智慧農業的應用領域

發表時間:2022-08-08 10:34

1、精準農業、數字農業、智能農業與自動化農業


精準農業的概念源于美國,始于上世紀七八十年代,其實質上是數字農業,也叫精細農作。一個典型例子是用衛星定位系統與拖拉機自動作業相結合,在田間精準定位,進行耕地、播種、收割、噴藥的自動化操作。由于美國農場規模大,幾千畝甚至幾萬畝的農場,一望無際,身處其間,難以定位、定向。采用衛星定位系統可以自動定位、定向、定量,精準作業,結合相應的自動化農機具,即可將實現精準耕、耙、澆水、采收等農業操作。


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數字農業是指各生產要素的數字化定量、數字化傳輸、數字化存儲和指令的數字化執行,并可以數字化統計、分析、判斷、比對和決策。農業生產的數字化,也是智能化和自動化的技術基礎。從本質上講,農業的精準化、數字化、智能化和自動化沒有本質的區別,是同一個問題的不同側面和視角。


2、土壤水分、墑情檢測與灌溉


使用傳感器可以進行土壤水分、墑情檢測并傳回數據處理中心,經數據分析處理,能準確了解不同作物對水分的需求,決定是否需要進行灌溉、灌溉時間和用水量,并發出灌溉指令。灌溉過程中,還可以及時了解灌溉進程和灌溉強度,由控制中心進行流速和水量控制。當最后一個傳感器返回水分條件滿足時,即可終止灌溉。


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根據不同作物,需要預先設定不同作物植株生長、開花、結實、籽實成熟等不同時期對水分的需求,制定最優化的灌溉方案,保農產品的最高產量和最優品質。在節省資源、節省能源、節省勞動力、降低成本的同時,最大限度地提高可持續產能和經濟效益。


3、肥力檢測與精準施肥


不同地塊、不同作物和不同生長期,對肥料養分的需求都不同。需要有代表性地對不同地塊的土壤養分和肥料養分進行測定,根據不同作物生長期的養分需要,制定最優化施肥方案。其中涉及的因素包括不同作物、不同生長期、肥料品種,有針對性地制定最優化施肥方案,包括時間、施肥量,包括底肥、追肥、葉面肥、施肥次數和總量,也就是測土配方施肥。


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智慧施肥技術,就是要準確了解各要素的基礎上,精確制定最優化施肥方案,充分滿足作物生產營養需要,降低肥料消耗,優化土壤結構,減少土壤板結,達到可持續高產、優質和高效農產品生產。


4、病蟲害預測預報


病蟲害的發生與溫度、濕度、光照等氣候因子及種植方式密切相關,也與特定病蟲害的自然發生規律有關。傳統的病蟲害防治需要人工田間探查,但大面積作業的農田,病蟲害探查檢測工作量大且準確性低,不能及時準確地了解病蟲害發生情況,也難以及時實施防治措施。


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智慧農業的病蟲害防治,就是通過田間傳感器對自然環境因子的檢測數據,設定作物品種、種植方式,結合病蟲害自然發生規律和歷史發生資料,通過遙感、航拍及人工核查驗證,進行預測、預報,并監控病蟲害實際發生情況,制定出綜合防治方案,包括用藥品種、用藥量和用藥時間等。制定防治方案后,可以通過田間機械噴施、飛機噴施等手段進行定時、定量、定速的精確操作,保證防治效果。


5、遙感和航拍


衛星遙感和航拍可以通過對農田作物的顏色色譜分析,獲取大面積范圍內作物生長情況、病蟲害危害情況信息,提出施肥、灌溉、病蟲防治的宏觀策略,制定作業方案。也通過成熟季節作物的顏色,了解作物成熟度,并進行作物估產,幫助制定糧食銷售策略和價格策略。


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6、溫室大棚自動化


智慧農業技術在保護地栽培領域的應用較為成熟和廣泛。在現代化的溫室大棚里的蔬菜、水果、食用菌、藥用植物育種、工廠化育苗以及畜禽水產養殖中,都有普遍的應用。


在現代化的溫室大棚作業中,從育苗、移栽、施肥(包括氣體肥料施用)、灌溉、通風、溫度控制、光照控制、采收、分級處理、初加工,已經可以完全很高的自動化作業??梢源蠓冉档陀霉?,提高作業效率和經濟效益。溫室大棚的投入高,但產出也高,可達到畝產數萬元產能,經濟效益也很可觀,所以在公司化經營和農戶式生產中,智慧農業的認可程度較高,應用廣泛。


