信息技术在农业上的应用.doc

信息技术在农业上的应用 农业信息化已成为当今世界农业发展的潮流，成为推动农业经济与农业科技发展的主要动力。目前对于农业信息化还没有一个标准的定义，有的专家这样对农业信息化进行描述：人们运用现代信息技术收集、开发、利用农业信息资源，以实现农业信息资源的高度共享叫农业信息化。它的内涵包括农业资源环境、农业生产、农业科技、农业生产资料、农业产品、农业教育、农业管理、农业金融税收等方面的信息化。 一、国内外农业信息化发展状况 (一)国际发展趋势 发达国家早已意识到信息技术的重大战略意义，信息化程度已成为评价综合国力的重要指标。l996年5月，在南非召开的信息社会与发展大会上，以美国为首西方国家显示出争夺全球信息制高点的明显趋势。目前，世界电信市扬与信息技术贸易市场的贸易额已超过1万亿美元，这相当于全球农产品、汽车、纺织品的贸易总额。 国际上农业信息化的发展也相当迅速，各发达国家和部分发展中国家，农业的各方面信息都已进人本国的信息网络以及国际互联网络，其中，有各种农产品的生产、流通、市场与价格信息；农业的各种环境、资源信息；农业的各种灾害信息；农业的各种科技信息等。人们可以极为方便地进行查询，及时作出正确的决策。 l997年6月，世界银行在加拿大召开以知识求发展会议，主题之一是知识、技术、工程与可持续发展。会议强调科技对解决发展中国家粮食问题的重大意义，同时提出其核心问题是如何使科技信息传送到所需人的手中，并提出了必须考虑信息传输的成本与效益问题。这可看出信息技术幅射力已越来越波及到发展中国家。人们在探索21世纪农业应用信息技术的发展中，关于精确农业和工厂化农业技术的应用前景特别引人注目。精确农业是Precision Agriculture的中译名词，它是在GPS(全球卫星定位系统)、GIS(地理信息系统)空间信息科技支持下，组装集成的精细农作技术体系，它是以信息技术为核心的作物科学、农艺学、土壤学、植保科学、资源环境科学和智能化农业装备与自动监控技术、系统优化决策支持技术的优化组装。这一技术发展迅速已引起一些国家科技决策部门的高度重视，美国国家研究会此专门立项对有关发展战略进行研究。目前田间作业能通过计算机由卫星来控制实施。将每块土地分成l0平方米为单位的小块，运用GPS、GIS，将每小块土地的土壤、肥料、灌溉等情况和产量的关系都存入田间作业机械携带的计算机中，作业机械通过卫星定位，随时自动调整施肥、施药、灌溉等田间作业。农作技术已精确定位到以10平方米为单位的小块土地上，大大降低了作物生产成本和均衡了作物个体的营养水平。 工厂化农业也是信息技术应用上发展很快的一个方面。有的人把工厂化农业也归为精确农业的范畴，但更多的人是把它们区别开来的，把后者称为3s技术(GPS、GIS、RS)，而工厂化农业故名思义是有厂房(温室、大棚等)的农业。它的涵义是：运用现代工程技术、生物技术、信息技术武装农业，以程序化、机械化、集约化的生产方式，摆脱自然条件的束缚，提高土地产出率。工厂化农业的特征是以现代工业装备农业、现代科技武装农业、现代管理经营农业。工厂化农业起步于蔬菜的无土栽培。随着工程学，植物生理学，农学等学科的发展，1994美国建成了第一个植物人工气侯室，继而世界有的国家成功地种植了从藻类到高大乔木的各种植物，并开展了植物对自然环境的适应性和抗卸能力的基础研究和应用基础研究。60年代成果开始应用于农业，比人工气候室简单、成本较低的生产型温室建成，使工厂化农业迅速发展起来。70年代后，荷兰、美国、日本、英国、以色列等国纷纷致力于工厂化设施园艺的研究与开发。