光明日報記者 李菲

　　“江蘇徐州總產(chǎn)連續五年超100億斤！”“安徽阜陽(yáng)糧食總產(chǎn)量537.2萬(wàn)噸！”近期，全國多地糧食生產(chǎn)迎來(lái)“二十連豐”。

　　過(guò)去，“看天、看地、看莊稼”，耕種管收全憑農作經(jīng)驗，新手種田超不過(guò)“老把式”；如今，農業(yè)穩增穩產(chǎn)靠的是“藏糧于技”，智慧農業(yè)讓科學(xué)種田從夢(mèng)想照進(jìn)現實(shí)。

　　糧食安全乃“國之大者”，倉廩殷實(shí)是國家之福、百姓之盼。隨著(zhù)作物生產(chǎn)方案精確設計技術(shù)、生長(cháng)指標精確診斷技術(shù)、產(chǎn)量品質(zhì)動(dòng)態(tài)預測技術(shù)、農田管理變量作業(yè)技術(shù)等核心技術(shù)的成功研發(fā)，農田精確作業(yè)智能裝備的示范應用，農田高產(chǎn)優(yōu)產(chǎn)喜訊不斷。智慧農業(yè)賦能?chē)壹Z食安全，正在農田沃野上繪就一幅雄渾壯美的豐收圖景。

　　農田監測，大田環(huán)境也有“明眸慧眼”

　　風(fēng)光旖旎的東廬山腳下，坐落著(zhù)江蘇南京國家農業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區。

　　“我們利用遙感和GIS技術(shù)給每塊田編號，通過(guò)錄入氣象資料、土壤特性、品種特征、種植管理、歷史產(chǎn)量等信息，田地就有了‘身份證’，實(shí)現‘一地一碼’管理”。南京農業(yè)大學(xué)國家信息農業(yè)工程技術(shù)中心高級實(shí)驗師邱小雷說(shuō)。

　　走進(jìn)技術(shù)展廳，大屏幕上不僅實(shí)時(shí)展示著(zhù)200公里外江蘇興化現代農業(yè)產(chǎn)業(yè)園的空氣溫濕度、風(fēng)速、降水量、氣壓、土壤溫濕度及土壤肥力等信息，還提供實(shí)時(shí)感知獲得的作物長(cháng)勢信息。

　　“這些數據為作物種植管理提供了科學(xué)依據。”邱小雷說(shuō)，他們按照地塊管理作物、土壤、氣象等多維度實(shí)時(shí)和歷史基礎信息，并通過(guò)多模型耦合，設計當前地塊的精確管理“處方”，預測可能的作物產(chǎn)量與品質(zhì)，在智慧農作管理云平臺上實(shí)現種肥水藥收全流程數字化管理。

　　智慧農業(yè)，收集農田屬性數據、構建基礎數據庫是首要任務(wù)。南京農業(yè)大學(xué)智慧農業(yè)研究院院長(cháng)曹衛星教授說(shuō)，“智慧農作技術(shù)體系要實(shí)現‘五個(gè)一’目標，即基礎數據一個(gè)庫、農田監測一張網(wǎng)、農作處方一套圖、農田作業(yè)一條鏈、智慧服務(wù)一片云。”

　　在位于江蘇南京國家農業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區內的南京農業(yè)大學(xué)白馬教學(xué)科研基地，開(kāi)闊平整的田壟邊緣矗立著(zhù)一排整齊的“長(cháng)臂”。每只“長(cháng)臂”經(jīng)由兩次90度轉彎，伸出一條朝向地面作物的“小手臂”，其末段小小的黑盒子格外引人注意。

　　“可別小看它！數據離不開(kāi)它的智慧監測。”南京神農智慧農業(yè)研究院院長(cháng)湯亮教授說(shuō)，作物—大氣—土壤信息無(wú)線(xiàn)采集終端的傳感器能有效采集各項特征數據。“有了它，農民不用跑到田間地頭，在家就能知道作物長(cháng)得好不好！”湯亮說(shuō)，以傳感器為內核做成的作物長(cháng)勢監測儀可以固定在田間，也可以搭載到無(wú)人機、無(wú)人車(chē)上，連上農田物聯(lián)網(wǎng)，數據就傳到了智慧農作平臺。

　　“除了小田地，農業(yè)科技園、大型農場(chǎng)以及全省主要農作物的長(cháng)勢情況，都需要智能化、高精度的農情感知技術(shù)。因此，近20年來(lái)我們重點(diǎn)圍繞農情遙感監測關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)。”南京農業(yè)大學(xué)國家信息農業(yè)工程技術(shù)中心教授姚霞介紹。

　　“過(guò)去，人們逐個(gè)田塊或逐個(gè)品種（種質(zhì)資源）手工獲取農情信息，準確率和效率都不高；現在，通過(guò)光譜和點(diǎn)云等手段進(jìn)行農情監測，可以快速高效地獲取田地里成百上千種農作物的形態(tài)結構、生理生化、抗逆性和生產(chǎn)力等重要農情參數。”姚霞說(shuō)，“就像給人做B超或者CT，通過(guò)光譜和點(diǎn)云等感知手段，快速、非破壞性地獲取農作物的長(cháng)勢和表型信息，為變量施肥、節水灌溉、病蟲(chóng)草害防治、規模化育種等提供實(shí)時(shí)、準確、高通量的信息支撐。”

