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发展精准农业 实现高产高效——中国农业大学资源与环境学院副教授苗宇新

2013-06-24

苗宇新,中国农业大学资源与环境学院副教授。1996年河北农业大学硕士毕业;199912月美国西得克萨斯农工大学硕士毕业;20051月美国明尼苏达大学博士毕业;20052月至200612月在美国明尼苏达大学精准农业中心做博士后工作;2007年被中国农业大学作为优秀人才引进回国工作。他与国内外同行、企业和生产单位紧密合作,组建了多学科国际化精准农业研究团队,该团队与黑龙江农垦紧密合作,联合开展研究、示范与推广,促进了精准农业的研究与发展。

发展精准农业 管理好每一亩耕地

精准农业是在现代信息技术的基础上发展起来的农业生产时空优化管理方法与技术,被列为近五十年来农业科技的十大革命之一,很多技术已经在西方国家普遍应用,对提高资源利用效率,保护环境发挥了重要作用。虽然精准农业只有二十多年的发展历史,很多理论和技术还有待进一步发展,但实践已经证明精准农业是未来农业的发展方向,是应对粮食安全及可持续发展双重挑战的重要技术途径,需要大力发展。

“中国人口多,耕地少,资源有限,环境污染严重,农业发展面临着严峻的挑战。为了实现粮食安全及可持续发展,更应该发展精准农业,管理好每一亩耕地。”在苗宇新看来,中国大部分地区都是小农户分散经营,机械化程度比较低,因此,中国发展精准农业不能照搬西方国家的技术,而是要根据中国情况,重点引进精准农业的思想、理念。

“比如说,在小农户分散经营条件下,进行精准养分管理可以以农户田块为管理单位,而不必考虑田块内的变异。可以以区域优化施肥量为基础,根据不同农户的实际情况,进行适当调整,制定每个农户具体的施肥方案,而农户可以手工按照施肥方案施肥,这也是精准养分管理,不一定非要用先进的变量施肥机械。这里关键是如何根据不同农户田块的土壤肥力和作物长势进行适当调整。”苗宇新认为,传统的取样及化验分析耗时、耗力,成本也比较高,不太现实,而遥感技术可以用来对作物生长进行快速、无损诊断,在精准氮素管理中具有很好的应用前景。

2007年开始,苗宇新组建了精准农业研究团队分别从华北平原分散经营农户和黑龙江农垦规模经营农场两方面入手,重点研究如何应用遥感技术进行作物生长诊断,并根据诊断结果进行调控,以实现作物氮素精准管理。特别是在黑龙江农垦,他们组建了多学科团队,与建三江管理局紧密合作,进行高产高效水稻精准管理研究,并于2011年正式建立了中国农业大学建三江实验站,针对建三江水稻生产中存在的问题,开展有针对性的精准农业研究,同时在农户田块进行示范,进行相关技术的推广和应用。

20116月精准农业研究团队在黑龙江农垦建三江管理局精准农业研究基地合影

20111月,苗宇新在建三江主持开展了国家自然科学基金项目“基于遥感技术的寒地水稻氮素动态精准管理”。项目组从美国引进了主动作物冠层传感器GreenSeeker, 用来进行水稻冠层扫描,对水稻生长进行诊断,并根据诊断结果进行调控。在此基础上,建立了寒地水稻氮素精准管理技术,以区域优化施氮量为基础确定基肥和分蘖肥数量,穗肥根据GreenSeeker传感器诊断结果进行定量化调控。该技术经过农户田块验证,可以比农户传统管理提高氮肥利用效率48%。研究结果已经发表在国际期刊Agronomy for Sustainable Development(可持续发展农学)上。

在集成创新的同时寻求单项突破

中国农业大学苗宇新精准农业研究团队在建三江开展的寒地水稻精准管理研究,一方面针对当地的水稻生产情况,集成了测土施肥、调密保穗、干湿交替灌溉和基于叶绿素仪的氮素精准管理技术,建立了高产高效精准水稻管理技术,显著提高了产量和氮素利用效率。另一方面,他们针对应用叶绿素仪的氮素精准管理费时、费力,无法满足垦区大面积水稻生产需要的问题,开展基于冠层传感器的氮素精准管理技术,并将之整合到精准水稻管理系统中进行验证和示范,取得很好效果。

