光明日報記者 李菲

　　“江蘇徐州總產連續五年超100億斤！”“安徽阜陽糧食總產量537.2萬噸！”近期，全國多地糧食生產迎來“二十連豐”。

　　過去，“看天、看地、看莊稼”，耕種管收全憑農作經驗，新手種田超不過“老把式”；如今，農業穩增穩產靠的是“藏糧于技”，智慧農業讓科學種田從夢想照進現實。

　　糧食安全乃“國之大者”，倉廩殷實是國家之福、百姓之盼。隨著作物生產方案精確設計技術、生長指標精確診斷技術、產量品質動態預測技術、農田管理變量作業技術等核心技術的成功研發，農田精確作業智能裝備的示范應用，農田高產優產喜訊不斷。智慧農業賦能國家糧食安全，正在農田沃野上繪就一幅雄渾壯美的豐收圖景。

　　農田監測，大田環境也有“明眸慧眼”

　　風光旖旎的東廬山腳下，坐落著江蘇南京國家農業高新技術產業示范區。

　　“我們利用遙感和GIS技術給每塊田編號，通過錄入氣象資料、土壤特性、品種特征、種植管理、歷史產量等信息，田地就有了‘身份證’，實現‘一地一碼’管理”。南京農業大學國家信息農業工程技術中心高級實驗師邱小雷說。

　　走進技術展廳，大屏幕上不僅實時展示著200公里外江蘇興化現代農業產業園的空氣溫濕度、風速、降水量、氣壓、土壤溫濕度及土壤肥力等信息，還提供實時感知獲得的作物長勢信息。

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

　　智慧農業，收集農田屬性數據、構建基礎數據庫是首要任務。南京農業大學智慧農業研究院院長曹衛星教授說，“智慧農作技術體系要實現‘五個一’目標，即基礎數據一個庫、農田監測一張網、農作處方一套圖、農田作業一條鏈、智慧服務一片云。”

　　在位于江蘇南京國家農業高新技術產業示范區內的南京農業大學白馬教學科研基地，開闊平整的田壟邊緣矗立著一排整齊的“長臂”。每只“長臂”經由兩次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！數據離不開它的智慧監測。”南京神農智慧農業研究院院長湯亮教授說，作物—大氣—土壤信息無線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得好不好！”湯亮說，以傳感器為內核做成的作物長勢監測儀可以固定在田間，也可以搭載到無人機、無人車上，連上農田物聯網，數據就傳到了智慧農作平臺。

　　“除了小田地，農業科技園、大型農場以及全省主要農作物的長勢情況，都需要智能化、高精度的農情感知技術。因此，近20年來我們重點圍繞農情遙感監測關鍵技術進行攻關。”南京農業大學國家信息農業工程技術中心教授姚霞介紹。

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

　　“智慧農業要想走入尋常農戶還必須大大降低成本。目前傳感器、巡田機器人和無人機在人力、物力上均價格不菲。而衛星遙感則經濟實惠得多，最新的亞米級國產商業衛星數據只需平均每畝1角錢的成本。通過‘天空之眼’，可以輕松低廉地回溯每塊田的歷史，通過所建立的智能分析模型，精確診斷當前作物的長勢，定量預測未來的產量和品質等。”南京農業大學國家信息農業工程技術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、品種等影響，時空變異性很大。限制當地作物高產穩產的主要因素是什么？適合當地高產穩產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’，能回答好上述問題。”南京農業大學國家信息農業工程技術中心教授劉蕾蕾說。

　　“過去，農民根據經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程、長勢和產量品質情況，幫助農民篩選適宜種植的品種，推薦適宜的播栽期，因時因地制宜地為作物制定‘營養膳食菜單’等。”劉蕾蕾介紹道。

　　糧食生產規模擴大，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，就可以實現從點到面、從小田塊到大區域的模擬決策。”劉蕾蕾說。

　　近年來，全球氣候變化給農業生產帶來挑戰。“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，作物自身的溫度響應機制被抑制，生長發育受到影響，最終將影響產量和品質。”劉蕾蕾說，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一步提升，南京農業大學國家信息農業工程技術中心近年來取得了豐碩成果。劉蕾蕾說，“作物生長模型結合未來氣象數據，可預測未來30年甚至50年的糧食生產情況。”基于模型提前預知作物對未來氣候的響應，就可以通過調整播栽方案、優化水肥運籌、培育新品種等方法，緩解未來氣候變化對糧食生產帶來的負面影響。

　　隨著科技發展，人們生活方式的轉變，智慧種田也更加便利。“傳統種田靠經驗、看天吃飯，現在智慧種田，只需打開手機小程序，在地圖上點一點自家的田塊，就知道適合種什么作物。”江蘇省信息農業重點實驗室副主任劉小軍教授展示了團隊開發的移動端小程序“農田眼”。

　　“這相當于把一個移動的智能化栽培專家送到了種植戶身邊！”劉小軍說，用戶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。

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

　　據了解，近年來，他們研發的“小麥綠色智慧施肥技術”“水稻無人機智慧施肥技術”分別入選農業農村部農業主推技術，“水稻全程綠色智慧施肥技術”入選2023年農業重大引領性技術。

　　　精確作業，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“慧”種田？

　　“小麥、水稻是老百姓的口糧，通過智慧農業來播種、移栽、施肥、灌水、噴藥、收獲，單位面積的糧食產量更高、質量更好。”湯亮告訴記者，“智慧大腦”在作物生長的每個重要時間節點都施展著“聰明才智”，“智慧之手”在耕、種、管、收全流程實現農田管理精確化作業，保障著作物產量、實現了顆粒歸倉。

　　面向農業生產中播栽、施肥、灌溉、噴藥、收獲的各個環節，南京農業大學智慧農業團隊與農機企業合作，研制了一批智能化、精確化的農田作業裝備，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功能，現在智慧農業需要實現基于空間差異的自動變量。”湯亮表示，農田作業裝備的智能化需要對現有農機裝備進行升級改造，在傳統農機裝備的基礎上增加數字化、智能化的功能。

　　走進智慧農場的車庫，精確播種機、精確施肥機、智能除草機，智能無人機、智能收割機等一應俱全。記者發現，這些有了“智慧”加持的農機設備造型獨特——有的是方向盤下一根粗線連上車載小屏幕，有的車上多了雙翼，末段還有“小眼睛”。

　　“過去的農機大多采用定制化底盤，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的基礎上設計可自動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，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。

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

　　車庫的大液晶屏上顯示著拖拉機、插秧機、收割機的數量，它們執行作業的航向、速度、時長、面積等信息也一目了然。

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

　　“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，三大技術板塊銜接構成一條完整的技術鏈條，為智慧農業提供了全流程管理以及相應的解決方案。”曹衛星介紹道。

　　“智慧農業的技術創新與工程實踐，為現代作物生產提供了關鍵技術支持和全方位數字化服務，開辟了我國作物精確栽培新領域，促進了農業生產管理的定量化和智能化發展，提升了農作系統的綜合生產力和核心競爭力。”南京農業大學副校長朱艷說。

　　這里只是中國農業的一個縮影，智慧農業正在廣袤的土地上大顯身手。“智慧農業是加快實現我國農業科技自立自強的重要支撐。”曹衛星說，“要以國家戰略需求為導向，面向農業農村的實際應用場景，創新關鍵技術，創制核心裝備，創建應用模式，推動農業科教產融合，助推傳統農業向智慧化、綠色化、規模化轉型升級，真正實現‘頂天立地’！”

　　《光明日報》（2024年02月08日 16版）