的74%。其中,農(nóng)業(yè)勞動力中文盲與半文盲人口至2007年底仍有107.46萬人”[1](P252)。人口數(shù)量的龐大和較低的文化素質(zhì)嚴重阻礙了河北新農(nóng)村建設的步伐。再加上人口增長對資源環(huán)境的壓力日益增長,人與資源之間的矛盾也日益尖銳。

(二)資源稟賦不足

1.耕地面積減少,質(zhì)量下降。河北省人均耕地面積只相當于世界平均水平的1/3,“從2005年至2007年,河北省耕地面積3年來累計減少約250.2千公頃,年均減少83.4千公頃”[1](P219)。而且由于受地形和自然環(huán)境等條件制約,多數(shù)耕地質(zhì)量較差,其有機含量僅為1.21%[2]。河北省第二次土壤普查結果表明:河北省耕地氮、磷含量低,高產(chǎn)農(nóng)田缺鉀,79%的耕地缺鋅,80%的耕地嚴重缺錳,17%的耕地嚴重缺鐵,還有10.4%的耕地不同程度的存在鹽堿危害,土壤結構差,水肥氣熱不協(xié)調(diào)。2007年,河北省人均占有耕地不足0.1公傾[2],過小的土地經(jīng)營規(guī)模阻礙了農(nóng)業(yè)新技術與新農(nóng)藝的采納和應用,特別是對那些綜合性強、系統(tǒng)配套、需要區(qū)域連片應用的農(nóng)業(yè)高新技術成果,農(nóng)戶的有效需求更低,嚴重制約了生產(chǎn)率的提高和抵抗自然災害的能力。

2.水資源匱乏。“河北省水資源總量為204億m3,人均306.69m3,畝均211.04m3,分別為全國平均水平的1/7”[3](P26),按國際標準屬極度貧水區(qū)。“河北省水資源可利用量僅為170億m3~180億m3,而目前年用水量高達210億m3~220億m3,年超采地下水40億m3~50億m3。按照目前用水技術水平預測,至2010年,河北省工農(nóng)業(yè)用水總量將達到270億m3~280億m3。中國政府已啟動實施的南水北調(diào)工程交付使用后,河北省可利用40億m3左右。由此計算,河北省可用水總量在230億m3~240億m3,仍缺水50億m3~60億m3?！盵2]因此,要支撐河北省農(nóng)業(yè)與經(jīng)濟的發(fā)展,出路在于通過技術創(chuàng)新提高降水資源的轉化率、灌溉水利用率,實現(xiàn)技術對資源的替代。