同时,针对作物传感器仍然难以满足垦区大面积水稻精准管理需要的情况,苗宇新带领团队引入卫星遥感技术,建立基于卫星遥感的水稻生长诊断与调控方法,然后集成到精准水稻管理系统中,进行田间验证与示范。2011年, 项目组为七星农场三万多亩示范区水稻进行了生长诊断,并根据诊断结果为农户开出管理处方,指导农户进行变量精准管理。经过两年的田间验证,精准水稻管理可以比农户传统管理提高产量10%以上,提高氮素利用效率50%以上。将卫星遥感技术与寒地水稻高产栽培管理相结合,提高产量13%,提高氮素利用效率30%。未来他们还准备针对卫星遥感受天气影响大、获取周期长等问题开展基于无人驾驶飞机的遥感诊断与调控研究,进一步发展更适合大面积作物精准管理的新技术

在寻求精准氮素管理单项技术突破的基础上,针对培育壮苗中存在的问题,苗宇新精准农业研究团队与工学院宋建农教授合作,研究与示范钵育苗机械播种和插秧技术,寻求培育壮苗技术的单项突破。2012年的试验结果表明,此项技术可以增产10%20%。目前团队已将该项技术集成到精准水稻管理系统中,准备在2013年进一步改进、验证与示范。

没有国际合作,就没有我们的今天

苗宇新在美国学习工作九年,此后还作为中方项目协调人与主要执行人之一,参与了中德合作项目“耕地保育与农田氮肥管理技术”,多年的国外学习研究经历让他的视野更广阔,同时也更加重视国际合作及学术交流。

2007年开始,苗宇新与德国科隆大学的Georg Bareth教授建立了紧密的合作,联合在建三江开展水稻遥感和精准农业的研究。那时候苗宇新刚刚回国组建精准农业研究团队,仪器设备短缺,研究人员不足,科隆大学Georg Bareth 教授派遣他的研究生带着仪器来到建三江,这使得新成立的研究团队可以顺利开展相关研究。后来,双方的合作越来越紧密,于2010年联合创建了国际农业信息学与可持续发展研究中心(International Center for Agro-Informatics and Sustainable Development, ICASD),以促进信息技术在农业可持续发展中的应用,吸引国际优秀科学家针对中国现代农业发展中存在的问题开展合作研究,并促进国际化优秀现代农业人才的培养。

苗宇新副教授在第十一届国际精准农业大会上获得国际精准农业学会颁发的皮尔•西•罗伯特精准农业青年科学家奖。颁奖者为国际精准农业学会主席Raj Khosla教授(左)及侯任主席John Stafford 教授(右)。

目前,苗宇新精准农业研究团队以国际中心为平台,吸引了德国、美国、挪威、加拿大、澳大利亚等不同国家的科学家参与到合作中。中心定期组织国际学术研讨会,合作开展科学研究,联合培博士生,共同发表学术论文,取得非常好的效果。先后与德国及美国的合作者联合申请了国际合作项目,有力地促进了遥感技术的应用和精准农业在我国的发展。苗宇新团队积极参加国际精准农业相关会议,及时把国内的进展介绍给国际同行,同时也把国际上新的思想、理念及技术介绍到国内的研究中。他担任了国际精准农业学会中国代表,还担任了国际期刊Agronomy for Sustainable Development的编委。

“我认为国际合作对我们的发展是至关重要的,没有国际合作,也就没有我们的今天。”苗宇新的这句话是对近几年工作的总结,也是对未来中国精准农业发展做的注脚。

 

后记

2012717,在第十一届国际精准农业大会上,苗宇新获得了皮尔•西•罗伯特精准农业青年科学家奖,成为首位获此殊荣的中国科学家。这次获奖让苗宇新十分兴奋,因为被称为精准农业之父的皮尔•西•罗伯特教授,曾经是苗宇新在美国明尼苏达大学读博士时的导师,他对在中国及发展中国家发展精准农业非常有兴趣,曾多次来中国开展合作交流。可惜的是,200312月罗伯特教授在一次车祸中不幸遇难。

为了纪念罗伯特教授为国际精准农业发展所做出的重要贡献,以及表彰在精准农业领域取得重要进展的优秀科学家,国际精准农业学会在2008年开始设立了皮尔•西•罗伯特精准农业奖,每两年评选一次,每次包括一名资深科学家奖(42岁以上)及一名青年科学家奖(42岁以下)。罗伯特教授去世9年后,作为他的博士生,苗宇新获得了这个奖励,对他来讲这不仅是一个很大的荣誉,同时也是对罗伯特教授的一个很好回报。苗宇新与罗伯特教授在一起学习、工作了4年的时间,无论工作中还是生活中两人都相处得非常愉快,这次获奖让苗宇新再次想起罗伯特教授的教诲,同时也激励他与国内外的科学家共同努力,在高产高效精准作物管理系统的集成与建立方面做更深入的研究,继续推动精准农业在中国的发展,为保障粮食安全和可持续发展做出贡献。