北大荒農(nóng)墾集團有限公司

□ 王華 楊世志

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2030年全球人口預計將突破85 億，保障全球糧食供給，已成為國際社會面臨的挑戰(zhàn)。黑龍江省的多個科研院所都在嘗試搭建無人農(nóng)場，基于測土配方科學施肥方法，改善農(nóng)田有機質(zhì)含量；整合中國移動OneNET 物聯(lián)網(wǎng)平臺，利用物聯(lián)網(wǎng)、NB—IOT通信技術(shù)等采集種植環(huán)境數(shù)據(jù)；通過大數(shù)據(jù)分析，對種植環(huán)境、水肥進行智能控制，精細化管理種植過程，提高農(nóng)作物品質(zhì)及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。

一、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀

1.耕地條件差

據(jù)《土壤學報》2017年數(shù)據(jù)，中國農(nóng)田耕層土壤有機質(zhì)1%—2%約占四成，2%—3%約占27%，達到4%少得可憐,大約占8%不到。耕地資源關系糧食安全，是人類生存和全球可持續(xù)發(fā)展的前提和基礎。中國情況更不占優(yōu)勢，可耕地資源不足、后備有限、狀況堪憂。

2.環(huán)境監(jiān)測難

農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測為農(nóng)業(yè)環(huán)境管理提供科學依據(jù)和技術(shù)標準，為政府環(huán)境管理決策提供技術(shù)支持。現(xiàn)階段，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程缺乏科學數(shù)據(jù)監(jiān)測，澆水施肥靠經(jīng)驗，光照、溫濕度看天氣，土壤、氣象難調(diào)節(jié)，作業(yè)數(shù)據(jù)不精確，其結(jié)果是導致作物質(zhì)量、產(chǎn)量不可預估。

3.農(nóng)機化高質(zhì)量水平低

農(nóng)機化正在向全程全面推進，智能化管理提上日程。存在的問題是，作業(yè)質(zhì)量需要人工核驗、作業(yè)類型無標準匹配、作業(yè)相關數(shù)據(jù)無法自動統(tǒng)計等問題。由于農(nóng)業(yè)小規(guī)模經(jīng)營抑制了農(nóng)機化發(fā)展，反過來又影響著農(nóng)業(yè)經(jīng)營規(guī)模進一步擴大。其結(jié)果將共同導致農(nóng)業(yè)效率較低和農(nóng)產(chǎn)品成本較高。

綜上所述，需要加快農(nóng)業(yè)前沿技術(shù)和創(chuàng)新模式的推廣應用，優(yōu)化梳理農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領域中各個環(huán)節(jié)，全流程推進“無人農(nóng)場”落地，利用衛(wèi)星遙感、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及云計算等技術(shù)，大幅度降低耕、種、管、收、銷等環(huán)節(jié)人工成本投入，從粗放的種植管理模式轉(zhuǎn)向高效益的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展道路。

二、解決方案

基于測土配方施肥，整合中國移動OneNET 物聯(lián)網(wǎng)平臺，開發(fā)自助研發(fā)的農(nóng)場管理平臺，將黑龍江無人農(nóng)場打造為一個精準化種植、智能決策、可視化管理和智能化操控樣板，以可復制、易推廣為目標，構(gòu)建循環(huán)生態(tài)無人農(nóng)場新模式，計劃將人均管理面積從200 畝提高到1000 畝。

1.測土配方施肥

在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)戶們常會盲目施肥，由于肥料分配不平衡，土壤養(yǎng)分也得不到正確償還，造成肥料浪費。通過測土配方施肥，檢測土壤/肥料中的銨態(tài)氮、速效磷、有效鉀、有機質(zhì)含量、pH、鹽分等，實現(xiàn)測土配方施肥專業(yè)化、系統(tǒng)化、信息化、數(shù)據(jù)化，為后續(xù)施肥提供了可靠依據(jù)，減少肥料損失，降低農(nóng)業(yè)成本，保護環(huán)境，減少污染，提高作物吸收率。

2.OneNET 物聯(lián)網(wǎng)平臺

中移物聯(lián)網(wǎng)OneNET 行業(yè)開發(fā)平臺，作為一站式行業(yè)開發(fā)和服務的綜合性平臺，一方面，提供了豐富的行業(yè)物聯(lián)模型，設備上云屏蔽協(xié)議開發(fā)，快速定義設備接入；另一方面，提供了輕便的項目集成環(huán)境，為跨用戶、跨產(chǎn)品的設備聯(lián)動和應用開發(fā)降低了難度。

3.智慧農(nóng)場管理平臺

耕云智能農(nóng)服管理平臺，是以地塊為中心的作業(yè)周期全過程監(jiān)控管理服務平臺。利用互聯(lián)網(wǎng)+、傳感器、云計算等技術(shù)，實現(xiàn)農(nóng)場對地塊、農(nóng)機具、農(nóng)資、農(nóng)事等生產(chǎn)管理為一體的多功能智慧農(nóng)場管理。其特點如下：一是幫助農(nóng)場對作物種植、農(nóng)事作業(yè)進行作業(yè)標準監(jiān)控，提高產(chǎn)量；二是幫助農(nóng)場減少冗余管理，提高管理水平和效率，降低管理成本。