　　“智慧農業(yè)要想走入尋常農戶(hù)還必須大大降低成本。目前傳感器、巡田機器人和無(wú)人機在人力、物力上均價(jià)格不菲。而衛星遙感則經(jīng)濟實(shí)惠得多，最新的亞米級國產(chǎn)商業(yè)衛星數據只需平均每畝1角錢(qián)的成本。通過(guò)‘天空之眼’，可以輕松低廉地回溯每塊田的歷史，通過(guò)所建立的智能分析模型，精確診斷當前作物的長(cháng)勢，定量預測未來(lái)的產(chǎn)量和品質(zhì)等。”南京農業(yè)大學(xué)國家信息農業(yè)工程技術(shù)中心教授江沖亞告訴記者，衛星遙感大數據可以“智慧繪制”每塊田的昨天、今天和明天。

　　模型設計，“智慧”解鎖豐收“糧”方

　　農民想豐收，田地要種足、作物得種好。“但作物受到氣候、土壤、技術(shù)、品種等影響，時(shí)空變異性很大。限制當地作物高產(chǎn)穩產(chǎn)的主要因素是什么？適合當地高產(chǎn)穩產(chǎn)的適宜栽培管理方案是什么？作物模型作為智慧農作的‘大腦’，能回答好上述問(wèn)題。”南京農業(yè)大學(xué)國家信息農業(yè)工程技術(shù)中心教授劉蕾蕾說(shuō)。

　　“過(guò)去，農民根據經(jīng)驗判斷作物的播栽期、施肥量、灌溉量等。現在，把氣象、土壤等數據及作物品種的遺傳特性等數據輸入到作物模型中，就可以預測作物的生育進(jìn)程、長(cháng)勢和產(chǎn)量品質(zhì)情況，幫助農民篩選適宜種植的品種，推薦適宜的播栽期，因時(shí)因地制宜地為作物制定‘營(yíng)養膳食菜單’等。”劉蕾蕾介紹道。

　　糧食生產(chǎn)規模擴大，田塊面積變化，如何留住好“豐”景？“我們將作物模型與地理信息系統、遙感相耦合，就可以實(shí)現從點(diǎn)到面、從小田塊到大區域的模擬決策。”劉蕾蕾說(shuō)。

　　近年來(lái)，全球氣候變化給農業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)挑戰。“人冷了穿衣服、熱了吹空調，但是作物不行。當出現極端高、低溫事件時(shí)，作物自身的溫度響應機制被抑制，生長(cháng)發(fā)育受到影響，最終將影響產(chǎn)量和品質(zhì)。”劉蕾蕾說(shuō)，目前國際上常用的作物模型對極端氣候的響應存在較大不確定性，模型在極端氣候條件下的預測能力有待進(jìn)一步提升，南京農業(yè)大學(xué)國家信息農業(yè)工程技術(shù)中心近年來(lái)取得了豐碩成果。劉蕾蕾說(shuō)，“作物生長(cháng)模型結合未來(lái)氣象數據，可預測未來(lái)30年甚至50年的糧食生產(chǎn)情況。”基于模型提前預知作物對未來(lái)氣候的響應，就可以通過(guò)調整播栽方案、優(yōu)化水肥運籌、培育新品種等方法，緩解未來(lái)氣候變化對糧食生產(chǎn)帶來(lái)的負面影響。

　　隨著(zhù)科技發(fā)展，人們生活方式的轉變，智慧種田也更加便利。“傳統種田靠經(jīng)驗、看天吃飯，現在智慧種田，只需打開(kāi)手機小程序，在地圖上點(diǎn)一點(diǎn)自家的田塊，就知道適合種什么作物。”江蘇省信息農業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗室副主任劉小軍教授展示了團隊開(kāi)發(fā)的移動(dòng)端小程序“農田眼”。

　　“這相當于把一個(gè)移動(dòng)的智能化栽培專(zhuān)家送到了種植戶(hù)身邊！”劉小軍說(shuō)，用戶(hù)在小程序上輸入交互數據就可以得到精確的作物管理決策方案。

　　“作物長(cháng)得太旺，就說(shuō)明營(yíng)養太多，得‘減減肥’；要是長(cháng)得又弱又小，就要施肥或灌水。”劉小軍舉例道，“比如追肥主要在作物拔節、孕穗等關(guān)鍵生育期，要是后期過(guò)量施肥，容易帶來(lái)作物貪青遲熟、倒伏風(fēng)險加劇等不利影響。”

　　據了解，近年來(lái)，他們研發(fā)的“小麥綠色智慧施肥技術(shù)”“水稻無(wú)人機智慧施肥技術(shù)”分別入選農業(yè)農村部農業(yè)主推技術(shù)，“水稻全程綠色智慧施肥技術(shù)”入選2023年農業(yè)重大引領(lǐng)性技術(shù)。

