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1農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式

20世紀(jì)80年代末期，西方等國(guó)由于其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)達(dá)到了高度的現(xiàn)代化，農(nóng)業(yè)機(jī)械化已開(kāi)始向自動(dòng)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(kāi)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(duì)農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)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(xì)農(nóng)業(yè)，以準(zhǔn)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(shí)施。通過(guò)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(jī)械在田間的瞬時(shí)位置，通過(guò)設(shè)置在田間不同位置的用途各異的傳感器及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，隨時(shí)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(chóng)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(chǔ)存在GIS中定期輸入的或持久性數(shù)據(jù)、專(zhuān)家系統(tǒng)及其他決策支持系統(tǒng)，對(duì)信息進(jìn)行加工處理，瞬間做出適當(dāng)?shù)霓r(nóng)業(yè)作業(yè)決策，再通過(guò)農(nóng)業(yè)作業(yè)者或農(nóng)業(yè)機(jī)械攜帶的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制其變量執(zhí)行設(shè)備或元器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)作物或目標(biāo)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(shì)。精確農(nóng)業(yè)的研究發(fā)起者是美國(guó)，大約在1982～1984年初開(kāi)始了首次研究。而法國(guó)由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模和管理經(jīng)營(yíng)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(guó)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(guó)和加拿大晚10年，研究的力度和范圍不及美國(guó)，但應(yīng)用水平和程度并不低。

2法國(guó)精確農(nóng)業(yè)研究與應(yīng)用背景條件

2.1農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化

法國(guó)農(nóng)業(yè)可利用面積約3000萬(wàn)hm2，占國(guó)土面積的55%[2]，農(nóng)業(yè)非常發(fā)達(dá)，是歐洲地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品最大的生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)；谷物產(chǎn)量居世界前列，是世界谷物主要生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)之一。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的壟斷程度較高，各個(gè)地區(qū)經(jīng)營(yíng)類(lèi)型各不相同:巴黎盆地和中部地區(qū)的農(nóng)場(chǎng)實(shí)行高度的機(jī)械化；北部、西部和西南部實(shí)行多種經(jīng)營(yíng)兼畜牧業(yè)；南部專(zhuān)門(mén)經(jīng)營(yíng)葡萄園和園藝；山區(qū)和某些工業(yè)區(qū)域附近實(shí)行雙重就業(yè)、自然區(qū)化，使農(nóng)產(chǎn)品各具特色。法國(guó)在尊重每個(gè)地區(qū)的特點(diǎn)和農(nóng)業(yè)地理?xiàng)l件的前提下，完成了現(xiàn)代化。法國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)營(yíng)方式是以家庭農(nóng)場(chǎng)為基本生產(chǎn)單位，現(xiàn)有農(nóng)場(chǎng)73.5萬(wàn)個(gè)，平均面積為40hm2。但經(jīng)營(yíng)著40%普通農(nóng)業(yè)的農(nóng)場(chǎng)，面積大都在100hm2以上，農(nóng)業(yè)專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)。雖然個(gè)人農(nóng)場(chǎng)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(yíng)集團(tuán)GAEC(GAEC是一種農(nóng)場(chǎng)的聯(lián)合體。原有的農(nóng)場(chǎng)把各自的生產(chǎn)工具集合起來(lái)共同使用，以確保合理經(jīng)營(yíng)。農(nóng)業(yè)工作者通過(guò)適當(dāng)?shù)慕M織分擔(dān)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(zé)任農(nóng)場(chǎng)-13-EARL”等農(nóng)事社團(tuán)和公司經(jīng)營(yíng)的農(nóng)場(chǎng)的數(shù)量逐漸增加，20年間增加了3倍[2]。同時(shí)，由于法國(guó)農(nóng)業(yè)就業(yè)人口逐年減少，已由1970年的270萬(wàn)減少到1998年的95萬(wàn)，加之農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和現(xiàn)代設(shè)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(gè)所有者的小片土地集中起來(lái)，以便增加平均面積，便于耕作。法國(guó)近幾年所實(shí)施的土地改善工程—土地歸并工作已完成1200萬(wàn)hm2，進(jìn)度為每年30萬(wàn)～40萬(wàn)hm2。另外，法國(guó)是歐洲最大的農(nóng)業(yè)機(jī)械市場(chǎng)，農(nóng)場(chǎng)全部實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，其機(jī)械的自動(dòng)化水平也很高。法國(guó)現(xiàn)有農(nóng)用拖拉機(jī)140萬(wàn)臺(tái)，且以大型為主。耕整種植施肥機(jī)械多為聯(lián)合作業(yè)，聯(lián)合收獲機(jī)11萬(wàn)臺(tái)，玉米聯(lián)收機(jī)8000臺(tái)，撿拾打捆機(jī)11萬(wàn)臺(tái)。農(nóng)業(yè)裝備使用合作社CUMA1300個(gè)，該合作社負(fù)責(zé)為農(nóng)場(chǎng)經(jīng)營(yíng)者購(gòu)置農(nóng)業(yè)機(jī)械，提供相關(guān)資信，調(diào)配農(nóng)機(jī)具使用，改變過(guò)去小而全的局面，統(tǒng)一調(diào)配使用和購(gòu)置大型現(xiàn)代化農(nóng)機(jī)具[2]。這使得大規(guī)模經(jīng)營(yíng)成為現(xiàn)實(shí)，為本來(lái)已實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的法國(guó)農(nóng)業(yè)向精確農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件[2]。

