中国大田无人农场关键技术研究与建设实践

智慧农业是现代农业的发展方向，无人农场是实现智慧农业的重要途径。为了探索和推广无人农场在现代农业中的应用，华南农业大学对大田无人农场的关键技术进行了深入研究，包括无人农场作业环境、作业对象和作业机械装备信息的数字化感知技术；土地整治、耕整、种植、播种、田间管理和收获方案的智能化决策技术；农机自动导航和农机精准作业的精准化作业技术；农作物生长、农机运维和农场经营管理的智慧化管理技术。2020年在广东增城创建全球首个水稻无人农场，实现了五大功能，包括耕种管收生产环节全覆盖，机库田间转移作业全自动，自动避障异况停车保安全，作物生产过程实时全监控，智能决策精准作业全无人。取得了显著的经济、社会和生态效益，2021 年广东增城水稻无人农场种植的优质丝苗米十九香产量达到9934.35 kg/hm²，比当地的平均产量高32%；2023年湖南益阳千山红镇再生稻无人农场两季产量达到18625.5 kg/hm²，说明了人不下田也能种地，也能种好地。截至2023年11月，在国内15个省启动了 30 个无人农场的建设，包括水稻、小麦、玉米和花生4种作物，实践结果证明了无人农场和智慧农业发展的巨大潜力，为解决“谁来种地”和“如何种地”提供了重要途径。     

农田生态系统服务及其价值的研究进展

农田生态系统在人类控制下已逐渐演变成了提供农产品的集约化生产系统。尽管与自然生态系统相比, 农田生态系统服务功能有所下降, 但其在提供农产品的同时还在向人类提供大量的生态服务。近年来, 生态系统服务稀缺性变得越来越突出, 农田生态系统的多功能性受到了空前的重视。本文首先明确了农田生物多样性是农田提供多种生态系统服务的基础, 然后回顾了2000年以来国内外农田生态系统服务及其价值化领域取得的主要研究进展, 包括对农田产品供给、碳汇、土壤保持和养分循环、水调节等功能的评价以及对农田生态系统服务及其价值化的综合研究。与此同时, 我们也应该注意到农业生产还对人类社会和自然环境产生了各种消极影响, 认识到权衡农田生态系统在农业生产中的各项利弊的重要性。通过对比不同农业生产模式对农田生态系统服务供给的影响, 提出未来发展多功能农业将是实现农田对人类福祉最大化的重要方向。最后, 文章指出我国发展多功能农业的主要措施是: (1)确保18亿亩耕地在空间上的存在; (2)与森林、草地、湿地、水域等其他自然生态系统在空间上合理配置; (3)在农业区域充分发展以观光休闲功能为主的休闲农业, 实现农田生态系统社会文化价值; (4)逐步实施农业生态补偿。     

基于能值分析的武安市农业生态安全预警（英）

农业生态系统是人类所控制和管理的自然-人工复合生态经济系统。农业生态系统的变化预测对区域农业生态安全和控制农业系统退化起着重要的作用。基于农业生态系统的能值分析,预测区域生态安全能够为农业生态安全提供借鉴和预警,从而可以尽早提出警报,采取措施有效地抑制、减轻、控制和规范农业生态系统的恶化,最终使农业生态系统可持续发展。本文分析了河北省武安市1997年至2008年的农业生态系统内的能量输入输出,采用灰色预测系统模型,建立了河北省武安市农田的预警系统,为农田的正确使用提供借鉴。结果表明河北省武安市农业的发展仍然依赖于非再生资源的输入和高排放的环境压力,从而使武安市农田系统处于不可持续状态。它从1997年的安全降低到2008年的预警,而且在2015年,2020年仍将处于预警的农业生态安全。此外,各区域的农业生态安全存在明显的差异。基于此,本文提出了可持续的农业发展对策,为土地使用的可持续发展提供借鉴。     

农田生态系统分析与农业可持续发展

农田生态系统分析是以农民为中心,由自然科学工作者、社会科学工作者、决策管理人员、土地规划人员和农民共同参与,通过研究农民实际生存的农业自然环境、社会、文化、经济环境,结合考虑农民的意愿与抉择,提出解决农田生态系统问题的一种动态过程与方法,其基本目标是实现中小尺度上的农业可持续发展。农田生态系统分析一般包括５个阶段：问题诊断与分析、研究方案设计与规划、方案验证与评价、结果评价阶段和建议与推广应用。据此,提出适宜于不同农业生态系统的可持续发展方案,为区域乃至国家范围的可持续发展提供决策依据。该文分析了农田生态系统分析的概念、起源、目标、特征和研究过程。     