发展至今，荷兰已拥有l0000多公顷的现代化温室，进人国际市场的蔬菜、花卉达到240亿美元/年；以色列依靠1500多公顷的现代化温室，在土壤十分贫瘠，灌溉水十分短缺的半干旱地区创造了年产番茄2万kg/666.7m2、黄瓜1.5万kg/666.7m2、月季花250-300支/m2的温室园艺奇迹。 (二)国内发展概况 我国第一次信息化浪潮出现在80年代中期，其主要标志是微机的推广和应用。从1993年开始，以三金工程的提出和国家经济倩息化联席会议的成立为主要标志，我国的信息化建设进人了第二次热潮。 在农业信息化基础建设方面，金字工程本身也是农业信息化基础设施的重要工程：金关工程促进了农业进出口贸易信息化；金卡工程促进了农村与农业金融信息化；金税工程促进了农业税征收征管的信息化；金桥工程使农业各行业专项信息化有机联合起来。 从l900年开始，国家科委(科技部)就把农业专家系统等农业信息技术列入了863计划的重点课题。1996年又把农业专家决策及信息技术系统研究列入九五国家攻关计划，提出了总体目标和工作的主要内容。同时，国家科技部从1996年开始，在国家863计划中设置智能化农业信息技术应用示范工程等重点科技项目，相继批准在北京、云南、安徽、吉林等省市建立了示范区，l9961997年一年间，4个示范区推广应用农业专家系统的面积共333万亩，取得经济效益累计1.4亿元。 近几年来，精确农业技术体系有关的应用基础与应用技术研究，已成为发展农业高新技术研究极其活跃的领域，对我国农业发展是一种机遇和挑战。我国GPS和GIS技术市场正在快速形成。有关农业科技管理部门和科技界正在规划推动有关研究和试验示范工作。 我国从70年代开始了工厂化农业的研究和开发，80年代先后从日本、荷兰、美国、保加利亚、以色列等国家引进现代温室29套，总面积34万平方米，其中60%用于蔬菜生产，40%用于花卉苗木生产。在北京、上海、黑龙江、辽宁、广东等地形成了工厂化农业的雏形。与此同时塑料大棚、日光温室等设施农业也迅速发展起来，约占世界面积的l/2(l998年全国塑料大棚面积已达到11.2104Km2，在3237的黄准海中下游平原地区形成了中国商品蔬菜的工厂化栽培基地)。在长江中下游地区建造了较多的塑料大棚和钢架或铝合金温室，例如上海的温室面积已达l600公顷；辽宁、北京、黑龙江则以日光温室为主。1992年国家科委把工厂化高效农业示范工程等六个重大科技产业工程项目纳人了国家科技攻关计划，已自行设计了一批适合我国不同生态类型区的温室设备。工厂化农业正在作为我国二十一世界农业的象征，首先在经济发展快、劳动力资源相对紧缺的城市效区发展了起来。我国的设施园艺在发展过程中的两个显著特点：一是塑料大棚、塑料薄膜和温室等大型园艺设施的比重明显增大；二是节能日光温室发展迅猛。 (三)我国面临的问题 在农业信息化的基础设施方面，作为基础应用工程的金字工程对农业信息化建设的促进作用有限，渗透力不强，且金字工程仅涉及到农业信息化的内容的一小部分，这与农业全方位信息化所需的基础设施还存在很大差距。 从计算机技术看，我国电脑使用量仅占全球使用量的l.l2%，排名第l2位(共46个国家)电脑总能力占全球MIPS(每秒百万条指令)总量的l.0l%，占第l2位。每千人拥有电脑为2台，排名第44位。农业部门拥有电脑大大低于以上平均数。从目前我国农业信息服务看，农业信息的生产、存储、加工、传递都还没有摆脱传统方式，仍以手工为主，农业信息的收集与农业信息业务过程分离，农业信息加工主要是人工剪贴、转抄、铅字排版。农业信息传输未能摆脱非电子化的传统模式，农业信息发布仍以报告会和印刷品媒体为主，说明我国农业信息化程度仍然很低。 