當(dāng)前，我國已經(jīng)從世界上主要的大豆出口國變成大豆進(jìn)口國。中國已經(jīng)成為國際大豆市場(chǎng)的主要買主，大豆進(jìn)口量占到全球貿(mào)易的20%以上。2000年我國大豆進(jìn)口量達(dá)到1042萬噸，增長141%，占進(jìn)口糧食的77%，2001年大豆進(jìn)口量是1325萬噸，2002年雖然受大豆進(jìn)口政策調(diào)節(jié)的影響，大豆進(jìn)口量仍然達(dá)到1038萬噸。2003年1月至5月我國大豆進(jìn)口已達(dá)765萬噸，預(yù)計(jì)到年底可能進(jìn)口大豆1600到2000萬噸。2000年我國大豆產(chǎn)量為1545萬噸，2002年大豆產(chǎn)量是1650萬噸。
大豆的大量進(jìn)口，以及國產(chǎn)大豆價(jià)格上漲空間的有限，對(duì)國內(nèi)的大豆生產(chǎn)影響很大，2001年6月，國務(wù)院發(fā)布了《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理?xiàng)l理》，要求對(duì)轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物及其制品進(jìn)出口登記和加貼標(biāo)簽制度，使2002年度進(jìn)口大豆的數(shù)量大大減少，但仍然達(dá)到1038萬噸。大豆大量進(jìn)口，實(shí)際反映了一是我國國內(nèi)對(duì)大豆的需求的增加，二是我國對(duì)大豆加工能力的增加。據(jù)業(yè)內(nèi)人士的看法，我國大豆加工能力已達(dá)年加工大豆5000萬噸。
２、當(dāng)前大豆生產(chǎn)狀況
我國近年來，大豆種植面積在800～900萬公頃左右，總產(chǎn)量在1400～1500萬噸，單產(chǎn)每公頃在1600～1700公斤，同世界主要大豆生產(chǎn)國的大豆單產(chǎn)比較，我們還處于低水平。1998年的ＦＡＯ的統(tǒng)計(jì)表明：世界平均大豆單產(chǎn)是每公頃2260公斤，加拿大每公頃是2800公斤，美國每公頃是2617公斤，巴西每公頃是2353公斤。我國大豆單產(chǎn)低是影響農(nóng)民收入的一個(gè)不可回避的現(xiàn)實(shí)。
如何解決這個(gè)問題，筆者認(rèn)為，對(duì)提高我國大豆生產(chǎn)者的收入來說，目前單純依靠政策提價(jià)的空間十分狹小，依靠傳統(tǒng)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)增收的空間也不十分大，為此只能走從應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)、科學(xué)進(jìn)步中增收的道路。中國的農(nóng)戶歷來有“精耕細(xì)作”的優(yōu)良傳統(tǒng)，在此上開展“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的技術(shù)思想的發(fā)展，定會(huì)提高農(nóng)戶的收益并實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
３、“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”發(fā)展趨勢(shì)
“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”或“精細(xì)農(nóng)業(yè)”的中文名詞，譯自國外近幾年來趨于共識(shí)的“Precision Agriculture”或“Precision Farming”,目前國內(nèi)對(duì)如何譯名，還沒有統(tǒng)一。中國工程學(xué)院院士、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授汪懋華認(rèn)為叫“精細(xì)農(nóng)業(yè)”確切，而中科院石家莊農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究所研究員劉金銅認(rèn)為叫“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”妥當(dāng)。無論怎樣叫法，目前國際上的研究基本上是集中于利用“3S”空間信息技術(shù)和人工智能技術(shù)為主的生產(chǎn)管理決策支持技術(shù)為基礎(chǔ)、面向大田作物生產(chǎn)的精細(xì)農(nóng)作技術(shù)，既基于信息和先進(jìn)技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代農(nóng)田精耕細(xì)作技術(shù)。