21世紀，人類將逐步進入知識經(jīng)濟的時代，迅速發(fā)展與普及的信息技術將推動人們在科學利用資源潛力，發(fā)展節(jié)本增效生產(chǎn)方式，改善和保護生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)基于信息和知識的生產(chǎn)過程管理決策方面，突破許多傳統(tǒng)的模式和觀念，開拓出一批具有創(chuàng)新意義的技術體系，以支持社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。在實踐當今新的農(nóng)業(yè)科技革命中，九十年代初以來在一些發(fā)達國家開展的“精細農(nóng)業(yè)”技術體系的研究與實踐，就是一種具有創(chuàng)新意義的技術思想，已經(jīng)引起一些國家政府和科技決策部門的重視。美國國家研究委員會（NationalResearchCouncil）為此曾專門立項組織了一批多學科著名專家對有關發(fā)展研究進行了評估，研究報告經(jīng)過由美國科學院，工程院和醫(yī)學科學院院士組成的評估組進行審議后，于1997年發(fā)表了“PrecisionAgricultureinthe21stCentury－GeospatialandInformationTechnologiesinCropManagement”研究專著，全面分析了美國農(nóng)業(yè)面臨的壓力、信息技術為改善作物生產(chǎn)管理決策和改善經(jīng)濟效益提供的巨大潛力，闡明了“精細農(nóng)業(yè)”技術體系研究的發(fā)展現(xiàn)狀，面臨的問題及其支持技術產(chǎn)業(yè)化開發(fā)研究的機遇。近兩年來，我國科技界在研究推進新的農(nóng)業(yè)科技革命中，對國外這一技術體系的發(fā)展趨勢，引起了廣泛的關注。新聞媒體陸續(xù)有了一些報導，有的單位已開展了有關研究和試驗示范工程準備工作,國內(nèi)外的學術交流與合作聯(lián)系開始活躍，國外有關產(chǎn)業(yè)界開始向我國推薦其技術產(chǎn)品，密切關注中國走向21世紀實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、信息化中這一巨大的潛在技術市場?？梢灶A言：“精細農(nóng)業(yè)”技術體系的試驗示范及其相關技術產(chǎn)品的開發(fā)研究，將在世紀之交成為推進我國新的農(nóng)業(yè)科技革命中的重要研究課題。信息技術革命為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化發(fā)展提供了新機遇，在開拓新的前沿科技應用研究領域中，發(fā)達國家和一些發(fā)展中國家的起跑線拉近了距離，時間上的差距在縮小。在某些重要領域?qū)崿F(xiàn)技術發(fā)展上的跨越，將是機遇性的挑戰(zhàn)。主席1998.9在安徽考察工作時的講話中指出：“現(xiàn)在一些發(fā)達國家，已經(jīng)把基因育種工程、電子信息互聯(lián)網(wǎng)絡、衛(wèi)星地面定位系統(tǒng)等高新技術應用于農(nóng)業(yè)。我們必需有緊迫感，盡快迎頭趕上”?！熬氜r(nóng)業(yè)”技術體系是農(nóng)學、農(nóng)業(yè)工程、電子與信息科技，管理科學等多種學科知識的組裝集成，其應用研究發(fā)展必將帶動一批直接面向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者服務的電子信息高新技術與工程裝備技術的研究與開發(fā)，對推動我國基于知識和信息的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，具有深遠的戰(zhàn)略性意義?！熬氜r(nóng)業(yè)”，即國際上已趨于共識的“PrecisionAgriculture”或“PrecisionFarming”學術名詞的中譯。國內(nèi)科技界及媒體報導中目前尚有各種不同的譯法和對其內(nèi)涵的理解。如譯為“精準農(nóng)業(yè)”、“精確農(nóng)業(yè)”、“精細農(nóng)業(yè)”等。實際上，目前國外關于PrecisionAgriculture的研究，主要是集中于利用3S空間信息技術和作物生產(chǎn)管理決策支持技術（DSS）為基礎的面向大田作物生產(chǎn)的精細農(nóng)作技術，即基于信息和先進技術為基礎的現(xiàn)代農(nóng)田“精耕細作”技術。因此，作者認為采用“精細農(nóng)業(yè)”或“精細農(nóng)作”譯名來表達當前實踐的這一技術思想的內(nèi)涵可能更為確切。誠然，當今實踐的“精細農(nóng)作”技術思想，應該擴展到設施園藝、集約養(yǎng)殖、產(chǎn)品加工及農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的精細經(jīng)營管理方面，而形成為完整的“精細農(nóng)業(yè)”技術體系?！熬氜r(nóng)業(yè)”技術是直接面向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者服務的技術，這一技術體系的早期研究與實踐，在發(fā)達國家始于八十年代初期從事作物栽培、土壤肥力、作物病蟲草害管理的農(nóng)學家在進行作物生長模擬模型、栽培管理、測土配方施肥與植保專家系統(tǒng)應用研究與實踐中進一步揭示的農(nóng)田內(nèi)小區(qū)作物產(chǎn)量和生長環(huán)境條件的明顯時空差異性，從而提出對作物栽培管理實施定位、按需變量投入，或稱“處方農(nóng)作”而發(fā)展起來的；在農(nóng)業(yè)工程領域，自七十年代中期微電子技術迅速實用化而推動的農(nóng)業(yè)機械裝備的機電一體化、智能化監(jiān)控技術，農(nóng)田信息智能化采集與處理技術研究的發(fā)展，加上八十年代各發(fā)達國家對農(nóng)業(yè)經(jīng)營中必需兼顧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力、資源、環(huán)境問題的廣泛關切和有效利用農(nóng)業(yè)投入、節(jié)約成本、提高農(nóng)業(yè)利潤、提高農(nóng)產(chǎn)品市場競爭力和減少環(huán)境后果的迫切需求，為“精細農(nóng)業(yè)”技術體系的形成準備了條件。海灣戰(zhàn)爭后GPS技術的民用化，使得它在許多國民經(jīng)濟領域的應用研究獲得迅速發(fā)展，也推動了“精細農(nóng)業(yè)”技術體系的廣泛實踐。使得近20年來，基于信息技術支持的作物科學、農(nóng)藝學、土壤學、植?？茖W、資源環(huán)境科學和智能化農(nóng)業(yè)裝備與田間信息采集技術、系統(tǒng)優(yōu)化決策支持技術等，在GPS、GIS空間信息科技支持下組裝集成起來，形成和完善了一個新的精細農(nóng)作技術體系和開展了試驗實踐。迄今支持“精細農(nóng)業(yè)”示范應用的基本技術手段已逐步研究開發(fā)出來，在示范應用中預示了良好的發(fā)展前景。近五、六年來，已有數(shù)千計的研究成果，實驗報告見諸于國際學術會議或?qū)W術刊物；每年都舉辦專題“國際精細農(nóng)業(yè)學術研討會”和有關裝備技術產(chǎn)品展示會；在萬維網(wǎng)上設置有多個專題網(wǎng)址，可以及時查詢到有關研究發(fā)展信息；美、英、澳、加等國一些著名大學設立了“精細農(nóng)業(yè)”研究中心，開設了有關博士、碩士研究方向及培訓課程；日、韓等國近年來已加快開展研究工作，并得到了政府部門和相關企業(yè)的大力支持。國際上對這一技術體系的發(fā)展?jié)摿皯们熬坝辛藦V泛的共識，將成為世紀之交發(fā)展農(nóng)業(yè)高新技術應用研究的重要課題。“精細農(nóng)作”技術思想的核心，是獲取農(nóng)田小區(qū)作物產(chǎn)量和影響作物生長的環(huán)境因素（如土壤結構、地形、植物營養(yǎng)、含水量、病蟲草害等）實際存在的空間和時間差異性信息，分析影響小區(qū)產(chǎn)量差異的原因，采取技術上可行、經(jīng)濟上有效的調(diào)控措施，區(qū)別對待，按需實施定位調(diào)控的“處方農(nóng)作”。正是信息技術革命為這一技術思想的實踐，提供了先進的技術手段。千百年來的作物生產(chǎn)，都是以地區(qū)或田塊為基礎，在區(qū)域或田塊的尺度上，把耕地看作是具有作物均勻生長條件的對象進行管理，如利用統(tǒng)一的耕作、播種、灌溉、施肥、噴藥等農(nóng)藝措施，滿足于獲得區(qū)域、農(nóng)場或田塊的平均產(chǎn)量的認識水平，很少顧及對農(nóng)田的盲目投入及過量施肥施藥造成的生產(chǎn)成本增加和環(huán)境污染后果。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)技術推廣模式，也是在區(qū)域尺度上進行品種選擇、土肥監(jiān)測，通過地區(qū)試驗積累的適于當?shù)氐脑耘喙芾泶胧┫?┗萍鍪褂謾J導噬?，荚~乖諭慌┨錟?，地表上、下影响作五婜初件和产量的灭嬙时枯氈布测犾性，包括农体U謐魑鋝⒊?、产Lψ蓯竅紉園嚦樾問皆諦∏⑸僦鴆槳詞笨氈浠擁奶匭?，钥夳}嗣撬鮮丁＜甘蘭頹?，农民把蛻儇划分为小体K槔錘骶?，正是受到对作五婜撤境和产量空紳′覕棠感袨莫识祿习响夜┟竇蓋昀叢諦】橥戀厴暇投薌耐度牒突鄣姆岣簧芾砭槎緯傻摹按塵缸鰲奔際?，也可以灾B】榕┨錟詿锏膠芎玫木貌?，只是脫]邢執(zhí)蒲Х椒ǖ畝墾芯亢拖執(zhí)淌侄蔚鬧С擲蔥緯紗蠊婺5納Α1臼蘭統(tǒng)跗?，科学家久撔究报告过作武s亢吞錛渫寥撈匭裕鏝、P、K、pH、SOM含量等在田間分布具有明顯的差異性。1929年，Illinois大學C.M.Linsley和F.C.Bauer發(fā)表文章勸告農(nóng)戶應繪制自己田區(qū)內(nèi)的土壤酸度分布圖和按小區(qū)需求使用石灰的建議。之后，一直都有關于農(nóng)田土壤和收獲量空間變異性研究的報導。八十年代以來，關于在農(nóng)田中實施土壤肥力、植保和作物生產(chǎn)定位管理（SiteSpecificCropManagement）的技術研究受到廣泛的重視。世界著名廠商先后向市場提供了裝有空間定位和產(chǎn)量傳感器的現(xiàn)代谷物聯(lián)合收獲機，已可以在收獲過程中自動采集以12-15m2為單元的小區(qū)產(chǎn)量與對應地理坐標位置的數(shù)據(jù)，并進一步通過模糊聚類分析軟件自動生成農(nóng)田內(nèi)作物產(chǎn)量分布圖。多年的試驗實踐表明，田區(qū)內(nèi)小區(qū)平均產(chǎn)量的最大差異可以超過100％。由于作物生產(chǎn)還受到氣候變異的影響，經(jīng)連續(xù)多年對同一田區(qū)積累的數(shù)據(jù)表明，同一小區(qū)年際間的產(chǎn)量差異性也可能是十分明顯的。田區(qū)內(nèi)產(chǎn)量上述明顯的時空分布差異性，顯示了農(nóng)田資源利用存在的巨大潛力?，F(xiàn)代農(nóng)學技術與電子信息技術的發(fā)展，為定量獲取這些影響作物生長因素及最終收成的空間差異性信息，實施基于知識和現(xiàn)代科技的分布式調(diào)控，達到田區(qū)內(nèi)資源潛力的均衡利用和獲取盡可能高的經(jīng)濟產(chǎn)量成為可能。圖1是精細農(nóng)作技術思想的示意圖。其實施過程可描述為：帶定位系統(tǒng)和產(chǎn)量傳感器的聯(lián)合收獲機每秒自動采集田間定位及對應小區(qū)平均產(chǎn)量數(shù)據(jù)→通過計算機處理，生成作物產(chǎn)量分布圖→根據(jù)田間地形、地貌、土壤肥力、墑情等參數(shù)的空間數(shù)據(jù)分布圖，作物生長發(fā)育模擬模型，投入、產(chǎn)出模擬模型，作物管理專家知識庫等建立作物管理輔助決策支持系統(tǒng)，并在決策者的參與下生成作物管理處方圖→根據(jù)處方圖采用不同方法與手段或相應的處方農(nóng)業(yè)機械按小區(qū)實施目標投入和精細農(nóng)作管理。由圖1可以看出，這一技術思想是通過多次循環(huán)的實踐，來不斷改善農(nóng)田資源環(huán)境，積累知識，逐步達到作物生產(chǎn)管理精細化的過程。由于大田作物生產(chǎn)受到眾多時空變化因素的影響，利用生產(chǎn)潛力的處方措施，還需要兼顧生產(chǎn)力、經(jīng)濟性、環(huán)境后果的優(yōu)化目標，因此，其技術思想并不是單純追求技術措施的“準確”。事實上，目前應用于獲取小區(qū)產(chǎn)量數(shù)據(jù)的空間尺度為12-15m2,獲取農(nóng)田土壤信息的尺度大多還只可能精細到60m左右。在實際操作上，對獲取的空間信息還需要通過模糊聚類處理，生成技術上可行、經(jīng)濟上合理的處方圖來指導處方農(nóng)作，因而還談不到“精準”的操作。而且隨著技術的不斷進步，特別是農(nóng)田土壤、作物苗情、病蟲草害信息實時快速采集技術的突破，農(nóng)業(yè)處方操作也將愈益精細化。上述精細農(nóng)作技術體系在許多發(fā)達國家的試驗和應用表明，可以顯著提高耕地的生產(chǎn)潛力，節(jié)約良種、化肥農(nóng)藥和能源投入，獲得良好的經(jīng)濟效益，受到農(nóng)戶的歡迎。

