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農業大省農田管理嘗試高科技

時間:2012-08-09 11:58:53

 

    眼下正是秋苗管理的關鍵時期。但盛夏時節,高溫、暴雨等極端天氣頻發,尤其是近年來頻發的旱澇急轉現象,對農作物生長影響很大。另外,部分地區病蟲害時有發生,也造成農作物受災。因此,對于農作物生長環境的監測顯得越發重要。

    借助一種新技術手段——物聯網,加強對天氣、土壤、病蟲害等影響農作物生長因素的監控并及時采取預防措施,正成為我省一些地方在農田管理中積極嘗試的新鮮事物。

一個市的實踐

    “我們今年要在全市實現雙覆蓋。”鶴壁市氣象局局長張睿光告訴記者,年底前所有縣區、所有萬畝創建示范方全部要安裝一種叫做“星陸雙基農田信息協同反演技術”的監視器。

    這套系統是中國農科院主持開發的863計劃中的一個課題,今年4月已通過了科技部組織的驗收。

    7月5日,記者走進鶴壁農科院,在這里體驗了一把這個神奇的監測系統。工作人員一打開大屏幕,分布在鶴壁全市田間的60處監測點的各種數據和圖像撲面而來,地表溫度、空氣濕度、風向、土壤溫度、土壤濕度、植被光合有效輻射、葉面積指數等農田生態環境參數,一覽無余。

    隨后,屏幕上出現了農田的視頻畫面,一片綠油油的玉米苗。工作人員介紹,這是位于浚縣王莊監測點所拍的實時畫面。鏡頭拉近后,一棵玉米苗清晰地顯示在大屏幕上,田里夏收后剩下的麥茬依然可見。鏡頭再拉近,一片玉米葉的視野畫面清晰可見。

    談起這套系統,張睿光一臉自豪。他說,這套系統將衛星遙感技術與地面傳感、無線通信技術有效結合,實現了實時、動態、連續監測,足不出戶就實現了大田作物長勢、生長環境的可視化。 

    “對農作物葉面積指數實現自動觀測,這在國內外還是首次。”張睿光說,過去農技人員搬梯子去田間拿著尺子去量,才能計算出來葉面積指數,很費事。

    查看農作物病蟲害情況則是另一個神奇的功能。工作人員告訴記者,查看病蟲害情況有兩種方法:一個高清攝像頭鏡頭拉近,直接觀察農作物。再一個是使用孢子捕捉儀。

這是什么儀器?

    看到記者疑惑,在大屏幕上,工作人員遠程控制了一個監測點的高清攝像頭,拉近鏡頭,看到一個小盒子樣的裝置,這就是孢子捕捉儀。

    工作人員介紹,根據風向,儀器可自動調整進口方向,有個吸塵器把空氣吸進去,里面有個類似電影膠片的膠帶裝置,把吸入空氣中的灰塵、花粉、孢子等粘在上面,里面有放大1000倍的顯微鏡拍照,再把圖像傳輸到后端服務器。

    正說著,一幅顯微鏡下的圖像呈現在眼前,這正是孢子捕捉儀拍攝的照片。通過這,植保專家可觀察到有無病蟲害產生的孢子,可以發現早期的病蟲害,提前防治。

    除了微觀監測,在宏觀觀測苗情方面,這套系統也比傳統的衛星遙感技術要有優勢。

    張睿光說,過去一直用遙感技術,但有不確定性,比較宏觀,現在用反演技術能再精確一些。他舉例說,在三月份,用衛星遙感技術測一類苗、二類苗的面積,但衛星會把當時已發芽樹木的綠度也當作小麥的綠度,造成測算偏差。這時再用地面遙感技術,反演矯正這個偏差,這樣結果就精確了。

    去年鶴壁浚縣22萬畝小麥高產創建示范片平均畝產581.4公斤,創下了全國整縣建制小麥高產紀錄。“這樣的成績與科學管理和技術服務是分不開的。”張睿光說,受此鼓舞,鶴壁當地決定,今年在全市農田實現這套系統的全覆蓋。

物聯網改變傳統農業

    鶴壁的農田監測應用了當前一項最新的技術手段——物聯網。

    所謂物聯網(The Internet of things),即通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備,按約定的協議,把任何物品與互聯網連接起來,進行信息交換和通訊,以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。物聯網可以運用于農田、電網、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統、大壩、油氣管道等各行各業之中,通過與互聯網相結合,實現人和物的溝通、信息系統與物理系統的整合,使人類以更加精細和動態的方式管理生產和生活,提高資源利用率和生產力水平,市場潛力巨大。包括物聯網在內的新一代信息技術已列為國家“十二五”發展規劃中的七大新興產業。