“3S”是指全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)和遙感技術(shù)系統(tǒng)(RS)，“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”技術(shù)在發(fā)達(dá)國家始于八十年代初，從事作物栽培、土壤肥力、作物病蟲草害管理的農(nóng)學(xué)家在進(jìn)行作物栽培模擬模型，作物管理與植保專家系統(tǒng)應(yīng)用研究與實(shí)踐中進(jìn)一步揭示的農(nóng)田內(nèi)以米為單位的小區(qū)作物產(chǎn)量和生長環(huán)境條件的明顯時(shí)空差異性，從而提出對(duì)作物栽培管理實(shí)施定位、按需變量投入而發(fā)展起來的。所以80年代初國外有關(guān)這方面的技術(shù)思想，曾使用過“Spatially-Variable Crop Management(空間變量作物管理)”、“Prescription Agriculture(處方農(nóng)業(yè))”和“Prescription Farming(處方農(nóng)作)等名詞。
八十年代中期，各發(fā)達(dá)國家對(duì)農(nóng)業(yè)經(jīng)營中必需兼顧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，資源、環(huán)境問題的廣泛關(guān)切和有效利用農(nóng)業(yè)投入、節(jié)約成本、提高農(nóng)業(yè)利潤、提高農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和減少環(huán)境后果的迫切需求，為“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”技術(shù)體系的形成準(zhǔn)備了條件。海灣戰(zhàn)爭(zhēng)后GPS技術(shù)的民用化，使得它在許多國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用研究獲得迅速發(fā)展，也推動(dòng)了“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”技術(shù)體系的廣泛實(shí)踐。近20年來，基于信息技術(shù)支持的作物科學(xué)、農(nóng)藝學(xué)、土壤學(xué)、植保科學(xué)、資源環(huán)境科學(xué)和智能化農(nóng)業(yè)裝備與自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)、系統(tǒng)優(yōu)化決策支持技術(shù)等，在GPS、GIS空間信息科技支持下組裝集成起來，形成和完善了一個(gè)新的“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”技術(shù)體系并開展了廣泛的試驗(yàn)實(shí)踐。
目前，在美、加、德、澳等國，“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”技術(shù)的應(yīng)用研究已涉及小麥、玉米、大豆、甜菜、土豆、甘蔗、果樹等作物生產(chǎn)。這一技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，已經(jīng)引起一些國家科技決策部門的高度重視。據(jù)測(cè)算：采用精準(zhǔn)農(nóng)作技術(shù)，可以節(jié)約30%以上的肥料和農(nóng)藥，可使作物生產(chǎn)成本降低20%以上。我國一些大學(xué)和農(nóng)業(yè)科技部門在研究制定推進(jìn)新的農(nóng)業(yè)科技革命計(jì)劃中，也已對(duì)此給予重視。有的已開始了試驗(yàn)研究工作。但總的說來，我國這方面的工作還很落后，應(yīng)引起有關(guān)部門的重視。
４、“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的技術(shù)思想和主要支持技術(shù)
4.1“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的技術(shù)思想
“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的主要目標(biāo)是:更好地利用耕地資源潛力，科學(xué)利用投入，提高產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本，減少農(nóng)業(yè)活動(dòng)帶來的環(huán)境后果，實(shí)現(xiàn)作物生產(chǎn)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。
“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”是一場(chǎng)技術(shù)思想的革命,是走向知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代人們利用信息技術(shù)革命和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技成果經(jīng)營農(nóng)業(yè)的技術(shù)思想的革命。