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7、質量控制與追溯系統


農產品質量保證和食品安全是近年來普遍關注的問題,農產品質量追溯成為熱詞。質量追溯的基本思路源于危害分析與關鍵控制點(hazard analysis critical control point)思想,簡稱HACCP,是一種食品安全與衛生的預防性管理體系,也是保證體系。


HACCP是對食品加工、運輸以至銷售整個過程中的各種危害進行記錄、存儲、分析和控制,從而保證食品達到安全水平,并可以進行危害的溯源管理。它是一個系統的、連續性的食品衛生預防和控制方法。HACCP不是“0”風險,而是建立在識別風險的基礎上,減少或者降低食品安全中的風險。


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質量追溯系統的基本原理是:在農產品生產從種子種苗、田間管理、化肥農藥施用、采收加工、倉儲物流、產品銷售每一個關鍵環節設置監控點,通過化學、物理、儀器和人工的綜合抽樣檢測、檢查、記錄,并通過數據、圖片、視頻等手段進行自我存儲和展示給消費者,可以通過編碼的標識條形碼、二維碼等手段進行查驗。每一批甚至每一個產品都標明品名、產地、生產商、生產條件和出場時間,當出現問題時有據可查,可以追溯到問題發生的具體環節和具體位置,可以追究責任者的責任,從而保證食品消費安全。


8、倉儲、物流和銷售管理


農產品保鮮倉儲、冷鏈運輸和銷售是在提出智慧農業概念之前發展領域,所以并不是智慧農業的重要關注點,但很顯然也屬于智慧農業的范疇。


近年來生鮮食品的冷鏈監測傳感器、監測信息的無線移動傳輸、存儲記錄等技術手段越來越先進,應用也越來越廣泛,大型倉儲的自動化程度越來越高,物流系統的監控手段、記錄手段、跟蹤定位手段和服務手段越來越透明化和人性化,軟件管理系統可處理的信息量越來越大,購物體驗越來越好,幾近完美。


9、市場供求監測和行業大數據


農產品市場供求平衡和產能安排是農業生產的重要環節,但沒有人能說的清楚,某種農產品的市場現實需求量,也沒有人能說的清楚產能安排和區域分布情況。理想的智慧農業系統,應該能夠滿足不同農產品的市場需求,并根據需求安排生產,實現市場經濟背景下的有計劃生產。這需要對消費者飲食文化、飲食結構、歷史銷售數據、農產品產能分布及其歷史數據進行準確的調查、統計、匯總與分析,建立農產品市場大數據,根據大數據進行產能安排和及時調整。在這方面還有很多工作要做,有很長的路要走。


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10、植保無人機及農機服務共享經濟


植保無人機是一種小農機具,也是一個典型的智慧農業作業手段。近年來,植保無人機應用得到迅速普及,據統計2019年一年的植保無人機銷售量超過了歷史銷售量總和,而且有價格逐步降低的趨勢,為普及應用創造了條件,具有良好的發展前景。


植保無人機目前的最大用途是農藥噴施。傳統的農藥噴施人工操作,勞動強度高,費時費力費工,作業效率低、風險高等問題,每年農藥中毒人數以十萬計,危害極大。而且由于人工施藥作業速度慢,短時間內無法進行大面積作業,常常錯過了病蟲害最佳防治時機,造成農業減產。采用植保無人機噴施農藥,定量、定高、定速、定路線,自動化程度高,速度快,作業效率高,可以規劃路線精確定位,避免重復噴施。熟練的無人機駕駛員,一天作業面積可以達到500畝,費用可以低至每畝4~5元,已經逐漸被農民朋友所接受。


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此外,植保無人機還可以進行草籽播種、葉面肥噴施、除草劑噴施、作物長勢航拍檢測、病蟲害監控等田間作業。雖然購買無人機成本也比較高,也不適合一家一戶農民購買,但通過由地方供銷社組織飛防服務隊、無人機服務聯盟、農機服務銀行等共享經濟服務模式,比較好地解決了無人機的生產應用。類似的服務模式還有農田翻耕、整機、耙地、作物收割等農用拖拉機和大中型農業機械的共享應用。


盡管現代農業技術的開發與應用已經有不短的歷史,但智慧農業卻是一個比較新的概念。智慧農業所包含的領域和內容比較廣泛,而且隨現代科學技術的進步不斷拓展和完善。從品種選擇、田間管理,到采收加工、儲運銷售全產業鏈的每個環節;從生產裝備、監測監控,到品質管理、信息處理和市場供求信息服務;從技術手段和裝備,到應用領域;智慧農業技術可以大大提高作業效率,降低單位作業成本,提高經濟效益,降低勞動強度,節省勞動力,具有廣闊的應用前景,成為農業現代化的發展方向。但當前,智慧農業自身也有其局限性,存在不少問題,成為阻礙發展的障礙。



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