农业生态环境保护治理和生态农业建设策略浅析

长期以来,我国农业生产模式过于粗放,过度依赖农药化肥,不仅导致土壤板结、肥力下降,还对农业环境造成了严重影响,这些因素严重制约了我国农业的发展。要从根本上改变农业生产现状,必须积极治理农业生态环境,加快发展现代化、生态化农业,通过落实化肥农药减量措施、综合利用农业废弃物以及探索农业可持续发展的途径,推进生态农业建设。基于此,分析现阶段农业生态环境现状,研究农业生态环境治理措施,并探索推进生态农业建设的策略。     

兰州市城郊农业生态系统的服务功能及可持续发展对策

城郊农业生态系统是一个由社会、经济、自然等多种因素组成的复合生态经济系统,不仅提供经济产品,还以巨大的生物多样性提供多类型的生态服务功能,因此,必须合理地调整和分配土地资源,建立稳定可持续的城郊农业生态系统,实现城郊农业资源开发利用与城市生态环境建设的协调可持续发展。本文通过对兰州市城郊的农田、草地、林地和水体4种生态类型服务功能价值的分析,测算出兰州市城郊农业生态系统的年服务价值量为56.14×108元。从农业资源特征和城市生态安全要求出发,提出了适宜于兰州市城郊农业的耦合发展模式及产业化经营机制。     

绥宁县生态示范区农业生态系统能值分析

本文应用能值理论与方法,分析了2004年绥宁县生态示范区农业生态系统环境基础和经济特征.结果表明:绥宁县农业生态系统不可更新资源能值投入和化肥农药的投入能值分别占总能值投入的99.974%、99.816%,能值产出中,畜牧养殖业的能值产出占总能值产出的88.22%,该县的农业生态系统是以养殖业为主.绥宁县农业生态系统2004年总能值投入为8.339×1023 sej·a-1,总能值产出为1.989×1021 sej·a-1,能值可持续指标值为0.108,属高消费驱动型的生态系统.绥宁县农业生态系统应采取措施减少农业生态环境的压力,优化资源利用结构,增加农业生态经济系统的产出能力,提高农业生态系统生产力,以推动该县生态示范区实现可持续发展.     

重庆主产茶区化肥农药使用现状及双减对策探讨

化肥农药减施是实现茶叶产品质量安全、农业生态环境保护相协调可持续发展的重要路径。分析重庆主产茶区化肥农药使用现状,提出实现重庆茶区化肥农药减施增效的4条对策,即:开展化肥农药减施增效相关技术及装备研究,优化集成化肥农药减施增效技术模式,建立相应标准化技术体系,开展培训与示范推广等。     

考虑面源污染的河南省农业生态系统能值评价

采用生态经济学能值分析方法,基于2011—2016年社会经济统计数据,对河南省农业生态系统进行了动态评价。鉴于河南省农业化程度高、农业面源污染问题突出的特点,在常规环境负载率、净能值产出率和可持续发展指数三个农业生态系统能值评价指标的基础上,考虑农业面源污染的负产出,提出内部损耗率指标,对农业生态系统的污染状况进行定量评价。结果表明,2011—2016年河南省农业生态系统整体可持续发展状态保持良好,但系统发展对不可更新资源的依赖性较强,内部损耗率指标虽呈下降趋势,但仍超过0.40。因此,河南省应继续实行化肥农药的减施增效措施,保障农业生态系统的稳步可持续发展。     

农业景观生物多样性功能和保护对策

研究表明,农业集约化生产和农业景观均质化导致农业景观生物多样性降低,致使生物多样性相关野生资源保护、自然授粉、害虫调节、水土涵养等生态系统服务功能受损,进而影响了农业可持续发展。本文对国内外农业景观生物多样性及其生态系统服务功能研究和实践进行了综述。分别探讨了农业景观在生物多样性保护、授粉服务、调节服务、水土涵养等多方面生态服务功能中发挥的作用及其生物多样性保护的意义,总结了欧美在农业景观生物多样性保护所采取的实践措施,指出中国虽然在生物多样性保护方面做出很多努力,但却忽略了对农业景观的保护,近些年的城市化和集约化发展都进一步加剧了农业景观生物多样性的丧失,亟需借鉴欧美国家经验提出我国的农业景观生物多样性保护策略。我们认为保护和提高农业景观生物多样性的生态集约化对维护农作物产量,改善品种具有重要的作用。农业景观生物多样性保护需要从农田生态系统和农业景观两个尺度上开展农业景观综合管理,提高农田作物和景观植物多样性和异质性,恢复和提高生物多样性及其生态服务功能。最后,针对我国农业可持续发展面临的问题和需求,建议从政策和法规、监测和评估、工程技术研发、技术集成示范、生态补贴制度、培训和推广等方面,开展农业景观生物多样性保护。     

