本文提要：精确农作根据田中地段的异质性实施农田作业，其技术基础是土壤检测和作物检测。专家系统将作物生长发育规律与环境条件变化结合，机理与专家经验结合，为农民提供不同条件下的高产栽培模式图。 　　随着农业现代化水平的提高，农作制度的复杂性及农业的风险性与日俱增。特别是经济全球化及WTO条款，对农产品的竞争力提出更高的要求。这就导致了一种迫切的需求，即如何改进农业信息的管理、加工，使其结果有助于农民的决策。信息技术的农业应用在这种形势下应运而生，并得到迅速发展。本文重点回顾农业信息技术的两个代表领域--精确农作及计算机信息/专家系统近年来的若干动态。 一、精确农作（业） 　　这是信息高科技应用于农业、同种植业领域现存的若干技术组合而形成的、代表了农业发展方向的一项新技术。八十年代后期在美国首先开始研究。其根本出发点是强调了一个农业经营单位如农场，其田块间、田块内的土壤水、肥条件、小气候、苗情、病虫草害等的发生，具有明显的空间异质性。因而传统的做法即全田块乃至全农场"一视同仁"地施肥、浇水、喷洒农药等，违背客观实际，结果产生很多很容易被忽视的弊端。而精确农作则是基于"（田内）带"而不是基于田块来进行农田作业；通过实现因地（段）、因苗制宜，因地播种、施肥、喷药等，同时达到降低生产成本、提高全田产量水平、减少化肥、农药污染等多个目的。精确农作最初取名为"特定对象点（农）作业"（Site-specific management）。九十年代初演化为"精确农作"。其技术、设备及应用领域至今仍在不断完善和扩展之中。精确农作的"催生婆"是公众日益高涨的资源、环保意识，以及对由农业引起的严重非点源污染（Non-point Pollution，又称面源污染）的关注和舆论压力。而技术上的若干几乎同时实现的突破，则为精确农作的问世提供了先决条件和机遇。这主要指的是：（1）军用GPS技术的解密；（2）一系列快速而准确的观测、测定技术，如大数量土壤养分取样分析、实地收割的同时进行小区（1英亩）单产计量并作图；（3）高分辨率遥感及图象处理；（4）一系列作物生长模拟模型已较为完善；（5）全自动自记小时间隔气象观测仪；（6）美国农场主已达到较高的电脑拥有率；（7）农业机械部件运作的电脑操控技术的突破等。当前主要在发达国家如美、加、法、英、澳等，应用于精确、高效地施肥、灌水、喷药和播种等农田作业。少数中、南美农业大国的大型经济作物种植园（Plantations）也开始应用。 　　精确农作具有一系列潜在的优点：有利于提高经济利益，具有可持续性、农产品质量有保证，尤其是食用安全性；有利于环境保护和农村生活质量的改善，促进农村经济发展。正因为如此，它代表了农业在新世纪的发展方向。 　　尽管如此，即便是在发达国家如美国，精确农作仍处在初生阶段。据最新的统计，到1998年末，在美国主要农业区，采用这项集成技术的，包括只采用某一项组分技术（如田间产量分布图）的，亦只占总农场数的不到30%。进一步的分析表明，在影响这项技术扩大推广的诸因素之中，成本方面的考虑占49%，习惯势力占41%，学识不够占21%，现行种植制度不适宜采用的占11%。对"玉米带"中，北部4个州的农户调查结果显示，不采用这项技术的农民主要属于：（1）受教育水平达不到要求；（2）尚不具备个人电脑；（3）缺乏这方面的亲身经验；（4）农场规模小；（5）以谷类作物为主的农场，采用该技术的利益远远小于种高价值作物如园艺作物、马铃薯、甜菜等为主的农场。但后者的面积有限。　 　　就精确农作技术本身而言，亦存在着不少有待改进和提高之处。据明尼苏达大学精确农业研究中心P.C. Robert教授的意见，至少有13个方面需要进一步深入研究。包括：（1）开发可获取田间（农作物和土壤）实时信息的传感设备；（2）能直接检测农作物和土壤状况的遥感技术；（3）资源的时间、空间异质分布及定量化；（4）数据分析处理和译转技术等。 　　专家们指出，农场推行精确农作关键是要有坚实的技术基础，即已经实施了有前提条件含义的所谓"最佳管理实践"（Best Management Practices, BMPS）。BMPS的主要内涵，一是基于地理信息系统（GIS）的网格化测土指导施肥；土壤测定的包括N、P、K等养分的水平，有机质含量，以及土壤pH值。二是作物田间检测技术（Crop scouting），内容包括病虫草害的为害度及分布、种群数量及空间变异等。而事实上，当前美国主要农区采用测土的仅占三分之一，测土后进而接受推荐施肥的，则只占五分之一；至于由专业人员进行作物田间检测的就更少。关键在于，要使农场主首先通过采用BMPS的这两项措施，体会到其优点，看到能够增加的利益，从而他们才会很自然地接受精确农作这项更复杂、更新的技术。 　　此外，调查研究的结果还表明，实施精确农作要求农场有相应的规模。因为目前这项技术的卫星定位系统能够识别的控制网格面积，最小的也得3亩，一般是6至20亩。而且相应的施肥、喷施等机械亦较大型。因此目前的最低要求是农场面积须大于6000亩，年销售收入不低于6万美元。 　　由此可见，要想把精确农作技术移植到我国，除了不能一哄而起，盲目引进，及必须进行二次创新等之外，很重要的一点是要为这项技术在我国最终进入应用作基础性的准备。