千百年來的作物生產(chǎn)實(shí)踐，都是以地區(qū)或田塊為基礎(chǔ)，在區(qū)域或田塊的尺度上，把耕地看作是具有作物均勻生長條件的對(duì)象進(jìn)行管理，如利用統(tǒng)一的耕作、播種、灌溉、施肥、噴藥等農(nóng)藝措施，滿足于獲得區(qū)域、農(nóng)場(chǎng)或田塊的平均產(chǎn)量的認(rèn)識(shí)水平，很少顧及對(duì)農(nóng)田整體或局部空間的盲目投入及過量施肥施藥造成的環(huán)境后果。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣模式，也是在區(qū)域尺度上進(jìn)行品種選擇、土肥監(jiān)測(cè)，通過地區(qū)試驗(yàn)積累的適于當(dāng)?shù)氐脑耘喙芾泶胧┫蜣r(nóng)戶推薦使用。實(shí)際上，即使在同一農(nóng)田內(nèi)，地表上、下影響作物生長條件和產(chǎn)量的明顯時(shí)空分布差異性，包括農(nóng)田內(nèi)作物病、蟲、草害總是先以斑塊形式在小區(qū)發(fā)生，再逐步按時(shí)空變化蔓延的特性，早已為人們所認(rèn)識(shí)。幾世紀(jì)前，農(nóng)民把土地劃分為小田塊來耕作經(jīng)營，正是受到對(duì)作物生長環(huán)境和產(chǎn)量空間變異的感性知識(shí)的影響。我國農(nóng)民幾千年來在小塊土地上經(jīng)過勞動(dòng)密集的投入和積累的豐富生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)而形成的“傳統(tǒng)精耕細(xì)作”技術(shù)，也可以在小塊農(nóng)田內(nèi)達(dá)到很好的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，只是沒有現(xiàn)代科學(xué)方法的定量研究和現(xiàn)代工程手段的支持來形成大規(guī)模的生產(chǎn)力。國外多年的試驗(yàn)實(shí)踐表明，田區(qū)內(nèi)小區(qū)平均產(chǎn)量的最大差異可以超過100％。農(nóng)田內(nèi)的土壤類型、肥力、墑情、苗情和病蟲草害的分布，實(shí)際上也是很不均勻的。
“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”在作物上實(shí)施過程可描述為：帶定位系統(tǒng)和產(chǎn)量傳感器的聯(lián)合收獲機(jī)每秒自動(dòng)采集田間定位及小區(qū)平均產(chǎn)量數(shù)據(jù)→通過計(jì)算機(jī)處理，生成作物產(chǎn)量分布圖→根據(jù)田間地形、地貌、土壤肥力、墑情等參數(shù)的空間數(shù)據(jù)分布圖，支持作物管理的數(shù)據(jù)庫與作物生長發(fā)育模擬模型，投入、產(chǎn)出模擬模型，作物管理專家知識(shí)庫等建立作物管理輔助決策支持系統(tǒng)，并在決策者的參與下生成作物管理處方圖→根據(jù)處方圖采用不同方法與手段或相應(yīng)的處方農(nóng)業(yè)機(jī)械按小區(qū)實(shí)施目標(biāo)投入和精準(zhǔn)農(nóng)作管理。
4.2“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的主要支持技術(shù)
4.2.1全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（Global Positioning System）
全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)的完善，為實(shí)踐農(nóng)田作物生產(chǎn)的定位精細(xì)管理提供了基本的條件。GPS由包括24顆地球衛(wèi)星組成的空間部分，由地面控制站和一組地面監(jiān)測(cè)站組成的地面監(jiān)控部分以及和用戶接收機(jī)3個(gè)主要部分組成。目前已建成投入運(yùn)行的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)有美國國防部建設(shè)的GPS系統(tǒng)和俄羅斯建設(shè)的GLONASS（Global Navigation Satellite System）系統(tǒng), 兩者原理相同，但利用了不同的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)和大地坐標(biāo)系，均可提供全球衛(wèi)星定位信息的免費(fèi)服務(wù)。對(duì)于用戶來說，只需要根據(jù)不同用途的要求，如同使用移動(dòng)電話一樣，購置用戶接收機(jī), 享用不同方式的服務(wù)。GPS衛(wèi)星是一組能發(fā)射精確的衛(wèi)星軌道參數(shù)和時(shí)鐘信號(hào)，在2萬余km高空環(huán)繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道衛(wèi)星系統(tǒng)。這些信號(hào)穿越太空、電離層和大氣層到達(dá)地面,被接收機(jī)接收，經(jīng)過數(shù)字信號(hào)處理進(jìn)行定位計(jì)算。空間衛(wèi)星的布局，可以保證在地球表面任何地方、晝夜任何時(shí)間和任何氣象條件下，接收機(jī)均可至少獲得其中4顆以上衛(wèi)星發(fā)出的定位定時(shí)信號(hào)。理論上只要用戶能接收到4顆衛(wèi)星信號(hào)，即可解算出用戶所在的3維（x、y、z）位置信息。
