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数字农业为作物保护提供新方案

2018-05-16 10:51 | 作者: 胡璇子 | 标签: 数字农业

立夏时节,农作物进入旺盛生长、努力成熟的阶段,农民也进入了作物管理的忙碌期,须密切关注农作物的健康,并采取措施防治病虫害以保护作物。

人类农业发展进程,无疑也是一部作物保护技术的发展史,作物保护对提高农业产量和品质功不可没。作物保护由来已久,在近几十年,作物保护技术变得更加丰富、精准和高效。随着科技不断进步,如今,数字农业为种植者提供更为系统、综合和定制化的作物保护方案。

作物保护由来已久

如同人类会生病一样,植物在其生长中,也会受到病虫害侵扰。所谓作物保护,就是一套旨在使农作物免受病害、害虫和杂草侵袭的工具和农事操作实践的集合。

作物保护历史可谓源远流长。几千年前,两河流域的苏美尔人就已利用硫来控制害虫;公元前600年左右,希腊和罗马人使用油、灰烬和其他物质驱除害虫;到了17、18世纪,尼古丁、草药、铜等也被用于作物保护。

作物轮作、土地翻耕、覆盖作物等是人类在农业漫长的发展中,通过对病虫害发生规律、作物生长环境的观察、学习和研究所凝练出的智慧,用以帮助减少土壤板结,提高土壤肥力,改善土壤的保水能力,防治害虫和杂草。

一直以来,农民不仅在传承作物保护的方法,也在积极寻求如何让作物保护更精准高效。然而,直到上世纪前半叶,作物保护方法大都以大量的人力和时间投入为前提,效率相对低下。

精准高效的作物保护

随着新技术的研发和应用,近几十年来,作物保护的思路、技术和方法有了新突破。

比如,化学品就是一种非常有价值的作物保护工具,在防控病害、促进增产上具有十分重要的作用。

再比如,生物技术也是作物保护的有效工具之一。一个典型案例就是Bt(苏云金芽孢胞杆菌)的应用,它产生一种高度特异性蛋白,可杀死靶标鳞翅目害虫。一方面,在已鉴定的数千种Bt菌株中,已知至少有200种具有杀虫特性,因而,Bt菌剂常以液态喷洒的微生物杀虫剂(MCPA)形式被有机农业广泛使用;另一方面,科学家将Bt蛋白基因转入作物中,使Bt蛋白在作物体内持续表达,这样,作物自身就能抵抗靶标害虫的侵害,提高了作物保护的效率和精确度。自1995年以来,表达Bt蛋白的生物技术种子因突出的防御虫害表现在世界多地迅速被采用。

同时,育种家也开发出了耐草甘膦和麦草畏等耐除草剂的作物品种,并已商业化种植,帮助种植者更好地管理农田杂草,更高效、便捷地保护作物。

此外,微生物技术也是一种新的作物保护方法。据估算,一汤匙土壤中,约含有500亿个微生物,这些微生物对植物的生长发挥着极为重要的作用。微生物技术“源于自然,用于农田”,利用自然界存在的微生物来提高作物产量、保护作物。

孟山都公司和诺维信公司组成的生物农业联盟(The BioAg Alliance)走在了这项技术的研发前列。该联盟成立于2013年,致力于农业微生物产品研发,继2017年发布微生物拌种剂Acceleron B-300 SAT后,今年年初,又公布了其玉米生物增产II(Corn BioYield 2)项目最新研发进展。该项目已进展到第四阶段(预商业化阶段),未来商品名将为Acceleron B-360 ST。该产品有助于促进微生物与作物间的共生关系,强化根系,提升营养吸收能力,预计将于2019年上市。

作物保护走向数字化

据估计,2050年全球人口数量将接近百亿,这意味着农业需养活更多的人口。然而,目前在发展中国家,约40%~50%的作物产量损失来源于病虫害或收获后的损失。由此可见,作物保护面临的形势依旧严峻,作物保护的工具需不断完善和优化。

继化学品、生物和微生物技术后,数字农业工具让作物保护的进一步优化成为可能。无人机、传感器、卫星等先进设备,及移动计算、数据分析等技术的使用,让作物保护的精准度和高效率更进一步,并减少了对环境的影响。

比如,种植者可将摄像头和成像设备安装在无人机上,用于发现可能发生损害的农作物;利用“可视化喷施”技术,通过获取的图片计算生长于作物间的杂草的确切位置,从而精确地瞄准杂草进行喷施;同样,通过安装在农作物周围的地面传感器,可获取土壤湿度、温度和气压等多种气候指标,并协助评估作物受胁迫指数。

如今,大数据农业不再只是实验室里的成果,而是农民触手可及的技术。今年年初,孟山都公司旗下的气候公司公布了17个研发项目进展,并强调研究范围将拓展到全球更多区域。此前,针对美国、加拿大、巴西和欧洲部分地区的大农户和商业用户,气候公司已推出了Climate FieldViewTM 数字农业平台。该平台拥有数据采集、可视化及分析的功能,能将收集到的田间数据传送到云端,并直观展现给农民;并可基于数据分析提供实时的肥力管理、播种处方、病害诊断、产量分析等数据服务。

对小农户来说,他们亦从数据科学中受益。比如, 2016年,秋粘虫在加纳暴发,通过移动应用程序收集的数据,科学家第一次在非洲准确鉴定出两种黏虫。换言之,如缺失关键的数据信息,加纳的农民可能会将秋黏虫与其他害虫混淆,从而采取错误的作物保护手段。

此外,据了解,针对亚非地区小农户,孟山都专门开发FarmRiseTM小农户数字平台。在印度,已有约400万农民注册使用该平台的试运营服务。打个电话、发个短信,印度种植玉米、棉花和蔬菜的小农户就能免费与当地受过培训的专家沟通。如问题未解决,咨询师将在24小时内上门拜访。此外,农民还会收到附近市场的最新价格信息短信、天气变化的定期提醒。

技术手段的丰富,让作物保护有了更多选择,“因地制宜”“因时制宜”的综合解决方案已实现。对于种植者而言,通过组合不同技术和方法,便可高效、精准、便捷地取得最优效果。

来源:《中国科学报》 (2018-05-16 第6版 科研)

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