在信息资源的开发利用方面，截止1996年，我国具有一定容量能对外提供服务、可供社会各界有效利用的国内自建数据库1038个，其中农学、畜牧、兽医学科的数据库28个仅占国内自建数据库总量的2.7%，且这些数据库的建设以文献数据库为主，事实型数据库少；自用型数据库多，公用型数据库少，能联网检索的数据库更少，同时，在数据库建设上缺乏统一规划，结构不合理，商业化程度低，标准不规范，服务能力不强，面向企业和农户经营活动的信息开发很不全面等。 在精确农业方面，我国总体上还处于启动阶段。对于工厂化农业，我国还存在设施设备不配套，产业化程度低，品种和质量尚不能满足急速发展的工厂化农业的需求，关于工厂化农业的一些基础理论，如工厂条件下光、热、水肥、气的交互效应、系统的综合开发潜力等有待继续研究和提高。在工厂设施用材、塑料薄膜耐低温、耐老化、防滴、防雾以及最适品种的培育等一系列环节也有待继续改进。近年来，我国栽培设施引进的渠道单一。玻璃温室基本上来自荷兰，塑料温室大部分是以色列引进的。由于前期论证不足，在辽宁、上海玻璃温室难以满足夏季生产对设施降温的要求；各地塑料温室除降温性能差外，还有透光率不足、冬季加热困难等间题。进口温室由于造价和运行费相当高。都面临经营方面的困难。我国工厂化农业关键技术开发滞后，如覆盖材料、环境控制技术和设备、无土栽培设施等关键技术和设备开发不足。 二、建设贵州省农业科技信息系统 目前我省已建成的较大信息网站有：中国公众多媒体通信网.贵州、贵州综合信息网、教育科研网贵州节点(CERnet)、中腾网、中国经济信息贵州分中心(CEInet)，金融、税务部门也有自已的局域网与金卡、金税工程网络相连接。我省农业人口占了全省总人口的86%，但在我省经济化的进程中，尚没有一个完整的农业科技信息系统。因此，建设贵州省农业科技信息系统是十分必要的。 (一)贵州省农业科技信息系统建设的目标 经过十年努力，到2010年前基本达到的总体目标是：在国家信息基础设施的基础上，通过因特网连通中国农业科技信息网等网站，建立一个功能完善、性能优异的全省农业科技信息网络系统，为农业发展的决策者、农业科技人员、农业生产者，以及与农业产业有关的广大用户提供农业科技信息服务。 以上目标由两个紧密相关的部分组成仰农业科技信息系统的网络建设和数据库的建设及分析工具的完善。贵州农业科技信息系统总体框架由用户层、服务层、数据层、网络层、管理层等五个部分组成。 (二)贵州省农业科技信息系统网络建设 l、建立贵州省农业科技信息系统网络中心。中心应拥有独立的局域网，依靠中国农业科技信息网的技术支撑，或与中国农业科技信息网实行技术对接，完善网络中心的软、硬件条件，尤其要充分满足web服务器建设所需要的技术需求。 2、局域网包括若干工作站。工作站拟建立在地、州(市)所在地或相关厅、局。 (三)贵州省农业智能数据库建设(有重点地逐步发展) 中国农业科技信息系统已经对完成了该系统核心数据库建设的数据内容和数据格式以及管理系统和开发工具的论证选择工作，并进行了必要软件开发，已建立了农业基础数据库。我省农业科技信息数据库的建设工作，是在共享中国农业科技信息系统信息资源的基础上，对我省的有关信息资源进行二次开发。 1、农业宏观管理决策支持系统 (1)农业资源信息支持系统的二次开发 .土地资源 .林业资源 .水资源 .农业气候资源 .草畜资源 .主要生物资源(以作物品种资源和特种生物资源为重点) (2)农业经济与政策、法律、法规信息支持系统二次开发 .贵州省县以上有关农业的法规 .到乡镇的农业经济数据库 (3)主要农产品及生产资料市场信息管理系统二次开发 .农业生产资料市场信息系统 .粮食调运决策支持系统 .其它主要农副产品的市场信息系统 2、农业生产技术信息支持系统的二次开发 (1)农业成果专利数据库的二次开发 (2)单项实用技术数据库的二次开发 .