“精細農(nóng)作”是基于田間小區(qū)作物生長條件的空間差異性，為實現(xiàn)優(yōu)化作物生產(chǎn)系統(tǒng)的目標而提出的。但工程支持技術的開發(fā)研究，對實現(xiàn)這一技術思想起著重要的作用。如：農(nóng)田信息采集與處方農(nóng)作的空間定位，需依靠全球衛(wèi)星差分定位系統(tǒng)（DGPS）；地理空間信息管理和數(shù)據(jù)處理，需要應用地理信息系統(tǒng)(GIS)；未來大量地理空間數(shù)據(jù)的更新，需要遙感技術(RS)的支持；作物產(chǎn)量計量與小區(qū)產(chǎn)量圖的生成需要能按秒記錄收獲機累計產(chǎn)量和對應地理坐標位置的智能型收獲機械，以及計算機數(shù)據(jù)處理和產(chǎn)量圖自動生成軟件技術；田區(qū)空間變量信息的快速實時采集，需要研究基于新原理的傳感技術與信號處理技術；按小區(qū)實施自動處方農(nóng)作、調(diào)控目標投入需要變量處方農(nóng)業(yè)機械；制定科學的農(nóng)作處方需要農(nóng)學知識和計算機作物管理輔助決策支持系統(tǒng)的支持；作為一個能協(xié)調(diào)運作的智能化系統(tǒng)需要有高效的信息集成以及有關信息傳輸、標準化技術的研究等等。