测土施肥就是一项非常关键而目前在我国尚十分薄弱的环节。 二、我国在测土（作物）决定平衡施肥方面的新进展 　　国内早在70年代就对植株营养诊断有过大量研究，但受诊断方法和技术的限制，一直难以大面积实际应用于指导化肥施用。 　　近年来，科研人员亦尝试引进国外的推荐施肥技术。但十多年来的经验教训表明，任何一种推荐施肥技术要能真正可行，最重要的一点是适合中国国情。亦即必须简便易行，易于在田间快速、准确地操作，且成本低廉。当前这方面的技术过于复杂。要求在实验室进行耗时过长的常规分析，是限制其推广的主要原因。 　　中国农业大学植物营养系在引进国外技术的基础上，进行消化和二次开发，成功地实现了用反射仪进行作物硝酸盐快速诊断、连续目视比色法进行精度可达1mg/kg的土壤硝态氮速测。在此基础上，组合了以养分平衡为基础的基肥推荐，和以（苗期）土壤或植株营养快速测试为手段的追肥推荐技术。已在北京郊区大面积示范推广。结果是推荐施肥量比习惯施肥量平均减少施氮量37.5~45公斤/公顷，而产量还略高或持平。 　　中国农业科学院土壤肥料研究所近年来成功地开发出适合我国土壤条件和种植制度的土壤养分综合系统评价法，及在此基础上的平衡施肥技术。主要的技术突破是用ASI联合浸提剂快速测定土壤中各大、中、微量营养元素。每人一天可完成60个土样的11种营养元素的测定，比常规方法快10倍。这项技术目前已累计推广3000余万亩。 　　附带指出，国际农业界对中国农业未来增产技术潜力的评估研究表明，平衡施肥列在第一位，属应最优先发展的技术（世界银行，1997）。 三、应用信息技术进行科学、节水灌溉的案例 　　以美国加州的精确（按需）灌水为例，该州的水资源管理局（California's Department of Water Resources）近年开发了CIMIS灌溉信息网络，系由在州内100个关键农业地区设立的电脑化全自动、自记、小时间隔的气象观测站群构成。观测内容包括太阳辐射、风速和风向、相对湿度、降水量、空气及土壤温度等。所有数据均自动集中到设在州首府萨克拉门托（Sacramento）的总站。总站作出关于灌溉总体趋势和分区调节的指示；每个观测站还通过电脑计算特定地区、特定作物水分蒸散参数（ET值，Evapo-transpiration rate）--一个极其重要的植物生理指标--的参考值（Reference value），提供给所在小区域内的农场主。后者根据这两方面的信息，即可方便地计算出本场某作物的ET值，从而进一步精确地确定适宜的灌水时间及水量。 四、计算机信息/专家系统 　　国际上自70年代以来，先后有荷兰瓦赫宁根农业大学开发的作物生长模型，及美国农业部所属研究中心与大学合作开发的CERES作物模型。它们同计算机技术在80年代的结合，产生了能够指导进行关键性农作措施，如灌溉、喷洒（棉花）脱叶剂等的计算机专家系统。并于80年代后期进入实用阶段。另一方面，美国的一些农业院校鉴于推广人手的不足，且人员成本越来越高的现状，于10余年前开始探索用计算机信息系统代替大学推广人员的途径。较为成功的一个典范，是宾夕法尼亚州立大学农学院牵头、耗资35万美元，费时5年，组织了园艺、农学、农业工程等多个专业的人员联合开发成功的可持续的果树管理信息系统。1992年即开始以出售软盘方式进入商业化推广。农场主得到软盘后，只要输入农场所在地的气候、土壤及果树品种等条件的数据，就可获得有关所有农作措施的指导性意见，及有关的详尽资料。 　　我国科技人员在接触到和引进国外有关技术后，也较早地开始了计算机专家系统的独立开发。这里仅简要介绍江苏省农业科学院、原北京农业大学和河南省农科院等单位经过20年努力，联合开发成功的我国四大作物--水稻、小麦、玉米和棉花的计算机专家系统CCSODS，即作物栽培模拟优化决策系统。 　　这个专家系统是将作物生长发育模拟，与作物高产栽培优化结合起来，兼具机理性和专家经验性两个方面的特点。可快速、动态地模拟在不同气候、土壤和栽培条件下，作物生长发育和产量形成的全过程。由于采用"人机对话"方式，易于操作。最适宜于帮助推广对夺取作物高产、低成本很有效的"模式化栽培"技术，以及帮助进行优良品种引种决策和引入后"良种良法"的制定。主要的方式是县、乡级农技人员在接受短期培训后，用所购买的专家系统软件及数据库，输入所在地计划进行的作物生产的品种，自然条件、预期单产目标等参数，可在2~3小时内编制出适于使用、一目了然的特定作物栽培（含良种良法）模式图，包括有最佳播期、最适密度、优化的施肥、灌溉、植保等措施的时间、数量等。从而使综合了多项科研成果的模式化栽培技术能被农民广泛应用。而如果没有这样的手段，就需要科研人员会同当地农技人员，逐县甚至逐乡地开发各自的优化栽培模式图。除耗费巨大外，在时间上也几乎是不可能的。　 　　CCSODS计算机作物栽培模拟优化决策系统自20世纪90年代初出现雏型以来，在实际推广试用中不断完善。同时，已举办全国性的培训班近20次。受训人员覆盖了全国20多个省（市区），已经在生产实践中开始大面积推广。