目前國外已有許多著名GPS公司進(jìn)入中國市場(chǎng)。同時(shí)具有農(nóng)機(jī)田間導(dǎo)航、定點(diǎn)采樣、背負(fù)式巡田定位信息采集與測(cè)量、專用掌上型計(jì)算機(jī)等。
4.2.2地理信息系統(tǒng)（Geographical Information System）
地理信息系統(tǒng)（GIS）是一個(gè)用于輸入、存儲(chǔ)、檢索、分析、處理和表達(dá)地理空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)軟件平臺(tái)。當(dāng)然，GIS軟件需要裝載在適當(dāng)性能的計(jì)算機(jī)上，并為計(jì)算機(jī)配置必要的輸入輸出外部設(shè)備，如用于輸入數(shù)據(jù)的掃描儀、數(shù)字化儀、讀卡機(jī)和用于輸出和顯示結(jié)果的計(jì)算機(jī)顯示器、彩色打印機(jī)或繪圖儀，并以不同格式將處理結(jié)果保存在存儲(chǔ)介質(zhì)中備用。在“精準(zhǔn)農(nóng)作”技術(shù)體系中，GIS主要用于建立農(nóng)田土地管理，土壤數(shù)據(jù)、自然條件、作物苗情、病蟲草害發(fā)生發(fā)展趨勢(shì)、作物產(chǎn)量等的空間信息數(shù)據(jù)庫和進(jìn)行空間信息的地理統(tǒng)計(jì)處理、圖形轉(zhuǎn)換與表達(dá)等，為分析差異性和實(shí)施調(diào)控提供處方?jīng)Q策方案。
4.2.3遙感技術(shù)(Remote Sensing)
遙感技術(shù)（RS）是未來精準(zhǔn)農(nóng)作技術(shù)體系中支持大面積快速獲得田間數(shù)據(jù)的重要工具。它可以提供大量的田間時(shí)空變化信息。近30多年來，RS技術(shù)在大面積農(nóng)業(yè)資源監(jiān)測(cè)、作物產(chǎn)量預(yù)測(cè)、農(nóng)情預(yù)報(bào)等方面做出了重要貢獻(xiàn)。遙感是用飛行器或人造衛(wèi)星上裝載的傳感器來收集地球表面地物的空間分布信息。它具有廣域、快速、可重復(fù)對(duì)同一地區(qū)獲取時(shí)間序列信息的特點(diǎn)。RS是測(cè)量地物對(duì)太陽輻射能的反射光譜信息或地物自身的輻射電磁波波譜信息。每一地物反射和輻射的電磁波波長及能量都與其本身的固有特性及狀態(tài)參數(shù)密切相關(guān)。RS在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)管理中雖不是直接測(cè)量土壤水份、植物冠層營養(yǎng)水平、籽粒與生物質(zhì)產(chǎn)量等信息，但可通過多光譜測(cè)量推斷出結(jié)果。
4.2.4作物生產(chǎn)管理決策支持技術(shù)（DSS）
“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”是基于信息和知識(shí)的農(nóng)田作物生產(chǎn)經(jīng)營管理技術(shù)，它既需要利用先進(jìn)的田間信息采集技術(shù)以獲得農(nóng)田小區(qū)作物產(chǎn)量和影響作物生長主要因素的空間分布信息，又需要對(duì)這些信息進(jìn)行處理，運(yùn)用農(nóng)業(yè)科學(xué)知識(shí)制定農(nóng)田與作物栽培管理決策，指導(dǎo)分布式定位處方農(nóng)作，以實(shí)現(xiàn)資源高效利用，高產(chǎn)出、省投入和可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)化目標(biāo)。
作物生產(chǎn)管理計(jì)算機(jī)輔助決策支持系統(tǒng)（DSS），是應(yīng)用計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)，綜合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)相關(guān)科學(xué)技術(shù)成果，制定作物生產(chǎn)管理措施，實(shí)現(xiàn)處方農(nóng)作的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”技術(shù)思想的核心。