迄今“精細農(nóng)業(yè)”在發(fā)達國家也不過五、六年的應用試驗歷史，部分支持技術手段還不十分成熟，有待不斷研究完善，相關的應用基礎研究還比較薄弱?！熬氜r(nóng)業(yè)”應用實踐可根據(jù)不同國家、不同地區(qū)的社會、經(jīng)濟條件，圍繞提高生產(chǎn)、節(jié)本增效、保護環(huán)境的目標，采用不同的技術組裝方式，逐步提高作物生產(chǎn)管理的科學化與精細化水平。其中，獲取農(nóng)田小區(qū)產(chǎn)量空間分布的差異性信息是實踐“精細農(nóng)作”的基礎。有了小區(qū)產(chǎn)量分布圖，農(nóng)戶既可以根據(jù)自己的經(jīng)驗知識，分析小區(qū)產(chǎn)量差異的原因，選擇經(jīng)濟適用的對策，在現(xiàn)實可行條件下采取適當措施實施調(diào)控；也可以根據(jù)技術經(jīng)濟發(fā)展的條件，利用先進的科技手段或智能化變量處方農(nóng)業(yè)機械實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動調(diào)控。

“精細農(nóng)業(yè)”研究的革命性的意義是提出了一種經(jīng)營現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的新技術思想并付諸于實踐，發(fā)展前景已在國際上具有廣泛的共識。1998.1美國副總統(tǒng)戈爾第一次提出要建立以1米分辯率的“數(shù)字地球”的概念，在地理信息學術界引起了廣泛的反響，它為認識世界科技進步對未來人類生存方式的影響提出了全新的觀念?！熬氜r(nóng)業(yè)”的實踐將在下一世紀開發(fā)“數(shù)字地球”的實踐中占有十分重要的地位。我國農(nóng)業(yè)仍處于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉化的歷史過程中，全面實踐這一新技術體系的路程還很遙遠。但啟動這一新技術的示范與實踐研究，將有利與推動實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)知識化與信息化進程，改變傳統(tǒng)技術思想，追蹤科技進步，有利于推動基于信息和知識的農(nóng)用先進支持技術產(chǎn)品制造業(yè)、服務業(yè)的發(fā)展。在“精細農(nóng)業(yè)”技術體系的實踐中，也將可開發(fā)出一系列適用新技術產(chǎn)品，