三、建設內(nèi)容

1.測土配方施肥

測土配方施肥以土壤測試和肥料田間實驗為基礎，根據(jù)作物需要規(guī)律、土壤供肥性能和肥料效應，在合理使用有機肥的基礎上，提出氮、磷、鉀及微量元素的適宜比例和用量，以及相應的施用技術(shù)。

（1）確定目標產(chǎn)量：根據(jù)當年種植情況及耕地的土壤肥力高地情況確定產(chǎn)量。另外，也可以根據(jù)地塊前三年平均產(chǎn)量，再提高10%—15%作為的目標產(chǎn)量。

（2）計算土壤養(yǎng)分供應量：測定土壤中含有多少速效養(yǎng)分，然后計算出1 畝地中含有多少養(yǎng)分。由于土壤多種因素影響土壤養(yǎng)分的有效性，土壤中所有有效養(yǎng)分并不能全部被吸收利用，需要乘上一個土壤養(yǎng)分校正系數(shù)。

（3）確定施肥量：有了全生育期所需要的養(yǎng)分量、土壤養(yǎng)分供應量和肥料利用率，就可以直接計算施肥量；再把純養(yǎng)分量轉(zhuǎn)換成肥料的實物量，就可以用來指導施肥。

2.農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

配合硬件系統(tǒng)配套建設，通過OneNET 物聯(lián)網(wǎng)平臺低功耗終端，實時監(jiān)測農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素，通過大數(shù)據(jù)分析生長狀況并對異常信息進行預警提示、并提出解決方案，產(chǎn)量提高20%以上、降低發(fā)病率。

（1）物聯(lián)網(wǎng)殺蟲燈：通過物理方法誘殺農(nóng)田里的害蟲，間接降低農(nóng)藥使用量和種植成本，減少農(nóng)產(chǎn)品、土壤和水源污染。

（2）土壤重金屬檢測儀：可快速分析鉀、鈣、鈦、釩、鉻、等34 種標準元素，為土壤重金屬長期連續(xù)監(jiān)測提供可能。

（3）土壤養(yǎng)分速測儀：用于檢測土壤/肥料中的銨態(tài)氮、速效磷、有效鉀、有機質(zhì)含量、pH、鹽分等。為實現(xiàn)測土配方施肥專業(yè)化、系統(tǒng)化、信息化、數(shù)據(jù)化提供了途徑。

（4）土壤取樣工具箱：用于試驗土樣的采集，有助于提高取樣效率。

（5）土壤緊實度測定儀：用于野外測量土壤的緊實度，用以指導農(nóng)事生產(chǎn)。

3.智慧農(nóng)場管理平臺

平臺通過RTK GIS 信息采集終端，采集農(nóng)場每個地塊的矢量邊界，精確定位每個地塊的地理位置、面積等，為農(nóng)場農(nóng)田建立數(shù)字地塊數(shù)據(jù)庫；結(jié)合農(nóng)機智能終端，將農(nóng)田及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化；通過數(shù)據(jù)分析來合理配置生產(chǎn)要素資源，優(yōu)化土地種植結(jié)構(gòu)、農(nóng)作物植保決策，降低災害損耗；將農(nóng)場日常生產(chǎn)記錄自動化、標準化、數(shù)字化，使土地、農(nóng)用物資利用率最大化，減少化肥農(nóng)藥的使用，降低農(nóng)作物生產(chǎn)成本，提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，提升市場競爭力，從而整體上提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，有效監(jiān)測土地資源生態(tài)環(huán)境，防止被破壞。

農(nóng)場在平臺上定制了基于生長過程的農(nóng)時計劃，自動跟蹤生產(chǎn)任務計劃執(zhí)行情況并及時指揮調(diào)度。平臺基于GA 的農(nóng)機調(diào)度算法，根據(jù)農(nóng)場作業(yè)規(guī)劃、農(nóng)機狀態(tài)實現(xiàn)農(nóng)機智能調(diào)度，提高農(nóng)機利用率。通過在農(nóng)機和農(nóng)具上安裝農(nóng)業(yè)傳感器，實時監(jiān)測播種、施肥等作業(yè)情況，如播種量、噴藥量等，以及產(chǎn)量預估。

四、結(jié)束語

無人農(nóng)場是建設現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的標志，代表了未來智慧農(nóng)業(yè)方向。智慧農(nóng)業(yè)一定要基于“將農(nóng)民從辛苦勞作中解放出來，用智能化促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提質(zhì)增效和降低成本”的發(fā)展目標，解決未來農(nóng)田誰來種的問題。