　　　精確作業(yè)，農機裝備有了“智慧大腦”

　　耕種管收一條鏈，機械化的農機設備如何學(xué)“慧”種田？

　　“小麥、水稻是老百姓的口糧，通過(guò)智慧農業(yè)來(lái)播種、移栽、施肥、灌水、噴藥、收獲，單位面積的糧食產(chǎn)量更高、質(zhì)量更好。”湯亮告訴記者，“智慧大腦”在作物生長(cháng)的每個(gè)重要時(shí)間節點(diǎn)都施展著(zhù)“聰明才智”，“智慧之手”在耕、種、管、收全流程實(shí)現農田管理精確化作業(yè)，保障著(zhù)作物產(chǎn)量、實(shí)現了顆粒歸倉。

　　面向農業(yè)生產(chǎn)中播栽、施肥、灌溉、噴藥、收獲的各個(gè)環(huán)節，南京農業(yè)大學(xué)智慧農業(yè)團隊與農機企業(yè)合作，研制了一批智能化、精確化的農田作業(yè)裝備，讓科技惠之于農、用之于農。

　　“傳統的農機裝備不具備變量作業(yè)功能，現在智慧農業(yè)需要實(shí)現基于空間差異的自動(dòng)變量。”湯亮表示，農田作業(yè)裝備的智能化需要對現有農機裝備進(jìn)行升級改造，在傳統農機裝備的基礎上增加數字化、智能化的功能。

　　走進(jìn)智慧農場(chǎng)的車(chē)庫，精確播種機、精確施肥機、智能除草機，智能無(wú)人機、智能收割機等一應俱全。記者發(fā)現，這些有了“智慧”加持的農機設備造型獨特——有的是方向盤(pán)下一根粗線(xiàn)連上車(chē)載小屏幕，有的車(chē)上多了雙翼，末段還有“小眼睛”。

　　“過(guò)去的農機大多采用定制化底盤(pán)，通用性差、結果不準，難以大面積推廣；現在是在通用輪式底盤(pán)的基礎上設計可自動(dòng)調節的傳感器搭載平臺，融合多源傳感器數據，一畝地幾分鐘就能完成作業(yè)，又快又好！”湯亮感慨道，如今田間巡檢機器人不僅“身手矯捷”，而且傳感器的感知范圍、設備的通用性、監測結果的準確性等都有了大大的提高。

　　“以前收割作業(yè)的智能化水平低，現在嵌入了可以監測作物產(chǎn)量和品質(zhì)的傳感器，農民在收割時(shí)就知道谷物的產(chǎn)量水平和品質(zhì)等級。”據湯亮介紹，這些尺寸小、便于攜帶的谷物產(chǎn)量品質(zhì)傳感器，既可用于田間地頭谷物籽粒品質(zhì)的直接檢測，也可以搭載在收獲機上實(shí)現谷物品質(zhì)的實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測。

　　車(chē)庫的大液晶屏上顯示著(zhù)拖拉機、插秧機、收割機的數量，它們執行作業(yè)的航向、速度、時(shí)長(cháng)、面積等信息也一目了然。

　　“冬天農閑，它們就在車(chē)庫保養‘待命’；農忙時(shí)需要大量人力，而農機手費用高、人也難找，這時(shí)只需在智慧農作管理云平臺上點(diǎn)點(diǎn)鼠標，它們就能根據指令出庫行動(dòng)。”湯亮說(shuō)。

　　“從天空地立體化農田監測，到農作處方數字化設計，再到農田管理精確化作業(yè)，三大技術(shù)板塊銜接構成一條完整的技術(shù)鏈條，為智慧農業(yè)提供了全流程管理以及相應的解決方案。”曹衛星介紹道。

　　“智慧農業(yè)的技術(shù)創(chuàng )新與工程實(shí)踐，為現代作物生產(chǎn)提供了關(guān)鍵技術(shù)支持和全方位數字化服務(wù)，開(kāi)辟了我國作物精確栽培新領(lǐng)域，促進(jìn)了農業(yè)生產(chǎn)管理的定量化和智能化發(fā)展，提升了農作系統的綜合生產(chǎn)力和核心競爭力。”南京農業(yè)大學(xué)副校長(cháng)朱艷說(shuō)。

　　這里只是中國農業(yè)的一個(gè)縮影，智慧農業(yè)正在廣袤的土地上大顯身手。“智慧農業(yè)是加快實(shí)現我國農業(yè)科技自立自強的重要支撐。”曹衛星說(shuō)，“要以國家戰略需求為導向，面向農業(yè)農村的實(shí)際應用場(chǎng)景，創(chuàng )新關(guān)鍵技術(shù)，創(chuàng )制核心裝備，創(chuàng )建應用模式，推動(dòng)農業(yè)科教產(chǎn)融合，助推傳統農業(yè)向智慧化、綠色化、規模化轉型升級，真正實(shí)現‘頂天立地’！”

　　《光明日報》（2024年02月08日 16版）