2.2用于精確農(nóng)業(yè)研究與應(yīng)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(jī)及輪船導(dǎo)航，20世紀(jì)70年代后期開(kāi)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(shè)備租用價(jià)格大幅度下降，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用已不成問(wèn)題。一臺(tái)微型個(gè)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(jī)產(chǎn)量圖生成、變量施肥和變量灌溉的GPS系統(tǒng)也不超過(guò)60000萬(wàn)法郎。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，其價(jià)格還會(huì)下降。個(gè)人信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、機(jī)載電子技術(shù)(執(zhí)行元件的檢測(cè)技術(shù)、傳感器、變量控制等)的飛速發(fā)展以及集成塊存儲(chǔ)器存儲(chǔ)能力、計(jì)算機(jī)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(yīng)用創(chuàng)造了必要的條件。

2.3環(huán)境保護(hù)及節(jié)約能源要求

隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的實(shí)現(xiàn)及大功率拖拉機(jī)的使用，“石油農(nóng)業(yè)”愈演愈烈，動(dòng)力消耗過(guò)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(yán)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(yán)重的危害，水源被污染，作物品質(zhì)下降。面對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的不斷惡化，農(nóng)業(yè)更需要進(jìn)行嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)管理[3]。

2.4經(jīng)濟(jì)方面的問(wèn)題

最近幾年，法國(guó)的農(nóng)業(yè)土地面積開(kāi)墾量不斷增加，而農(nóng)產(chǎn)品價(jià)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(chǎng)的質(zhì)量要求，農(nóng)場(chǎng)經(jīng)營(yíng)者認(rèn)為農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的確認(rèn)(蛋白質(zhì)含量、污染程度)對(duì)毛利率的增加是非常重要的，而GPS、GIS的使用可通過(guò)對(duì)作物的準(zhǔn)確投入、精確管理以及適時(shí)的檢測(cè)可有效地提高產(chǎn)品的質(zhì)量，從而獲得較高的交易價(jià)格[3]。

3法國(guó)的精確農(nóng)業(yè)研究?jī)?nèi)容[4]

根據(jù)本國(guó)獨(dú)特的自然環(huán)境、農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)形式及分布、農(nóng)業(yè)機(jī)械化及自動(dòng)化水平，以法國(guó)國(guó)家農(nóng)業(yè)環(huán)境工程、農(nóng)業(yè)工程、農(nóng)業(yè)機(jī)械、鄉(xiāng)村土建及水利研究中心CEMAGREF等多家科研究機(jī)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(jì)劃，主要圍繞“GPS接收與GIS發(fā)送系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)及理論研究、GIS各組成元素、基于GPS和GIS下的執(zhí)行設(shè)備的研究與試驗(yàn)”等進(jìn)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(yīng)用研究。（3）電子地圖技術(shù)與地理信息系統(tǒng)的整合應(yīng)用。（4）標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)交換與總線網(wǎng)絡(luò)控制平臺(tái)技術(shù)。（5）自動(dòng)地質(zhì)采樣器與土壤空間可變性特征研究。（6）拖拉機(jī)工作特性曲線及土壤物理狀況表在精確農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究。（7）以土壤機(jī)械強(qiáng)度為主參數(shù)的在線測(cè)量與繪圖技術(shù)在精確農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究。（8）利用土壤數(shù)字視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)野生群體生物學(xué)特征的研究。（9）無(wú)人駕駛飛機(jī)及其視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)田間狀況檢測(cè)研究。（10）聯(lián)合收獲機(jī)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(jī)谷粒質(zhì)量測(cè)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(yīng)用研究。（13）顆粒肥料離心撒播的調(diào)控—通過(guò)微粒運(yùn)行軌跡進(jìn)行測(cè)定及其流量測(cè)定。（14）與CUMA相適應(yīng)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(yīng)用—作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)管理及產(chǎn)量控制技術(shù)研究。CEMAGREF及ENESAD等教學(xué)與科研機(jī)構(gòu)在進(jìn)行對(duì)精確農(nóng)業(yè)有關(guān)內(nèi)容研究與應(yīng)用的同時(shí)，保持了與歐共體各國(guó)有關(guān)單位及美國(guó)國(guó)家精確農(nóng)業(yè)研究中心(設(shè)在明泥蘇達(dá)州大學(xué)內(nèi))經(jīng)常性的信息交換、學(xué)術(shù)交流及合作研究，基本實(shí)現(xiàn)了精確農(nóng)業(yè)的同步研究，為應(yīng)用精確農(nóng)業(yè)技術(shù)的農(nóng)用設(shè)備的推廣使用創(chuàng)造了條件。