农业工程科技创新推进农业绿色发展

农业绿色发展是农业发展观的一场深刻革命。该文全面论述了农业工程科技创新对农业绿色发展的重要作用,深入分析了中国在农业资源利用、产地环境治理、生态系统保育和农产品绿色供给等方面取得的成效和存在的问题。提出了围绕农业绿色发展,农业资源监测、水土资源利用、农业投入品使用、农业机械化和农业废弃物资源利用等农业工程科技创新的前沿进展和主攻方向。从强化农业绿色发展理念、建立技术创新与推广体系、完善标准体系和加强政策支持4个方面提出了政策建议。该文可为农业绿色发展背景下农业工程科技研发提供重要的指导和参考。     

农业物联网技术应用及创新发展策略

农业是物联网技术应用的重点领域之一,也是物联网技术应用需求最迫切、难度最大、集成性特征最明显的领域。该文对农业物联网国内外技术应用现状、存在的问题以及农业领域关键应用环节进行了深入分析,在此基础上提出了农业物联网未来技术发展重点以及对策措施。农业物联网未来技术发展重点:农业物联网信息感知与识别技术,农业物联网自组织网络部署与信息传输技术,农业物联网自组织网络部署与信息传输技术,农业物联网安全监管与服务质量保障技术。农业物联网对策措施:加强农业物联网技术规范研究,加强核心关键技术产品研发,加强农业物联网技术集成平台建设,加强农业物联网产品设备检测,加强农业物联网应用布局,进一步优化和完善政策环境。该研究为中国农业物联网可持续发展提供决策参考。     

世界主要国家精准农业发展概况及对中国的发展建议

中国是一个农业生产和消费大国,同时也面临着投入产出比率相对较低、环境污染等一系列问题,尤其在国际形势变化、自然灾害频发的背景下,中国传统农业生产方式亟需转型升级。在人工智能、物联网、云平台等新兴技术的带动下,精准农业孕育而生,成为了全球农业实现绿色、高产的有效途径。该文瞄准世界精准农业发展较好的发达国家和地区,通过文献梳理和总结,凝练出政府引导、信息化建设、科技支撑、新型农民培育等发达国家和地区发展精准农业的成功经验。在此基础上,着眼于中国大田种植,分析中国发展精准农业的基础,从农田配套设施及信息化建设、农业信息获取、自动变量作业系统及装备等方面充分认识中国发展精准农业的薄弱环节。该文旨在厘清中国精准农业的发展方向,借鉴国际经验,提出中国精准农业今后的发展建议,如强化政府组织领导作用、加强基础设施和信息化建设、聚焦核心技术研发、培养新型农业人才、分区域试点示范。     

5T智慧农场管理系统构建与应用探索

为了解决农作物生产管理、信息组织、感知、传输、处理技术分散等问题，该研究在创新5T（大5T：种期、苗期、秧期、籽期和产品期；小5T：熟收、田场、干燥、收仓和仓储）精准时效农业生产管理方法和标准的基础上，提出了基于农作物生长时效通道和存续时效区块的智慧农场基元模型、管理架构和5T管理系统架构；根据智慧农场的系统架构以动态物联码为抓手，融合物联网、智能感知、大数据和智能终端等技术，开发了水稻5T智慧农场管理系统；依托吉林大米产业联盟，围绕优质水稻籽期进行了系统的初步应用，发现了收获管理不当造成的7.16%隐性损失。基于5T管理的智慧农场系统在农作物生产管理上取得了显著增效、减损和提质的效果，5T智慧农场管理系统的精细管理与精准决策方法可将智能控制与无人农机装备紧密连接，为最终真正实现智能化的自主无人农场提供参考。     

基于WebGIS的农业空间信息管理及辅助决策系统

该研究在总结和提炼区域农业信息管理和评价理论与技术研究成果的基础上，运用知识工程和系统建模方法，建立了种植制度评价、农产品生态区划、农作生产潜力分析和精确农作管理的定量化动态知识模型。并运用软构件技术，基于B/S的分布式网络结构，以WebGIS为空间信息管理平台，建立了网络化、数字化的农业空间信息管理及辅助决策系统。系统实现了基本地图操作、农业空间信息查询与分析、种植制度评价、农产品生态区划、农作生产潜力分析、精确农作管理、可视化输出以及系统维护等功能。以江苏省为案例区，对系统进行了实例应用，结果表明，系统能有效地管理区域性农业空间信息，并在基于空间信息的农业生产管理决策方面具有较好的适应性和指导性。     