圖1.精細農(nóng)作技術體系示意圖（來源：FieldStar,MessayFergusonLtd.）

為支持當前的“科技興農(nóng)”服務。在發(fā)展研究中，個人認為需要重視如下問題：

21世紀，人類將逐步進入知識經(jīng)濟的時代，迅速發(fā)展與普及的信息技術將推動人們在科學利用資源潛力，發(fā)展節(jié)本增效生產(chǎn)方式，改善和保護生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)基于信息和知識的生產(chǎn)過程管理決策方面，突破許多傳統(tǒng)的模式和觀念，開拓出一批具有創(chuàng)新意義的技術體系，以支持社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。在實踐當今新的農(nóng)業(yè)科技革命中，九十年代初以來在一些發(fā)達國家開展的“精細農(nóng)業(yè)”技術體系的研究與實踐，就是一種具有創(chuàng)新意義的技術思想，已經(jīng)引起一些國家政府和科技決策部門的重視。美國國家研究委員會（NationalResearchCouncil）為此曾專門立項組織了一批多學科著名專家對有關發(fā)展研究進行了評估，研究報告經(jīng)過由美國科學院，工程院和醫(yī)學科學院院士組成的評估組進行審議后，于1997年發(fā)表了“PrecisionAgricultureinthe21stCentury－GeospatialandInformationTechnologiesinCropManagement”研究專著，全面分析了美國農(nóng)業(yè)面臨的壓力、信息技術為改善作物生產(chǎn)管理決策和改善經(jīng)濟效益提供的巨大潛力，闡明了“精細農(nóng)業(yè)”技術體系研究的發(fā)展現(xiàn)狀，面臨的問題及其支持技術產(chǎn)業(yè)化開發(fā)研究的機遇。近兩年來，我國科技界在研究推進新的農(nóng)業(yè)科技革命中，對國外這一技術體系的發(fā)展趨勢，引起了廣泛的關注。新聞媒體陸續(xù)有了一些報導，有的單位已開展了有關研究和試驗示范工程準備工作,國內(nèi)外的學術交流與合作聯(lián)系開始活躍，國外有關產(chǎn)業(yè)界開始向我國推薦其技術產(chǎn)品，密切關注中國走向21世紀實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、信息化中這一巨大的潛在技術市場。可以預言：“精細農(nóng)業(yè)”技術體系的試驗示范及其相關技術產(chǎn)品的開發(fā)研究，將在世紀之交成為推進我國新的農(nóng)業(yè)科技革命中的重要研究課題。信息技術革命為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化發(fā)展提供了新機遇，在開拓新的前沿科技應用研究領域中，發(fā)達國家和一些發(fā)展中國家的起跑線拉近了距離，時間上的差距在縮小。在某些重要領域?qū)崿F(xiàn)技術發(fā)展上的跨越，將是機遇性的挑戰(zhàn)。主席1998.9在安徽考察工作時的講話中指出：“現(xiàn)在一些發(fā)達國家，已經(jīng)把基因育種工程、電子信息互聯(lián)網(wǎng)絡、衛(wèi)星地面定位系統(tǒng)等高新技術應用于農(nóng)業(yè)。我們必需有緊迫感，盡快迎頭趕上”。“精細農(nóng)業(yè)”技術體系是農(nóng)學、農(nóng)業(yè)工程、電子與信息科技，管理科學等多種學科知識的組裝集成，其應用研究發(fā)展必將帶動一批直接面向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者服務的電子信息高新技術與工程裝備技術的研究與開發(fā)，對推動我國基于知識和信息的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，具有深遠的戰(zhàn)略性意義?！熬氜r(nóng)業(yè)”，即國際上已趨于共識的“PrecisionAgriculture”或“PrecisionFarming”學術名詞的中譯。國內(nèi)科技界及媒體報導中目前尚有各種不同的譯法和對其內(nèi)涵的理解。如譯為“精準農(nóng)業(yè)”、“精確農(nóng)業(yè)”、“精細農(nóng)業(yè)”等。實際上，目前國外關于PrecisionAgriculture的研究，主要是集中于利用3S空間信息技術和作物生產(chǎn)管理決策支持技術（DSS）為基礎的面向大田作物生產(chǎn)的精細農(nóng)作技術，即基于信息和先進技術為基礎的現(xiàn)代農(nóng)田“精耕細作”技術。因此，作者認為采用“精細農(nóng)業(yè)”或“精細農(nóng)作”譯名來表達當前實踐的這一技術思想的內(nèi)涵可能更為確切。誠然，當今實踐的“精細農(nóng)作”技術思想，應該擴展到設施園藝、集約養(yǎng)殖、產(chǎn)品加工及農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的精細經(jīng)營管理方面，而形成為完整的“精細農(nóng)業(yè)”技術體系。“精細農(nóng)業(yè)”技術是直接面向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者服務的技術，這一技術體系的早期研究與實踐，在發(fā)達國家始于八十年代初期從事作物栽培、土壤肥力、作物病蟲草害管理的農(nóng)學家在進行作物生長模擬模型、栽培管理、測土配方施肥與植保專家系統(tǒng)應用研究與實踐中進一步揭示的農(nóng)田內(nèi)小區(qū)作物產(chǎn)量和生長環(huán)境條件的明顯時空差異性，從而提出對作物栽培管理實施定位、按需變量投入，或稱“處方農(nóng)作”而發(fā)展起來的；在農(nóng)業(yè)工程領域，自七十年代中期微電子技術迅速實用化而推動的農(nóng)業(yè)機械裝備的機電一體化、智能化監(jiān)控技術，農(nóng)田信息智能化采集與處理技術研究的發(fā)展，加上八十年代各發(fā)達國家對農(nóng)業(yè)經(jīng)營中必需兼顧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力、資源、環(huán)境問題的廣泛關切和有效利用農(nóng)業(yè)投入、節(jié)約成本、提高農(nóng)業(yè)利潤、提高農(nóng)產(chǎn)品市場競爭力和減少環(huán)境后果的迫切需求，為“精細農(nóng)業(yè)”技術體系的形成準備了條件。海灣戰(zhàn)爭后GPS技術的民用化，使得它在許多國民經(jīng)濟領域的應用研究獲得迅速發(fā)展，也推動了“精細農(nóng)業(yè)”技術體系的廣泛實踐。使得近20年來，基于信息技術支持的作物科學、農(nóng)藝學、土壤學、植保科學、資源環(huán)境科學和智能化農(nóng)業(yè)裝備與田間信息采集技術、系統(tǒng)優(yōu)化決策支持技術等，在GPS、GIS空間信息科技支持下組裝集成起來，形成和完善了一個新的精細農(nóng)作技術體系和開展了試驗實踐。迄今支持“精細農(nóng)業(yè)”示范應用的基本技術手段已逐步研究開發(fā)出來，在示范應用中預示了良好的發(fā)展前景。近五、六年來，已有數(shù)千計的研究成果，實驗報告見諸于國際學術會議或?qū)W術刊物；每年都舉辦專題“國際精細農(nóng)業(yè)學術研討會”和有關裝備技術產(chǎn)品展示會；在萬維網(wǎng)上設置有多個專題網(wǎng)址，可以及時查詢到有關研究發(fā)展信息；美、英、澳、加等國一些著名大學設立了“精細農(nóng)業(yè)”研究中心，開設了有關博士、碩士研究方向及培訓課程；日、韓等國近年來已加快開展研究工作，并得到了政府部門和相關企業(yè)的大力支持。國際上對這一技術體系的發(fā)展?jié)摿皯们熬坝辛藦V泛的共識，將成為世紀之交發(fā)展農(nóng)業(yè)高新技術應用研究的重要課題?！熬氜r(nóng)作”技術思想的核心，是獲取農(nóng)田小區(qū)作物產(chǎn)量和影響作物生長的環(huán)境因素（如土壤結構、地形、植物營養(yǎng)、含水量、病蟲草害等）實際存在的空間和時間差異性信息，分析影響小區(qū)產(chǎn)量差異的原因，采取技術上可行、經(jīng)濟上有效的調(diào)控措施，區(qū)別對待，按需實施定位調(diào)控的“處方農(nóng)作”。正是信息技術革命為這一技術思想的實踐，提供了先進的技術手段。千百年來的作物生產(chǎn)，都是以地區(qū)或田塊為基礎，在區(qū)域或田塊的尺度上，把耕地看作是具有作物均勻生長條件的對象進行管理，如利用統(tǒng)一的耕作、播種、灌溉、施肥、噴藥等農(nóng)藝措施，滿足于獲得區(qū)域、農(nóng)場或田塊的平均產(chǎn)量的認識水平，很少顧及對農(nóng)田的盲目投入及過量施肥施藥造成的生產(chǎn)成本增加和環(huán)境污染后果。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)技術推廣模式，也是在區(qū)域尺度上進行品種選擇、土肥監(jiān)測，通過地區(qū)試驗積累的適于當?shù)氐脑耘喙芾泶胧┫?┗萍鍪褂謾J導噬?，荚~乖諭慌┨錟冢乇砩?、下影响作五婜长条件和产量的灭嬙时枯氈布测犾性，包括农体U謐魑鋝⒊妗⒉鶯ψ蓯竅紉園嚦樾問皆諦∏⑸?，再著c槳詞笨氈浠擁奶匭裕繅鹽嗣撬鮮?。几侍m頹?，农民把蛻儇划分为小体K槔錘骶鞘艿蕉宰魑鍔せ肪澈筒靠占潯湟斕母行災兜撓跋臁N夜┟竇蓋昀叢諦】橥戀厴暇投薌耐度牒突鄣姆岣簧芾砭槎緯傻摹按塵缸鰲奔際?，也可以灾B】榕┨錟詿锏膠芎玫木貌?，只是脫]邢執(zhí)蒲Х椒ǖ畝墾芯亢拖執(zhí)こ淌侄蔚鬧С擲蔥緯紗蠊婺5納Α1臼蘭統(tǒng)跗?，科学家久撔究报告过作武s亢吞錛渫寥撈匭?，如N、P、K、pH、SOM含量等在田間分布具有明顯的差異性。1929年，Illinois大學C.M.Linsley和F.C.Bauer發(fā)表文章勸告農(nóng)戶應繪制自己田區(qū)內(nèi)的土壤酸度分布圖和按小區(qū)需求使用石灰的建議。之后，一直都有關于農(nóng)田土壤和收獲量空間變異性研究的報導。八十年代以來，關于在農(nóng)田中實施土壤肥力、植保和作物生產(chǎn)定位管理（SiteSpecificCropManagement）的技術研究受到廣泛的重視。世界著名廠商先后向市場提供了裝有空間定位和產(chǎn)量傳感器的現(xiàn)代谷物聯(lián)合收獲機，已可以在收獲過程中自動采集以12-15m2為單元的小區(qū)產(chǎn)量與對應地理坐標位置的數(shù)據(jù)，并進一步通過模糊聚類分析軟件自動生成農(nóng)田內(nèi)作物產(chǎn)量分布圖。多年的試驗實踐表明，田區(qū)內(nèi)小區(qū)平均產(chǎn)量的最大差異可以超過100％。由于作物生產(chǎn)還受到氣候變異的影響，經(jīng)連續(xù)多年對同一田區(qū)積累的數(shù)據(jù)表明，同一小區(qū)年際間的產(chǎn)量差異性也可能是十分明顯的。田區(qū)內(nèi)產(chǎn)量上述明顯的時空分布差異性，顯示了農(nóng)田資源利用存在的巨大潛力?，F(xiàn)代農(nóng)學技術與電子信息技術的發(fā)展，為定量獲取這些影響作物生長因素及最終收成的空間差異性信息，實施基于知識和現(xiàn)代科技的分布式調(diào)控，達到田區(qū)內(nèi)資源潛力的均衡利用和獲取盡可能高的經(jīng)濟產(chǎn)量成為可能。圖1是精細農(nóng)作技術思想的示意圖。其實施過程可描述為：帶定位系統(tǒng)和產(chǎn)量傳感器的聯(lián)合收獲機每秒自動采集田間定位及對應小區(qū)平均產(chǎn)量數(shù)據(jù)→通過計算機處理，生成作物產(chǎn)量分布圖→根據(jù)田間地形、地貌、土壤肥力、墑情等參數(shù)的空間數(shù)據(jù)分布圖，作物生長發(fā)育模擬模型，投入、產(chǎn)出模擬模型，作物管理專家知識庫等建立作物管理輔助決策支持系統(tǒng)，并在決策者的參與下生成作物管理處方圖→根據(jù)處方圖采用不同方法與手段或相應的處方農(nóng)業(yè)機械按小區(qū)實施目標投入和精細農(nóng)作管理。由圖1可以看出，這一技術思想是通過多次循環(huán)的實踐，來不斷改善農(nóng)田資源環(huán)境，積累知識，逐步達到作物生產(chǎn)管理精細化的過程。由于大田作物生產(chǎn)受到眾多時空變化因素的影響，利用生產(chǎn)潛力的處方措施，還需要兼顧生產(chǎn)力、經(jīng)濟性、環(huán)境后果的優(yōu)化目標，因此，其技術思想并不是單純追求技術措施的“準確”。事實上，目前應用于獲取小區(qū)產(chǎn)量數(shù)據(jù)的空間尺度為12-15m2,獲取農(nóng)田土壤信息的尺度大多還只可能精細到60m左右。在實際操作上，對獲取的空間信息還需要通過模糊聚類處理，生成技術上可行、經(jīng)濟上合理的處方圖來指導處方農(nóng)作，因而還談不到“精準”的操作。而且隨著技術的不斷進步，特別是農(nóng)田土壤、作物苗情、病蟲草害信息實時快速采集技術的突破，農(nóng)業(yè)處方操作也將愈益精細化。上述精細農(nóng)作技術體系在許多發(fā)達國家的試驗和應用表明，可以顯著提高耕地的生產(chǎn)潛力，節(jié)約良種、化肥農(nóng)藥和能源投入，獲得良好的經(jīng)濟效益，受到農(nóng)戶的歡迎。

