法國精確農業現狀探究

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1農業生產方式

20世紀80年代末期，西方等國由于其農業生產達到了高度的現代化，農業機械化已開始向自動化方向發展，但環境污染、能源枯竭等因素迫使科研人員開始著手考慮新的農業生產方式，如生態農業、高效農業、綠色農業等。其目的就是利用有限資源，在對農業現狀進行分析的基礎上，通過對農業生產微觀化處理，改目前的粗放型農業為精細農業，以準確地投入和管理；改定量投入為變量投入和管理，節約能源，改善環境條件，提高農業生產水平和作物產品質量。精確農業的概念就此產生，并迅速被予以研究和實施。通過全球衛星定位系統(GPS)，確定農業作業者或農業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測系統，隨時隨地采集田間數據(土質、性狀、含水率、肥力、雜草量、病蟲害和分布狀況等)，并將這些數據輸入地理信息系統(GIS)。結合事先儲存在GIS中定期輸入的或持久性數據、專家系統及其他決策支持系統，對信息進行加工處理，瞬間做出適當的農業作業決策，再通過農業作業者或農業機械攜帶的計算機控制系統，自動控制其變量執行設備或元器件，實現對作物或目標區的變量投入和變量操作[1]。精確農業是信息技術發展的必然結果，是農業生產高度現代化的必然趨勢。精確農業的研究發起者是美國，大約在1982～1984年初開始了首次研究。而法國由于農業生產規模和管理經營方式、“馬賽克”農業組成形式、信息技術、農業現代化程度、國家政策、歐共體統管影響等因素，其精確農業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法國精確農業研究與應用背景條件

2.1農業生產現代化

法國農業可利用面積約3000萬hm2，占國土面積的55%[2]，農業非常發達，是歐洲地區農產品最大的生產國和出口國；谷物產量居世界前列，是世界谷物主要生產國和出口國之一。農業生產的壟斷程度較高，各個地區經營類型各不相同:巴黎盆地和中部地區的農場實行高度的機械化；北部、西部和西南部實行多種經營兼畜牧業；南部專門經營葡萄園和園藝；山區和某些工業區域附近實行雙重就業、自然區化，使農產品各具特色。法國在尊重每個地區的特點和農業地理條件的前提下，完成了現代化。法國農業生產的經營方式是以家庭農場為基本生產單位，現有農場73.5萬個，平均面積為40hm2。但經營著40%普通農業的農場，面積大都在100hm2以上，農業專業性很強。雖然個人農場占絕大多數，但其份額在逐年減少。而以“農業共同經營集團GAEC(GAEC是一種農場的聯合體。原有的農場把各自的生產工具集合起來共同使用，以確保合理經營。農業工作者通過適當的組織分擔農業生產的不利成分，而資本在股東之間按份額分配)、有限責任農場-13-EARL”等農事社團和公司經營的農場的數量逐漸增加，20年間增加了3倍[2]。同時，由于法國農業就業人口逐年減少，已由1970年的270萬減少到1998年的95萬，加之農業現代化和現代設備的使用，耕種土地的調整必不可少。調整內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業機械市場，農場全部實現了機械化，其機械的自動化水平也很高。法國現有農用拖拉機140萬臺，且以大型為主。耕整種植施肥機械多為聯合作業，聯合收獲機11萬臺，玉米聯收機8000臺，撿拾打捆機11萬臺。農業裝備使用合作社CUMA1300個，該合作社負責為農場經營者購置農業機械，提供相關資信，調配農機具使用，改變過去小而全的局面，統一調配使用和購置大型現代化農機具[2]。這使得大規模經營成為現實，為本來已實現農業現代化的法國農業向精確農業轉變創造了基礎條件[2]。

2.2用于精確農業研究與應用的條件日臻完善

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

2.3環境保護及節約能源要求

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

2.4經濟方面的問題

最近幾年，法國的農業土地面積開墾量不斷增加，而農產品價格卻逐年下降，糾其原因是產品質量下降所至。基于歐洲農業交易市場的質量要求，農場經營者認為農產品質量的確認(蛋白質含量、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品的質量，從而獲得較高的交易價格[3]。

3法國的精確農業研究內容[4]

根據本國獨特的自然環境、農業經營形式及分布、農業機械化及自動化水平，以法國國家農業環境工程、農業工程、農業機械、鄉村土建及水利研究中心CEMAGREF等多家科研究機構和企業為主體，制定了近期有關精確農業的研究與發展計劃，主要圍繞“GPS接收與GIS發送系統的軟硬件設計及理論研究、GIS各組成元素、基于GPS和GIS下的執行設備的研究與試驗”等進行攻關。其中包括：（1）精確農業的基本工具。（2）地球同步衛星空間化數據的處理與分析在精確農業上的應用研究。（3）電子地圖技術與地理信息系統的整合應用。（4）標準化數據交換與總線網絡控制平臺技術。（5）自動地質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業上的應用研究。（7）以土壤機械強度為主參數的在線測量與繪圖技術在精確農業上的應用研究。（8）利用土壤數字視覺系統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對田間狀況檢測研究。（10）聯合收獲機流量傳感器精度及產量圖繪制后處理技術的研究。（11）關于聯合收獲機谷粒質量測定及取樣技術研究。（12）玉米移植及產量圖繪制技術的應用研究。（13）顆粒肥料離心撒播的調控—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的管理-—精確農業諸元研究。（15）衛星圖像輔助施肥技術。（16）GPS在甜菜種植和洋蔥田間管理上的應用—作業現場管理及產量控制技術研究。CEMAGREF及ENESAD等教學與科研機構在進行對精確農業有關內容研究與應用的同時，保持了與歐共體各國有關單位及美國國家精確農業研究中心(設在明泥蘇達州大學內)經常性的信息交換、學術交流及合作研究，基本實現了精確農業的同步研究，為應用精確農業技術的農用設備的推廣使用創造了條件。

4法國精確農業應用現狀

法國的精確農業研究和應用雖起步較晚，但研究內容卻相當廣泛，應用水平也相當高。尤其是聯合收獲機產量圖生成及質量測定、施肥機械和電子化植保機械利用GPS和GIS系統進行變量作業已成為現實，并開始投入使用。

4.1聯合收獲機生產率的測定

在聯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，用于測定聯合收獲機單位作業面積和瞬時生產率;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量。法國的“谷神2號”（Geres2）、美國約翰迪爾公司的“綠色衛星”（GREENSTAR）和德國格拉斯公司的“CEBIS”生產率測定系統已在法國相當數量的聯收機上安裝使用。上述系統均能通過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、谷粒濕度值及調整、作物種類目錄等，并在駕駛室內的顯示器中顯示出來，自動生成產量圖。

4.2電子化施肥機械和植保機械變量作業

法國國內使用的肥料撒播機械和植保機械，在全部農業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合機組所替代，這為精確農業—變量投入的實施創造了條件。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和使用，法國“女騎士”（AMASAT）肥料撒播變量控制系統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、專家系統建立的權威性和評估準確性問題等，均對GIS產生了較大的影響，使精確農業的應用范圍僅局限在很少的作業內。

（2）全球定位系統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DGPS，才能完成GIS數據傳送、作業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尚有較大的困難。

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