种植业 .林业 .畜牧业 .水产养殖 .农副产品的加工 .土壤、肥料 .植保 (3)主要作物全过程管理信息系统 .粮食作物 .经济作物 .果树蔬菜 .其他 3、科技管理决策支持信息系统的二次开发 (l)农业科研机构、推广机构数据库二次开发 (2)地(州)以上农业科研成果推广项目数据库的二次开发 (3)地(州)以上农业科研计划项目数据库的二次开发 (4)农业科技人员数据库二次开发 4、农业信息查询咨询服务系统二次开发 (1)农业信息咨询服务系统二次开发 (2)网上培训支持系统二次开发 (四)建立智能化农业应用示范区 l、示范区建立的目标 与贵州省农业科技信息网络和数据库的建设同步，根据粮食周年丰产或脱贫致富的需要，选择代表作物为示范对象，以基于网络的作物周年生产综合管理专家系统的二次开发和应用为核心内容，在适当范围全面开展智能化农业信息技术应用示范工程，并取得明显的经济效益和大幅度提高农业科技对经济工贡献率(达到50%以上)。 2、示范区的主要任务 (1)汇集领域专家的知识积累和国内外已取得的科研成果，采用信息技术，建立代表作物综合管理专家系统； (2)在示范区内建立信息反馈、动态咨询服务和推广应用的计算机网络； (3)建立不同生态类型的定点监测系统，动态监测作物和环境的变化特点； (4)探索GPS、GIS、RS(遥感技术)等精确农业技术实际应用的可能性； (5)加强人员培训。主要培训农业科技人员和管理人员、领导干部，使其能熟练操作计算机和使用农业专家系统软件。 3、示范区选择原则 (1)当地领导重视并能匹配相应经费； (2)当地代表作物的栽培技术在全省处于较高水平； (3)农技推广体系健全； (4)农民文化水平较高，经济能力较强； (5)立地条件和农业基础设施较好。 4、示范区的推广应用指导思想与原则 (l)遵循需求牵引、技术推动、效益第一、统筹安排的指导思想； (2)坚持理论与实践相结合，科研与生产相结合，高新技术与先进传统相结合，引进与自主开发相结合； (3)紧密依靠地方农业领导部门和农业技术推广部门，建立农业信息技术推广体系； (4)加强基层农技人员和农民的培训。 (五)经费支撑(省级) l、信息网络建设与数据库建设所需经费2000万元； 2、智能化农业应用示范区所需经费500万元。各级根据实际需要匹配相应资金。 三、工厂化农业技术及其产业化 贵州工厂化农业目前主要应用于园艺作物，这也是国内工厂化农业发展的主要趋势。我省蔬菜露地生产模式已基本定型，存在因灾害性气候造成的大宗蔬菜供应不足和城市近郊一线常年蔬莱生产与远郊远县(市)二、三线时差温差多区域多层次生态系列蔬菜生产脱节造成的淡季供应缺口等问题，同时普遍存在生产力低下经济效益不高的问题，实践证明，工厂化农业能很好解决以上问题。它还能极大满足人们对名贵、稀有蔬菜的越来越强烈的需求。同时，工厂化农业还有其它重要的应用领域。 目前我省生产上推广的大部分是塑料大栅，面积一般在100-200平方米。主要类型有拱型竹木结构和拱型钢材结构两种。推广面积不足30hm2，分散零星。多数棚由农户经营，主要用于冬季春果菜育苗和假植(很少用于超时令反季节蔬菜栽培)，少数棚在科研和教学单位用于蔬菜育种、花卉保存和试验研究。针对以上情况，在全国工厂化农业热潮的推动下，我省已有一些以盈利为目的工厂化农业项目被批准立项，这标志我省设施农业已开始步入了产业化的发展道路。其它设施农业的发展也很快，特别是地膜栽培技术，蔬菜生产上普遍采用了地膜覆盖，还发展了很有创意的双膜栽培。粮食作物上主要推广玉米地膜栽培，历史最高面积曾达7.l3Km2，增产效果十分突出。 1、我省发展工厂化农业的障碍性因素 (1)光照不足，升温困难。