“精細農(nóng)作”是基于田間小區(qū)作物生長條件的空間差異性，為實現(xiàn)優(yōu)化作物生產(chǎn)系統(tǒng)的目標而提出的。但工程支持技術的開發(fā)研究，對實現(xiàn)這一技術思想起著重要的作用。如：農(nóng)田信息采集與處方農(nóng)作的空間定位，需依靠全球衛(wèi)星差分定位系統(tǒng)（DGPS）；地理空間信息管理和數(shù)據(jù)處理，需要應用地理信息系統(tǒng)(GIS)；未來大量地理空間數(shù)據(jù)的更新，需要遙感技術(RS)的支持；作物產(chǎn)量計量與小區(qū)產(chǎn)量圖的生成需要能按秒記錄收獲機累計產(chǎn)量和對應地理坐標位置的智能型收獲機械，以及計算機數(shù)據(jù)處理和產(chǎn)量圖自動生成軟件技術；田區(qū)空間變量信息的快速實時采集，需要研究基于新原理的傳感技術與信號處理技術；按小區(qū)實施自動處方農(nóng)作、調(diào)控目標投入需要變量處方農(nóng)業(yè)機械；制定科學的農(nóng)作處方需要農(nóng)學知識和計算機作物管理輔助決策支持系統(tǒng)的支持；作為一個能協(xié)調(diào)運作的智能化系統(tǒng)需要有高效的信息集成以及有關信息傳輸、標準化技術的研究等等。

