法国精确农业现状探究

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1农业生产方式

20世纪80年代末期，西方等国由于其农业生产达到了高度的现代化，农业机械化已开始向自动化方向发展，但环境污染、能源枯竭等因素迫使科研人员开始着手考虑新的农业生产方式，如生态农业、高效农业、绿色农业等。其目的就是利用有限资源，在对农业现状进行分析的基础上，通过对农业生产微观化处理，改目前的粗放型农业为精细农业，以准确地投入和管理；改定量投入为变量投入和管理，节约能源，改善环境条件，提高农业生产水平和作物产品质量。精确农业的概念就此产生，并迅速被予以研究和实施。通过全球卫星定位系统(GPS)，确定农业作业者或农业机械在田间的瞬时位置，通过设置在田间不同位置的用途各异的传感器及监测系统，随时随地采集田间数据(土质、性状、含水率、肥力、杂草量、病虫害和分布状况等)，并将这些数据输入地理信息系统(GIS)。结合事先储存在GIS中定期输入的或持久性数据、专家系统及其他决策支持系统，对信息进行加工处理，瞬间做出适当的农业作业决策，再通过农业作业者或农业机械携带的计算机控制系统，自动控制其变量执行设备或元器件，实现对作物或目标区的变量投入和变量操作[1]。精确农业是信息技术发展的必然结果，是农业生产高度现代化的必然趋势。精确农业的研究发起者是美国，大约在1982～1984年初开始了首次研究。而法国由于农业生产规模和管理经营方式、“马赛克”农业组成形式、信息技术、农业现代化程度、国家政策、欧共体统管影响等因素，其精确农业的研究比美国和加拿大晚10年，研究的力度和范围不及美国，但应用水平和程度并不低。

2法国精确农业研究与应用背景条件

2.1农业生产现代化

法国农业可利用面积约3000万hm2，占国土面积的55%[2]，农业非常发达，是欧洲地区农产品最大的生产国和出口国；谷物产量居世界前列，是世界谷物主要生产国和出口国之一。农业生产的垄断程度较高，各个地区经营类型各不相同:巴黎盆地和中部地区的农场实行高度的机械化；北部、西部和西南部实行多种经营兼畜牧业；南部专门经营葡萄园和园艺；山区和某些工业区域附近实行双重就业、自然区化，使农产品各具特色。法国在尊重每个地区的特点和农业地理条件的前提下，完成了现代化。法国农业生产的经营方式是以家庭农场为基本生产单位，现有农场73.5万个，平均面积为40hm2。但经营着40%普通农业的农场，面积大都在100hm2以上，农业专业性很强。虽然个人农场占绝大多数，但其份额在逐年减少。而以“农业共同经营集团GAEC(GAEC是一种农场的联合体。原有的农场把各自的生产工具集合起来共同使用，以确保合理经营。农业工作者通过适当的组织分担农业生产的不利成分，而资本在股东之间按份额分配)、有限责任农场-13-EARL”等农事社团和公司经营的农场的数量逐渐增加，20年间增加了3倍[2]。同时，由于法国农业就业人口逐年减少，已由1970年的270万减少到1998年的95万，加之农业现代化和现代设备的使用，耕种土地的调整必不可少。调整内容是把属于同一个所有者的小片土地集中起来，以便增加平均面积，便于耕作。法国近几年所实施的土地改善工程—土地归并工作已完成1200万hm2，进度为每年30万～40万hm2。另外，法国是欧洲最大的农业机械市场，农场全部实现了机械化，其机械的自动化水平也很高。法国现有农用拖拉机140万台，且以大型为主。耕整种植施肥机械多为联合作业，联合收获机11万台，玉米联收机8000台，捡拾打捆机11万台。农业装备使用合作社CUMA1300个，该合作社负责为农场经营者购置农业机械，提供相关资信，调配农机具使用，改变过去小而全的局面，统一调配使用和购置大型现代化农机具[2]。这使得大规模经营成为现实，为本来已实现农业现代化的法国农业向精确农业转变创造了基础条件[2]。

2.2用于精确农业研究与应用的条件日臻完善

GPS全球卫星定位系统最初用于军事、飞机及轮船导航，20世纪70年代后期开始转向民用。由于用于GPS的卫星数量不断增加，定位技术及其设备租用价格大幅度下降，在农业生产中使用已不成问题。一台微型个人GPS接收系统约为1800法郎(折合人民币2000多元)，用于联收机产量图生成、变量施肥和变量灌溉的GPS系统也不超过60000万法郎。随着技术的不断进步，其价格还会下降。个人信息技术、互联网络技术、机载电子技术(执行元件的检测技术、传感器、变量控制等)的飞速发展以及集成块存储器存储能力、计算机数据处理能力的提高，均为精确农业技术研究和应用创造了必要的条件。

2.3环境保护及节约能源要求

随着农业机械化的实现及大功率拖拉机的使用，“石油农业”愈演愈烈，动力消耗过大而引起的能源消耗和环境污染引起了人们的普遍关注。更为严重的是，宁可多施不可漏施的定量喷施化肥、农药(氮、除莠剂、饲养污水)等传统作业方式给环境、土壤、水质及植物本身造成了严重的危害，水源被污染，作物品质下降。面对生产环境的不断恶化，农业更需要进行严格的环境保护管理[3]。

