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數字現代農業為作物保護提供新方案

來源：中國科學報　　2018-05-16 14:04:07

　立夏時節，農作物進入旺盛生長、努力成熟的階段，農民也進入了作物管理的忙碌期，須密切關注農作物的健康，并采取措施防治病蟲害以保護作物。

　　人類農業發展進程，無疑也是一部作物保護技術的發展史，作物保護對提高農業產量和品質功不可沒。作物保護由來已久，在近幾十年，作物保護技術變得更加豐富、精準和高效。隨著科技不斷進步，如今，數字農業為種植者提供更為系統、綜合和定制化的作物保護方案。

　　作物保護由來已久

　　如同人類會生病一樣，植物在其生長中，也會受到病蟲害侵擾。所謂作物保護，就是一套旨在使農作物免受病害、害蟲和雜草侵襲的工具和農事操作實踐的集合。

　　作物保護歷史可謂源遠流長。幾千年前，兩河流域的蘇美爾人就已利用硫來控制害蟲；公元前600年左右，希臘和羅馬人使用油、灰燼和其他物質驅除害蟲；到了17、18世紀，尼古丁、草藥、銅等也被用于作物保護。

　　作物輪作、土地翻耕、覆蓋作物等是人類在農業漫長的發展中，通過對病蟲害發生規律、作物生長環境的觀察、學習和研究所凝練出的智慧，用以幫助減少土壤板結，提高土壤肥力，改善土壤的保水能力，防治害蟲和雜草。

　　一直以來，農民不僅在傳承作物保護的方法，也在積極尋求如何讓作物保護更精準高效。然而，直到上世紀前半葉，作物保護方法大都以大量的人力和時間投入為前提，效率相對低下。

　　精準高效的作物保護

　　隨著新技術的研發和應用，近幾十年來，作物保護的思路、技術和方法有了新突破。

　　比如，化學品就是一種非常有價值的作物保護工具，在防控病害、促進增產上具有十分重要的作用。

　　再比如，生物技術也是作物保護的有效工具之一。一個典型案例就是Bt（蘇云金芽孢胞桿菌）的應用，它產生一種高度特異性蛋白，可殺死靶標鱗翅目害蟲。一方面，在已鑒定的數千種Bt菌株中，已知至少有200種具有殺蟲特性，因而，Bt菌劑常以液態噴灑的微生物殺蟲劑（MCPA）形式被有機農業廣泛使用；另一方面，科學家將Bt蛋白基因轉入作物中，使Bt蛋白在作物體內持續表達，這樣，作物自身就能抵抗靶標害蟲的侵害，提高了作物保護的效率和精確度。自1995年以來，表達Bt蛋白的生物技術種子因突出的防御蟲害表現在世界多地迅速被采用。

　　同時，育種家也開發出了耐草甘膦和麥草畏等耐除草劑的作物品種，并已商業化種植，幫助種植者更好地管理農田雜草，更高效、便捷地保護作物。

　　此外，微生物技術也是一種新的作物保護方法。據估算，一湯匙土壤中，約含有500億個微生物，這些微生物對植物的生長發揮著極為重要的作用。微生物技術“源于自然，用于農田”，利用自然界存在的微生物來提高作物產量、保護作物。

　　孟山都公司和諾維信公司組成的生物農業聯盟（The BioAg Alliance）走在了這項技術的研發前列。該聯盟成立于2013年，致力于農業微生物產品研發，繼2017年發布微生物拌種劑Acceleron B-300 SAT后，今年年初，又公布了其玉米生物增產II（Corn BioYield 2）項目最新研發進展。該項目已進展到第四階段（預商業化階段），未來商品名將為

Acceleron B-360 ST。該產品有助于促進微生物與作物間的共生關系，強化根系，提升營養吸收能力，預計將于2019年上市。

　　作物保護走向數字化

　　據估計，2050年全球人口數量將接近百億，這意味著農業需養活更多的人口。然而，目前在發展中國家，約40％~50％的作物產量損失來源于病蟲害或收獲后的損失。由此可見，作物保護面臨的形勢依舊嚴峻，作物保護的工具需不斷完善和優化。

　　繼化學品、生物和微生物技術后，數字農業工具讓作物保護的進一步優化成為可能。無人機、傳感器、衛星等先進設備，及移動計算、數據分析等技術的使用，讓作物保護的精準度和高效率更進一步，并減少了對環境的影響。

　　比如，種植者可將攝像頭和成像設備安裝在無人機上，用于發現可能發生損害的農作物；利用“可視化噴施”技術，通過獲取的圖片計算生長于作物間的雜草的確切位置，從而精確地瞄準雜草進行噴施；同樣，通過安裝在農作物周圍的地面傳感器，可獲取土壤濕度、溫度和氣壓等多種氣候指標，并協助評估作物受脅迫指數。

　　如今,大數據農業不再只是實驗室里的成果，而是農民觸手可及的技術。今年年初，孟山都公司旗下的氣候公司公布了17個研發項目進展，并強調研究范圍將拓展到全球更多區域。此前，針對美國、加拿大、巴西和歐洲部分地區的大農戶和商業用戶，氣候公司已推出了Climate FieldViewTM 數字農業平臺。該平臺擁有數據采集、可視化及分析的功能，能將收集到的田間數據傳送到云端，并直觀展現給農民；并可基于數據分析提供實時的肥力管理、播種處方、病害診斷、產量分析等數據服務。

　　對小農戶來說，他們亦從數據科學中受益。比如， 2016年，秋粘蟲在加納暴發，通過移動應用程序收集的數據，科學家第一次在非洲準確鑒定出兩種黏蟲。換言之，如缺失關鍵的數據信息，加納的農民可能會將秋黏蟲與其他害蟲混淆，從而采取錯誤的作物保護手段。

　　此外，據了解，針對亞非地區小農戶，孟山都專門開發FarmRiseTM小農戶數字平臺。在印度，已有約400萬農民注冊使用該平臺的試運營服務。打個電話、發個短信，印度種植玉米、棉花和蔬菜的小農戶就能免費與當地受過培訓的專家溝通。如問題未解決，咨詢師將在24小時內上門拜訪。此外，農民還會收到附近市場的最新價格信息短信、天氣變化的定期提醒。

　　技術手段的豐富，讓作物保護有了更多選擇，“因地制宜”“因時制宜”的綜合解決方案已實現。對于種植者而言，通過組合不同技術和方法，便可高效、精準、便捷地取得最優效果。

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