迄今“精細農(nóng)業(yè)”在發(fā)達國家也不過五、六年的應用試驗歷史，部分支持技術手段還不十分成熟，有待不斷研究完善，相關的應用基礎研究還比較薄弱?！熬氜r(nóng)業(yè)”應用實踐可根據(jù)不同國家、不同地區(qū)的社會、經(jīng)濟條件，圍繞提高生產(chǎn)、節(jié)本增效、保護環(huán)境的目標，采用不同的技術組裝方式，逐步提高作物生產(chǎn)管理的科學化與精細化水平。其中，獲取農(nóng)田小區(qū)產(chǎn)量空間分布的差異性信息是實踐“精細農(nóng)作”的基礎。有了小區(qū)產(chǎn)量分布圖，農(nóng)戶既可以根據(jù)自己的經(jīng)驗知識，分析小區(qū)產(chǎn)量差異的原因，選擇經(jīng)濟適用的對策，在現(xiàn)實可行條件下采取適當措施實施調(diào)控；也可以根據(jù)技術經(jīng)濟發(fā)展的條件，利用先進的科技手段或智能化變量處方農(nóng)業(yè)機械實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動調(diào)控。

“精細農(nóng)業(yè)”研究的革命性的意義是提出了一種經(jīng)營現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的新技術思想并付諸于實踐，發(fā)展前景已在國際上具有廣泛的共識。1998.1美國副總統(tǒng)戈爾第一次提出要建立以1米分辯率的“數(shù)字地球”的概念，在地理信息學術界引起了廣泛的反響，它為認識世界科技進步對未來人類生存方式的影響提出了全新的觀念?！熬氜r(nóng)業(yè)”的實踐將在下一世紀開發(fā)“數(shù)字地球”的實踐中占有十分重要的地位。我國農(nóng)業(yè)仍處于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉化的歷史過程中，全面實踐這一新技術體系的路程還很遙遠。但啟動這一新技術的示范與實踐研究，將有利與推動實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)知識化與信息化進程，改變傳統(tǒng)技術思想，追蹤科技進步，有利于推動基于信息和知識的農(nóng)用先進支持技術產(chǎn)品制造業(yè)、服務業(yè)的發(fā)展。在“精細農(nóng)業(yè)”技術體系的實踐中，也將可開發(fā)出一系列適用新技術產(chǎn)品，

圖1.精細農(nóng)作技術體系示意圖（來源：FieldStar,MessayFergusonLtd.）

為支持當前的“科技興農(nóng)”服務。在發(fā)展研究中，個人認為需要重視如下問題：

當前，大力推進科技創(chuàng)新，努力實現(xiàn)生產(chǎn)力的跨越式發(fā)展，已經(jīng)成為我國新時期發(fā)展的歷史選擇。農(nóng)業(yè)科技工作應當在大力提高原始創(chuàng)新能力和引進消化吸收再創(chuàng)新能力的基礎上，針對目前科研投入相對不足的現(xiàn)狀，把推動集成創(chuàng)新作為當前農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新的戰(zhàn)略需求，開辟一條有自身特色和優(yōu)勢的高效自主創(chuàng)新之路，以較少的成本實現(xiàn)較大的突破，以適應創(chuàng)建資源節(jié)約型社會和建設創(chuàng)新型國家的新形勢。

一、集成創(chuàng)新是農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新發(fā)展的歷史必然

（一）農(nóng)業(yè)科技發(fā)展的特點要求注重集成創(chuàng)新

集成創(chuàng)新在農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新中占有重要的地位，首先是由于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學研究具有交叉融合的特性。一項大的、有突破性的創(chuàng)新需要多學科、多專業(yè)的交叉融合，因此，不同專業(yè)領域的人協(xié)同工作對創(chuàng)新的成敗具有決定性作用。尤其在一些農(nóng)業(yè)重大戰(zhàn)略性研究領域，綜合化、集成化的重要性更為明顯。

其次，隨著農(nóng)業(yè)科技的快速發(fā)展，科技突破的難度不斷增大。集成創(chuàng)新的特征在于能打破空間和層次界限，實現(xiàn)優(yōu)勢互補、資源共享，開放式地解決創(chuàng)新問題，獲得外部規(guī)模效應。

第三，農(nóng)業(yè)科技的復雜性及市場需求的復雜性也促進了集成技術的發(fā)展，科技創(chuàng)新日益成為一種復雜的社會活動，單個科研團隊不可能獨自完成這樣一種越來越復雜的創(chuàng)新活動，因而必須與其他科研團隊和市場主體構成相應的集成網(wǎng)絡。