陕西省生态农业绩效评价与分析

发展生态农业对于推进农村经济发展,改善生态环境,摆脱贫困问题有重要的推动作用。为了研究陕西省农业绩效的基本情况、演化特征,利用2000—2013年陕西省10地市面板数据,立足低碳视角,运用基于非期望产出的SBM-DEA模型,评价了陕西省10地市生态农业绩效的整体情况,通过全局、局部空间自相关分析和区域差异分析剖析了生态农业绩效的演变特征。结果表明:陕西省生态农业的发展过程中,投入要素各变量及非期望产出方面存在大量冗余,尤其是劳动力、化肥和农业面源污染;陕西省各地市生态农业绩效空间集聚性逐渐减弱,区域差异逐渐扩大,陕南、陕北和关中地区的差异明显,陕西省目前面临着农业经济发展和农业生态环境保护两大任务。     

中国有机农业发展:贡献与启示

改革开放40年以来,中国农业和农村经济取得了令人瞩目的成就。当前,农业和农村发展正从数量型向质量和数量型并重的模式转变,需要对农业发展模式和措施进一步优化,其中有机农业近年来得到较快发展。到2016年底,中国有机农业耕地面积（180万hm²）约占全国耕地面积的1.5%,有机产值和销售额分别达1 323亿元和450.6亿元。有机农业发展,具有显著的环境、经济和社会效益,特别是在促进物质循环利用、发挥农业生态系统内生能力、加强生产者与消费者互动、振兴乡村经济、创造宜居环境等方面能够发挥重要作用。有机农业也面临着无法充分保障氮素供应以及适度规模化困难等挑战,需要在发展中考虑和关注。政府应制定和实施相应政策,采取生态补偿等具体措施,引导有机农业合理、有序发展。此外,发展有机农业更重要的意义在于对常规农业进行生态化改造,将有机农业理念、原则和技术在常规农业中推广应用,促进中国农业的健康和可持续发展。     

西北旱区农业高质量发展体系的生态农业内涵与路径

西北旱区自然条件恶劣，水土资源不匹配，农业发展受到诸多障碍。为探索一条突破环境制约，且资源集约高效利用的现代农业发展道路，该文系统分析了国内外农业发展沿革与趋势，明晰了西北旱区农业发展面临的问题与挑战，构建了针对西北旱区的生态农业发展理论框架，提出了西北旱区多业态生态农业结构与提质增效途径。研究发现，生态农业是通过现代科学技术与生态工程原理，形成产供销全链条绿色循环且生态功能持续提升的一种农业体系。生态农业应具备农业资源集约化、生产过程生态化、农业经营产业化、农业管理智能化、农业功能多元化五大基本特征。该文构建了以高效益、高效率、高品质、高素质为目标的生态农业高质量发展体系，提出了集优质棉业、精品果业、优质粮草、生态养殖、特色小镇、地理产品为一体的西北旱区多业态生态农业结构，阐明了以节水控盐协同模式、生境智能管控模式、“园机”一体化模式、循环经济发展模式、城乡统筹发展模式、“三产”一体化模式为核心的西北旱区生态农业提质增效技术体系，明确了以农业高效用水和生态功能提升为核心的关键途径。同时实践经验显示，绿色可持续的生态农业发展理念对促进区域经济水平与生态环境建设效果显著，如陕西眉县绿色林果业品牌入选中欧地理标志产品名单、综合产值达58.5亿元，甘肃广河县和宁夏青铜峡市畜禽粪污资源化率超90%，新疆生产建设兵团七十七团通过秸秆资源化技术单产增加8%、土壤有机质达21.2%，内蒙古科尔沁旗通过优质牧草种植、良种培育的生态畜牧业实现了规模生产与草场保护的双赢。     

黄土丘陵区山地立体种养循环生产能流特征与经济效益分析

为揭示陕北黄土丘陵区典型循环农业生产模式的功能和效益,研究以宜君县山地立体种养结合循环生产模式为例,分析了该循环生产模式的能量流动和经济效益特征。结果表明:山地立体种养结合模式的有机能/无机能比达到46.2,是传统种植模式的92倍;种养结合模式和传统模式的能流密度分别为19.7,7.0 MJ/(m2·a)。种养结合模式的系统内依存度为37.4%,远高于传统模式,显示出较强的系统自我维持能力和稳定性。种养结合模式的能量产投比为1.07,略小于传统模式的1.14,但其成本利润率、年均收益率和经济产投比分别达到137.6%、4.6%和2.4,均高于传统模式的81%、2.7%和1.8;种养结合模式和传统模式的投资回收期分别为4年和7年。综上,山地立体种养结合模式能够有效地利用系统废弃物,提高能量利用效率,表现出良好的经济效益和较强的抵抗经济风险的能力,在该丘陵区具有良好的推广价值。