2.4经济方面的问题

最近几年，法国的农业土地面积开垦量不断增加，而农产品价格却逐年下降，纠其原因是产品质量下降所至。基于欧洲农业交易市场的质量要求，农场经营者认为农产品质量的确认(蛋白质含量、污染程度)对毛利率的增加是非常重要的，而GPS、GIS的使用可通过对作物的准确投入、精确管理以及适时的检测可有效地提高产品的质量，从而获得较高的交易价格[3]。

3法国的精确农业研究内容[4]

根据本国独特的自然环境、农业经营形式及分布、农业机械化及自动化水平，以法国国家农业环境工程、农业工程、农业机械、乡村土建及水利研究中心CEMAGREF等多家科研究机构和企业为主体，制定了近期有关精确农业的研究与发展计划，主要围绕“GPS接收与GIS发送系统的软硬件设计及理论研究、GIS各组成元素、基于GPS和GIS下的执行设备的研究与试验”等进行攻关。其中包括：（1）精确农业的基本工具。（2）地球同步卫星空间化数据的处理与分析在精确农业上的应用研究。（3）电子地图技术与地理信息系统的整合应用。（4）标准化数据交换与总线网络控制平台技术。（5）自动地质采样器与土壤空间可变性特征研究。（6）拖拉机工作特性曲线及土壤物理状况表在精确农业上的应用研究。（7）以土壤机械强度为主参数的在线测量与绘图技术在精确农业上的应用研究。（8）利用土壤数字视觉系统检测野生群体生物学特征的研究。（9）无人驾驶飞机及其视觉系统对田间状况检测研究。（10）联合收获机流量传感器精度及产量图绘制后处理技术的研究。（11）关于联合收获机谷粒质量测定及取样技术研究。（12）玉米移植及产量图绘制技术的应用研究。（13）颗粒肥料离心撒播的调控—通过微粒运行轨迹进行测定及其流量测定。（14）与CUMA相适应的地理信息系统的管理-—精确农业诸元研究。（15）卫星图像辅助施肥技术。（16）GPS在甜菜种植和洋葱田间管理上的应用—作业现场管理及产量控制技术研究。CEMAGREF及ENESAD等教学与科研机构在进行对精确农业有关内容研究与应用的同时，保持了与欧共体各国有关单位及美国国家精确农业研究中心(设在明泥苏达州大学内)经常性的信息交换、学术交流及合作研究，基本实现了精确农业的同步研究，为应用精确农业技术的农用设备的推广使用创造了条件。

4法国精确农业应用现状

法国的精确农业研究和应用虽起步较晚，但研究内容却相当广泛，应用水平也相当高。尤其是联合收获机产量图生成及质量测定、施肥机械和电子化植保机械利用GPS和GIS系统进行变量作业已成为现实，并开始投入使用。

4.1联合收获机生产率的测定

在联合收获机上的各功能部位，安装功能各异的传感器，利用GPS和GIS进行生产率的测定。例如，在割台上安装有工作幅宽和行进速度传感器，用于测定联合收获机单位作业面积和瞬时生产率;在谷粒输送器上安装谷粒标高传感器、光探测器、压力传感器及电容式传感器等，来测定谷物收获总量和瞬时收获量，并且能获得谷粒的瞬时湿度和最终质量。法国的“谷神2号”（Geres2）、美国约翰迪尔公司的“绿色卫星”（GREENSTAR）和德国格拉斯公司的“CEBIS”生产率测定系统已在法国相当数量的联收机上安装使用。上述系统均能通过GPS支持获取收获总面积、局部收获面积、干燥后的谷物量、收获平均值、总收获量、瞬时收获量、谷粒湿度值及调整、作物种类目录等，并在驾驶室内的显示器中显示出来，自动生成产量图。

4.2电子化施肥机械和植保机械变量作业

法国国内使用的肥料撒播机械和植保机械，在全部农业机械中自动化水平最高，并开始由电子化拖拉机与自动喷洒装置组成的联合机组所替代，这为精确农业—变量投入的实施创造了条件。变量离心撒播机和变量自动喷雾机在GPS和GIS的支持下开始投入生产和使用，法国“女骑士”（AMASAT）肥料撒播变量控制系统已大量应用于各种类型的离心式肥料撒播机上。

5存在的问题

（1）传感器的精度问题、分布密度问题、信息传递问题、专家系统建立的权威性和评估准确性问题等，均对GIS产生了较大的影响，使精确农业的应用范围仅局限在很少的作业内。

（2）全球定位系统GPS必须配合设置在全球各地有相当密度的差动式GPS接收系统DGPS，才能完成GIS数据传送、作业者定位及信息指令的接受等工作。目前的定位精度不太高，对有些要求精确变量投入的作业尚有较大的困难。

（3）电子化拖拉机和电子化执行设备的灵敏度不高，也是制约精确农业实施的主要障碍。我们相信随着电子化进程的不断加快和纳米技术的产业化应用，电子元器件向超微型化、超高精度化方向发展，必将带动精确农业的快速发展。最近几年，法国科研机构与生产企业加强了对电子化农机具的研究和开发工作，人工视觉系统在精确农业上的应用研究力度加大，这对法国的精确农业研究和应用具有较大的影响。