1農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中的作用

1.1重大科技創(chuàng)新對種植業(yè)的推動作用農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新形成生產(chǎn)力,對生產(chǎn)的影響主要體現(xiàn)于物化形式之中。①優(yōu)良品種對作物產(chǎn)量的提高是革命性的。如水稻矮稈品種、雜交水稻、超級稻連續(xù)使水稻產(chǎn)量實現(xiàn)3次飛躍;抗病育種有效控制了作物病蟲害造成的損失,大幅度提高單產(chǎn)。②新肥料增產(chǎn)效果明顯。建國初期到現(xiàn)在,化肥使用量年均遞增21%,相應的全國糧食總產(chǎn)量2008年比1950年翻了2番多,化肥對糧食增產(chǎn)起到了決定性作用。利用現(xiàn)代測土配方施肥技術,還可使作物增產(chǎn)8%~15%。③灌溉技術發(fā)展提高了農(nóng)業(yè)用水的效率。采用地埋塑料管線輸水比傳統(tǒng)土渠可節(jié)水43%;滴、噴灌比大水漫灌可節(jié)水50%。④農(nóng)藥的使用保障了豐產(chǎn)豐收。20世紀50年代初仿制劇毒農(nóng)藥“666”成功控制了危害嚴重的蝗災;1990年代藥劑聯(lián)防聯(lián)治棉鈴蟲,挽回經(jīng)濟損失上百億元。⑤技術創(chuàng)新提高了生產(chǎn)效益。從日本引進的水稻旱育秧技術使水稻增產(chǎn)450~600kg/hm2,增幅5%~12%;旱育秧拋栽從1990年到2000年累計推廣24.5億hm2,節(jié)省勞動力9億多,節(jié)省秧田220萬hm2,節(jié)省種子7.1億kg,增加稻谷約116多億kg,節(jié)支增收達260多億元。

1.2重大科技創(chuàng)新對畜牧業(yè)的推動作用科技創(chuàng)新促進了畜禽良種覆蓋率的提升,出欄率大幅度提高,畜禽死亡率下降。科技進步使目前畜禽產(chǎn)品頭(只)均產(chǎn)出量較1950年提高2倍以上?？萍紕?chuàng)新的作用表現(xiàn)在:①飼料技術顯著提高了畜禽生產(chǎn)能力。目前生豬日增重較20世紀80年代提高0•15~0•2kg,每kg增重節(jié)省飼料1.0~1.5kg,飼養(yǎng)期縮短1~2個月。②畜禽疫病防治有效保障了畜牧業(yè)的發(fā)展。1951年我國使用自行研制的兔化弱毒疫苗開展防治牛瘟,僅用3年時間就在全國范圍內(nèi)基本消滅了牛瘟。目前,豬瘟、豬丹毒、豬肺疫、豬病毒性腹瀉綜合癥、牛肺疫、雞新城疫、雞馬立克氏病等一批重大疫病已基本得到控制。③品種改良促進了產(chǎn)業(yè)升級。通過從國外引進優(yōu)良種畜禽,培育出中國黑白花奶牛、草原紅牛、新疆細毛羊、東北半細毛羊、哈白豬、新金豬、上海白豬、北京黑豬、北京白雞等幾十個畜禽品種,顯著提高了畜禽個體生產(chǎn)性能和良種覆蓋率。④配套飼養(yǎng)技術提高了生產(chǎn)效益。生豬的良種、飼喂配(混)合飼料、標準化豬舍、科學飼養(yǎng)方式和防疫滅病等養(yǎng)豬綜合配套技術的應用,大幅度提高了生產(chǎn)性能。據(jù)統(tǒng)計,與傳統(tǒng)飼養(yǎng)技術相比,配套養(yǎng)殖育肥期縮短,日增重提高,出欄體重增加,每kg增重節(jié)約飼料15%,瘦肉率提高3.7個百分點,頭均經(jīng)濟效益提高20%。

1.3科技創(chuàng)新對生產(chǎn)方式和生產(chǎn)布局變革的推動作用推廣先進技術打破了傳統(tǒng)生產(chǎn)方式和生產(chǎn)布局對農(nóng)業(yè)以及養(yǎng)殖業(yè)的限制,一些因為氣候、溫度原因不能種植(養(yǎng)殖)的作物(畜禽),通過新的種植技術(養(yǎng)殖方式)得到跨地區(qū)的推廣,生產(chǎn)能力得到最大幅度的擴展。①地膜的應用改變了種植模式。地膜覆蓋使土壤增溫明顯,彌補了北方早春、晚秋及冬季的溫度低、積溫不足,使作物適宜耕作區(qū)緯度向北推移,向高海拔推進,改善了種植結構。數(shù)據(jù)顯示,僅1989~2001年玉米地膜覆蓋年累計推廣面積就達960萬hm2,增糧214.6億kg,增收134.8億元。②采用塑膜大棚等保護設施,拓展了蔬菜、水果的生產(chǎn)區(qū)域。使蔬果的生產(chǎn)時限延長180多d,克服低溫限制,實現(xiàn)了蔬果周年生產(chǎn)和均衡供應。③塑膜暖棚養(yǎng)殖模式,提高了經(jīng)濟效益。20世紀70~80年代,東北地區(qū)從日本引入塑膜暖棚飼養(yǎng)技術成功,生豬暖棚飼養(yǎng)期平均日增重500~630g,比敞圈飼養(yǎng)多增重203~313g,每增重1kg比敞圈飼養(yǎng)節(jié)省飼料0.5~1.88kg。蛋雞、肉雞、牛、羊在暖棚飼養(yǎng)效益也明顯提高。僅1991~2001年全國累計推廣塑膜暖棚養(yǎng)畜禽3.2億頭(只),新增經(jīng)濟效益47億元。

2加強農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新推進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展

農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新是推動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的根本動力。筆者以北京市為例,分析了新形勢下的農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新方向,提出了加強農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新推進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的對策建議。