4法國(guó)精確農(nóng)業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀

法國(guó)的精確農(nóng)業(yè)研究和應(yīng)用雖起步較晚，但研究?jī)?nèi)容卻相當(dāng)廣泛，應(yīng)用水平也相當(dāng)高。尤其是聯(lián)合收獲機(jī)產(chǎn)量圖生成及質(zhì)量測(cè)定、施肥機(jī)械和電子化植保機(jī)械利用GPS和GIS系統(tǒng)進(jìn)行變量作業(yè)已成為現(xiàn)實(shí)，并開(kāi)始投入使用。

4.1聯(lián)合收獲機(jī)生產(chǎn)率的測(cè)定

在聯(lián)合收獲機(jī)上的各功能部位，安裝功能各異的傳感器，利用GPS和GIS進(jìn)行生產(chǎn)率的測(cè)定。例如，在割臺(tái)上安裝有工作幅寬和行進(jìn)速度傳感器，用于測(cè)定聯(lián)合收獲機(jī)單位作業(yè)面積和瞬時(shí)生產(chǎn)率;在谷粒輸送器上安裝谷粒標(biāo)高傳感器、光探測(cè)器、壓力傳感器及電容式傳感器等，來(lái)測(cè)定谷物收獲總量和瞬時(shí)收獲量，并且能獲得谷粒的瞬時(shí)濕度和最終質(zhì)量。法國(guó)的“谷神2號(hào)”（Geres2）、美國(guó)約翰迪爾公司的“綠色衛(wèi)星”（GREENSTAR）和德國(guó)格拉斯公司的“CEBIS”生產(chǎn)率測(cè)定系統(tǒng)已在法國(guó)相當(dāng)數(shù)量的聯(lián)收機(jī)上安裝使用。上述系統(tǒng)均能通過(guò)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(shí)收獲量、谷粒濕度值及調(diào)整、作物種類(lèi)目錄等，并在駕駛室內(nèi)的顯示器中顯示出來(lái)，自動(dòng)生成產(chǎn)量圖。

4.2電子化施肥機(jī)械和植保機(jī)械變量作業(yè)

法國(guó)國(guó)內(nèi)使用的肥料撒播機(jī)械和植保機(jī)械，在全部農(nóng)業(yè)機(jī)械中自動(dòng)化水平最高，并開(kāi)始由電子化拖拉機(jī)與自動(dòng)噴灑裝置組成的聯(lián)合機(jī)組所替代，這為精確農(nóng)業(yè)—變量投入的實(shí)施創(chuàng)造了條件。變量離心撒播機(jī)和變量自動(dòng)噴霧機(jī)在GPS和GIS的支持下開(kāi)始投入生產(chǎn)和使用，法國(guó)“女騎士”（AMASAT）肥料撒播變量控制系統(tǒng)已大量應(yīng)用于各種類(lèi)型的離心式肥料撒播機(jī)上。

5存在的問(wèn)題

（1）傳感器的精度問(wèn)題、分布密度問(wèn)題、信息傳遞問(wèn)題、專(zhuān)家系統(tǒng)建立的權(quán)威性和評(píng)估準(zhǔn)確性問(wèn)題等，均對(duì)GIS產(chǎn)生了較大的影響，使精確農(nóng)業(yè)的應(yīng)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(shè)置在全球各地有相當(dāng)密度的差動(dòng)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(duì)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(jī)和電子化執(zhí)行設(shè)備的靈敏度不高，也是制約精確農(nóng)業(yè)實(shí)施的主要障礙。我們相信隨著電子化進(jìn)程的不斷加快和納米技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)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(dòng)精確農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展。最近幾年，法國(guó)科研機(jī)構(gòu)與生產(chǎn)企業(yè)加強(qiáng)了對(duì)電子化農(nóng)機(jī)具的研究和開(kāi)發(fā)工作，人工視覺(jué)系統(tǒng)在精確農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究力度加大，這對(duì)法國(guó)的精確農(nóng)業(yè)研究和應(yīng)用具有較大的影響。