一個(gè)完整的作物生產(chǎn)管理決策支持系統(tǒng)，包括：作物系統(tǒng)模擬模型組成的模型庫；支持模型運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理的方法庫；儲(chǔ)存支持作物生產(chǎn)管理決策和模型運(yùn)算必需的數(shù)據(jù)庫；反映不同地區(qū)自然生態(tài)條件等作物栽培管理經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和具有知識(shí)推理機(jī)制的專家知識(shí)庫；各子系統(tǒng)的管理、維護(hù)子系統(tǒng)和為作物生產(chǎn)管理者參與制定決策，提供知識(shí)咨詢的良好人機(jī)接口等。由于作物生產(chǎn)系統(tǒng)的復(fù)雜性，許多影響因素與作物生長過程的關(guān)系尚難于完全用解析方法進(jìn)行過程的定量描述。對(duì)這一類半結(jié)構(gòu)性的系統(tǒng)，兼容解析性模擬模型的當(dāng)?shù)厣a(chǎn)管理決策者提供參與決策制定的良好人機(jī)接口是十分必要的。
５、“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”在大豆上實(shí)施亟待解決的問題
５.1 需要國家的支持
“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”是高科技在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用，為在某個(gè)作物上應(yīng)用，如大豆則需要國家從財(cái)力、政策等方面給予必要的支持。應(yīng)象國家實(shí)施“８６３計(jì)劃”那樣，國家和地方聯(lián)合攻關(guān)，從中央到地方拿出配套資金，集中資金先搞若干個(gè)試點(diǎn)，取得經(jīng)驗(yàn)后推廣應(yīng)用。
５.2 需組織聯(lián)合攻關(guān)，并搞好“二次開發(fā)”
“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”涉及了多方面的知識(shí)和專業(yè)技能，需要有多方面的專家學(xué)者參加，需要有關(guān)部門牽頭，搞聯(lián)合攻關(guān)。另外，對(duì)已有的商業(yè)軟件，進(jìn)行二次開發(fā)，如商用的GIS，要針對(duì)農(nóng)業(yè)資源信息管理和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的實(shí)踐以及農(nóng)村用戶的特點(diǎn)，開發(fā)出易于向基層農(nóng)村用戶推廣的界面友好的田間地理信息系統(tǒng)。對(duì)于專家咨詢系統(tǒng)更應(yīng)如此，應(yīng)針對(duì)不同地區(qū)不同的作物搞好“二次開發(fā)”，如不同類型的大豆生產(chǎn)種植區(qū)域，要有針對(duì)性的開發(fā)。
5.3 借鑒國內(nèi)外已有的軟件，向以“３Ｓ”技術(shù)支持的“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”方向邁進(jìn)
從國外的經(jīng)驗(yàn)來看，正是一大批面向應(yīng)用的作物模擬模型的開發(fā)成功，使“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的實(shí)施成為可能。如在國際上具有重要影響的小麥、玉米、水稻、高粱等谷物類的CERES系列模擬模型,GOSSYM棉花模型等.我國八十年代以來,對(duì)農(nóng)田施肥、作物栽培管理、病蟲害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、農(nóng)田灌溉等農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的研究開發(fā)成果已在生產(chǎn)應(yīng)用中發(fā)揮了重要作用，國家實(shí)施的“８６３計(jì)劃”中的智能化農(nóng)業(yè)技術(shù)開發(fā)應(yīng)用，迄今已在黑龍江、吉林、安徽、云南等地建立了若干個(gè)智能化農(nóng)業(yè)示范區(qū)，并取得了一定的效益。
然而，迄今進(jìn)行的有關(guān)作物模擬、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)及其集成技術(shù)的開發(fā)研究，主要還是基于農(nóng)田或農(nóng)場(chǎng)尺度上的作物生產(chǎn)管理決策支持技術(shù)，與“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”技術(shù)思想的實(shí)踐要求尚有較大距離。今后，要根據(jù)農(nóng)田小區(qū)作物產(chǎn)量和諸相關(guān)因素在農(nóng)田內(nèi)空間差異性，實(shí)施分布式的處方農(nóng)作。因此需要基于GPS、GIS空間型作物管理決策支持系統(tǒng)(SDSS)，這是“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”發(fā)展的正確方向。