贵州阴雨天气约占全年总日照日数的一半以上，为全国太阳辐射的低值区，省境内总辐射3349.444605.48MJ/M2在太阳辐射总量中，以散射辐射较多。这就使冬季棚内作物光和作用不强，棚温增加不高。 (2)湿度过大。我省一般地区降水量在11001300MM/年，降雨时数大部分地区在l65l90天/年，全年平均空气相对湿度在80%左右。棚内相对湿度在密闭条件下，一般空气相对湿度在90%左右，有时达饱和状态。在棚内外湿差较小的情况下，排湿困难，容易诱发各种病害。 (3)立地条件差。贵州地貌以山脉水系为主要特征，是一个没有平原支撑的省，平坦土地较少。若规模建棚，有水的平坦地方又易于粮食作物争地、争水，无水地方用水又极其困难。 (4)价格竞争处于不利地位。以蔬菜为例，l995年以来，价格的降幅大多在20%，化肥、农膜的价格仍然较高，设施农业成本上涨了l2倍，露地常规栽培在价位竞争上处于优势。 2、我省工厂化农业需解决的技术问题与产业化方向 (1)我省应以塑料大棚作为工厂化农业的重点加发以发展，适度把日光温室或其他类型的温室技术作为试点进行开发。要逐步完善七大体系： .骨架承重体系。基本技术要求是温室的墙体和骨架要有足够的牢固性，对覆盖物重量，雨、雪的负荷和风压等有足够的承压能力。骨架不易锈蚀、变形，不易刺破磨损覆盖的塑料薄膜，墙体的牢固性和保温性要好。目前，竹木骨架的日光温室和塑料大棚数量还相当多，这种骨架一次性资金投放较少，不锈蚀，但其耐久性差，遮光面大，破损薄膜，生产中应逐步更替。钢筋焊接的骨架，易锈蚀、光滑度差，易刺破磨损薄膜，投入也比较高，不宜提倡使用。应积极推广按标准设计生产的镀锌薄璧管组装式的温室或大棚骨架，这种骨架虽然建造时一次性投放较多，但其耐久性好，使用年限长，按使用年限成本折旧是合算的，其他性能也优于其他材质的骨架。 .透光调温体系。太阳光既是设施内作物光合作用的能量来源，也是提高设施内温度的热量主要来源。所以，为了获得较好的温室效应、栽培效果和经济效益，关键是推广应用高性能的透明覆盖材料。温室和塑料棚的透明覆盖材料应当具备对设施内生产环境有益的太阳辐射波长(0.35-3微米)具有高透过性，同时还要具备高强度、高耐候、防雾滴、防尖埃的性能。据全国农业技术推广服务中心提供的资料，l995年全国棚膜年用量约55万吨，但其中防老化膜和耐候功能膜只占18.2%，普通棚膜占8l.8%，这对资源利用和提高温室效应都是不利的。 .保温防寒体系。日光温室防寒保温一是靠墙体，二是靠覆盖物。目前，温室的墙体有用泥土堆制的，有用空心砖砌成的，有用红砖砌成夹心墙，在夹心内填充防寒材料。无论采用哪种材料，有两点都必须注意，一是牢固度，二是后墙和山墙外部都要培土，培土的基部厚度要超过当地冻土层的厚度。温室和塑料棚的外保温覆盖材料当前应用最多的是草帘和纸被，保温性能较好，但其易吸湿，重量大，耐用性差。设施内保温主要张挂保温幕(又称防寒幕)，棚内扣塑料小棚，地膜覆盖等。扣小棚和地膜覆盖对提高地温尤为有效。 .节水降湿体系。节水栽培是种植业的一个永久性的课题。降温在设施栽培中是十分重要的技术要求。降低设施内的空气湿度，对减少薄膜内璧附着的水滴而增加透光率都是十分必要的。目前节水的主要措施是加速推广膜下软管灌溉和滴灌技术，降湿的主要措施是：设施内全面推广地膜覆盖；改进灌水和排湿技术；推广烟剂和粉尘防治病虫害技术，尽可能减少药剂喷雾防治病害的次数。 .病虫防治体系。必须坚持以防为主，综合防治的方针，纠正目前相当一部分设施栽培仍以治为主、以化防为主的偏向，要逐步建立起农业防治、生态防治、生物防治和药剂防治综合配套的防治技术体系。 .营养施肥体系。土壤肥力状况不良、营养元素失衡、次生盐渍化加重、土壤物理性状恶化，