    在過去一年多的時間,農業物聯網已經由物聯網概念派生而出,發展迅速。所謂農業物聯網,則是近幾年興起的新技術,就是把不同的傳感器放入農田或埋入土壤采集溫度、濕度、光照、病蟲害等信息,并構成監控網絡,幾分鐘可傳輸一次數據,幫助及時發現問題,并且準確地確定發生問題的位置。據悉,目前全國已經有多家科研院所、地方政府著手規劃興建基于農業物聯網技術的示范農業項目。

    不過,目前物聯網的感知能力仍處于不斷發展過程。據介紹,現在能測土壤中氮磷鉀等微量元素的傳感器還存在著成本過高的瓶頸。

    河南農業大學信息與管理科學學院院長馬新明透露,他的博士生正在研究一項用于農業的計算機圖形圖像技術。通過高清攝像頭拍攝的圖像,分析農作物葉片含水率、葉片含氮量等,以此來判斷是壯苗或是弱苗。

    將物聯網技術引入農業領域,將徹底改變傳統農業的生產模式。有專家認為,這種改變會從以人力為中心、依賴于孤立機械的生產模式轉向以信息和軟件為中心的生產模式,從而大量使用各種自動化、智能化甚至遠程控制的生產設備,可以避災減災、節本增效,減少環境污染,提高農業生產效益。

    “設施農業和物聯網技術結合,可自動調控農作物生長。”馬新明告訴記者,河南農大在方城縣的溫室大棚能利用紅外線技術,感應二氧化碳、光照等,進而自動調節大棚內的通風和遮光設施,達到農作物生長的最佳環境。目前,智能大棚在我省不少地方已經使用。

    位于鄭州的中國電子科技集團公司第二十七研究所,是參與研制神舟飛船與天宮一號對接系統的研究單位,近年來也把發展農業物聯網作為一項重點業務。

    7月9日,該研究所所長薛海中告訴記者,我們研制的土壤墑情網絡和自動灌溉網絡,可以把粗放式農田灌溉提升為精確式灌溉,既節約了水資源,也降低了農田的管理成本。我們下一步還要研究如何把施肥和灌溉合成起來,以提高施肥效率。

一線農技人員的感受

    “鶴壁的實踐是把傳統的遙感技術和近年興起的農業物聯網技術相結合。”馬新明認為,遙感監測獲得“面”的信息,物聯網監測獲得“點”的信息。

    馬新明說,遙感監測主要靠衛星,從衛星照片來獲得大面積糧食作物生長狀況信息。但要獲得作物葉面系數、株高、葉片含水率等更具體的信息,還要使用地面遙感技術,與衛星數據對應分析。

    事實上,除了像鶴壁這樣較大規模的應用農業物聯網技術,在我省的一些基層農技站,也開始有了零星的應用。

    劉紅君,滑縣農技推廣中心土肥站站長。今年他們在當地的農業示范園和幾個農戶的田里安裝了農業物聯網傳感器,其中用于監測土壤墑情的4套,用于小氣候監測的3套。

    使用后,劉紅君最大的感受是四個字:方便快捷。

    劉紅君說,原來搞監測用的是笨法,推個小推車,走到田頭,靠人工去測。要測全縣22個鄉鎮195萬畝耕地的情況,開著汽車,就要跑一兩天,還得用塑料袋取樣,拿回來,慢慢測。

    現在用上農業物聯網,對劉紅君這樣的基層農技人員,免除了手工測量和記錄的奔波之苦,足不出戶獲得的各種數據,也是最新最快的,能及時反映苗情,指導對農業生產不利的因素及早排除。同時,農業物聯網記錄的大量詳盡數據,對農業生產的規律性研究也非常有用。

    劉紅君告訴記者,因資金有限,目前他們只是在壤土區布設了監測點。下一步還要多上幾套設備,實現全縣其他類型土壤測量的覆蓋。

能否大范圍推廣?

    對于農業大省的河南,糧食生產中能否全面推廣物聯網技術?薛海中和馬新明等物聯網專家都認為,目前從各方面的技術條件來看,物聯網技術完全可以用于我省農作物生長管理。

    現在我省正在實施6000萬畝高標準糧田的“百千萬”工程。目前的“百千萬”工程主要是道路、機井等各種基礎設施的建設,“如果把物聯網信息系統加入,無疑會大大加快實現我省農業現代化進程。”

    馬新明呼吁,6000萬畝高標準糧田建設中,如果能拿出1000萬畝來進行信息化建設,實現的效益也是可觀的。按他們多年來在滑縣每畝地增收47元的實踐計算,1000萬畝就能增收4.7億元。

    馬新明說,在土壤質地均一的情況下,1萬~5萬畝可建一個監測點,每個監測點花費3萬~5萬元。像豫東那樣的大平原,土質非常均一,連片的10萬畝建一個監測點即可。

    薛海中也呼吁,農業物聯網是個新興技術,對農業經濟發展有很大支撐作用,我省作為農業大省,在中原經濟建設中要把引用這種技術列入專項發展計劃,以保障我省農業經濟的持續、健康發展。

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