罗锡文院士：智慧农业的关键技术

  “我一直有个梦想，想是不是能够在我们的土壤机后面挂一个像镰刀一样的传感器，在田里跑一圈，就可以把土壤的氮磷钾都测出来。

  国外提出精准农业是在上世纪八十年代末九十年代初，我们的祖国从上世纪九十年代末和本世纪也开展了精准农业研究。国家格外的重视智慧农业发展，2012年中央一号文就提出了要开展农业科学技术研究，这几年在中央一号文中也都提出要全力发展智慧农业。

  什么是智慧农业?我们大家可以用数据化来看。数字化感知、智能化决策、精准化作业，智慧化管理。今天我们就围绕我们对智慧农业的理解以及已经落实的实践工作进行阐述。

  精准作业之前，我们应该知道作业对象、作业环境和其他作业相关的影响因素，也就是平时我们大家常常讲的农田信息，怎样获取这一些信息?我们现在最常用三种方法：星、机、地。“星”就是根据卫星获取我们所需要的信息，根据卫星影像来分析农作物的长势和病虫草害的信息；“机”就是飞机，根据有人驾驶飞机和无人驾驶飞机获取的信息，来分析作物的长势和病虫草害情况；“地”就是地面，根据地面上安装的多光谱高光谱以及各种仪器，来获取农作物的长势和病虫草害信息。

  “星、机、地”这三种方法分别适用于不同作业场景，比如：若想知道广东全省的水稻种植培养面积，我们就用卫星影象图片来分析；若想知道农场内水稻真实生长情况，我们就需用无人机来获取这一些信息；若想知道田里水稻长势和病虫草害情况，就需要用地面机器，多光谱、高光谱获取这些信息。

  那么，具体又需要获取哪些信息呢?最重要的包含土壤信息、作物长势信息，比如哪个地方长得好一点，哪个地方长得差一点，是不是缺肥缺水等等，另外还包括作物病虫草害的精准和专业信息等。

  是否可以在我们的土壤机后面挂一个像镰刀一样的传感器，在田里跑一圈，就可以把土壤的氮磷钾都测出来，但三 十年过去了，梦想目前依然还是一个梦，为什么?因为土壤中的氮磷钾等元素实现实时测定相当困难，大部分都是以离子状态出现，所以我们还得把土壤取回来，这是十多年以来我们从始至终持续做的一项工作。

  具体来说是卫星天线、系统、取土器相结合，我们把这个取土器从地里面取下来，记下经纬度位置，然后再实验室分析就能够获得氮磷钾PH值有机值的分布图，从而能够根据这个具体数据模型来进行测土配方施肥。

  目前我们国内一些团队做的比较成功的一个例子，无人驾驶飞机在田面上飞一趟，获得水稻长势，做出长势分布图，然后根据长势分布图做出处方图。2019年在罗定市早稻示范结果证明，150亩连片示范平均减少氮肥28%，在水稻村氮肥能够减少20%以上这个数据是十分好的。这就是现在我们用“星、机、地”技术就能获取所需要的各种农田信息指导我们的农业生产。这就是智慧农业的第一个功能——数据化感知。

  第二个环节叫做智能化决策。根据地形地貌、田块大小和灌溉条件等包括各类智能数据决策土地整治方案，智能指导地块大小、机耕道和灌排渠道等；根据土壤质地和耕整习惯包括型耕、耙耕、旋耕等智能决策耕整方案；根据当地气候和种植习惯等，智能决策种植方案，包括一熟制或多熟3制(如稻一麦 、稻一油 、稻一稻) ，种植品种等；根据当地气候和种植方案，智能决策播种方案，包括播种时间、播种间距及播种量等；根据作物长势和病虫草害信息，智能决策田间管理方案，包括灌排，施肥，打药等；根据作物长势和当地气象，智能决策收获方案，包括收获时间、收获方式等。

  第三个环节是精准化管理，包括精准导航和自动作业。精准作业最重要的包含耕种、种植、田间管理、收获和干燥。首先是激光平地，过去十多年中研究成功的激光平地技术和卫星平地技术，在水田里面能达到存水不过田的要求，就是田面高差不超过3.3公分，上面使用卫星信号、下面使用激光信号来平地；播种，通常由无人驾驶水稻直播机，采用直播的方式将水稻的种子精准播种，两粒两粒或者两粒三粒等等，实现了开沟、起垄、精良细播；田间管理，目前中国农机院研发了大型智能化变量喷雾机，能轻松实现杂草自动识别，喷雾量能轻松实现精准反馈控制，飞机打药慢慢的变成了一种主要喷雾方式；收获，我们研究成功一种跟车协调模式，无人驾驶收割机与无人驾驶卸粮车相结合，两台车并排走，中间横向位置不超过5公分、纵向位置不超过10公分，就能够保证把这个收割机的粮准确的卸到运粮车上；干燥，干燥也是很重要的环节，我们华南农业大学里有教授团队、稻谷干燥系统，采用这种系统把稻谷含水率由28%降到13.6%，每小时处理量14吨，每吨成本才15块钱，比人工晒稻谷子还要便宜。

  第四个环节是智慧化管理，包括农作物生长管理、农机管理、农场管理。通过远程监控农机作业位置、作业进度、作业质量，并进行故障预警和指导维修等方面的覆盖，来实现农场智慧化管理。

  下面介绍一下无人农场，无人农场是智慧农业的一种生产方式，是实现智慧农业的途径。无人农场具有耕种管收生产环节全覆盖、机库田间转移作业全自动、自动避障异况停车保安全、作物生产的全部过程实时全监控、智能决策精准作业全无人等五大特征。

  目前，无人农场主要需要三大关键技术上的支持:生物技术、智能农机和信息技术。生物技术主要为无人农场生产提供适应机械化作业的品种和栽培模式；智能农机主要为无人农场生产提供智能感知、智能导航、智能作业(精准作业) 和智能管理；信息技术主要为无人农场生产的信息获取、传输和处理，农机导航与自动作业，农机远程运维管理提供支持。

  目前我们团队从2020年启动到现在在全国多省建了20多个无人农场，各地农场主都会反馈非常配合建设无人农场，但是也会受到几个门槛的相对限制：第一，田块要相对大一点，连片的规模大一点；第二，田地位置应该接收到北斗信号，因为我们靠北斗信号定位；第三，4G/5G要求有通信信号，因为农机的启动作业都是靠网络。未来也会针对以上限制做更多维度的攻克和提升。