精准农业：利用变量施用技术 (VRA) 实现产量最大化与环境影响最小化

精准农业正在彻底改变我们养活世界的方式。精准农业的核心是利用先进技术对作物进行精细化管理，根据特定的田间条件量身定制农事操作。这种方法能够提高效率、减少对环境的影响，并为全球农民增加盈利能力。变量施用技术 (VRA) 是精准农业中最具影响力的组成部分之一。

什么是变量施用技术 (VRA)？

变量施用技术 (VRA) 是一种允许农民在田地的不同区域以不同速率施用投入品（如肥料、农药、除草剂和水）的技术。VRA 并非在整个田块上均匀施用，而是根据田内不同区域的特定需求进行调整。这种靶向方法由各种技术收集的数据驱动，从而可以制定定制化的处理方案，以应对土壤、地形和作物健康状况的差异。

驱动 VRA 的技术

几项关键技术在实现 VRA 中发挥着重要作用：

• GPS (全球定位系统)：提供精确的位置数据，用于绘制地图和精准施用投入品。
• GIS (地理信息系统)：用于分析空间数据、创建地图并识别田间差异。
• 产量图绘制：收集作物产量数据，揭示高产区和低产区。这些信息有助于识别问题区域并定制投入品施用方案。
• 土壤传感器：测量土壤湿度、养分含量和 pH 值等属性，为肥料和水资源管理提供关键数据。
• 遥感技术：无人机和卫星等技术配备多光谱传感器，可以捕捉作物图像并评估其健康状况，识别出胁迫或病害区域。
• 变量施用控制器：这些设备是 VRA 系统的核心，它们接收来自 GPS 和传感器的数据，并根据预设的处方图自动调整投入品的施用速率。

变量施用技术的好处

VRA 为农民和环境提供了诸多好处：

提高作物产量

通过在正确的位置提供适量的投入品，VRA 能够优化生长条件，有助于实现作物产量的最大化。例如，在加拿大草原三省等土壤差异性较大的地区，VRA 已证明能持续提高小麦和油菜的产量。

降低投入成本

精准施用投入品可以最大限度地减少浪费，降低总体投入成本。例如，美国玉米带的农民通过 VRA 在保持或提高产量的同时，显著节省了肥料开支。

改善环境可持续性

VRA 最大限度地降低了过量施用化肥和农药的风险，这些过量施用可能导致地表径流和地下水污染。通过精准靶向施用投入品，VRA 有助于保护水资源，促进更健康的生态系统。这在拥有敏感流域的地区尤其重要，例如许多欧洲国家。

提升作物品质

优化养分供应和病虫害防治有助于生产更高品质的作物。这对于特种作物尤其重要，因为市场需求通常优先考虑品质属性，例如法国或加州的葡萄园。

优化决策

通过 VRA 收集的数据为农民提供了关于其田地的宝贵见解，使他们能够就作物管理实践做出更明智的决策。这种数据驱动的方法有助于农民适应不断变化的条件，并改善其整体农业运营。这对发展中国家的农民（如撒哈拉以南非洲部分地区的农民）也有好处，使他们能更好地利用有限的资源。

实施 VRA：分步指南

实施 VRA 需要系统化的方法：

1. 田间评估：对田地进行全面评估，包括土壤取样、产量图绘制以及病虫害侦察。
2. 数据收集：使用 GPS、GIS、土壤传感器和遥感技术收集数据。
3. 数据分析：分析收集到的数据，以识别田地内的差异区域。
4. 处方图创建：根据数据分析结果，为每种投入品制定规定施用率的处方图。
5. 设备设置：为施用设备（如施肥机、喷药机）配备变量施用控制器。
6. 设备校准：校准设备，以确保根据处方图精确施用投入品。
7. 施用操作：使用变量施用设备按处方速率施用投入品。
8. 监测与评估：监测作物表现并评估 VRA 方案的有效性。根据结果进行必要的调整。

VRA 在全球的实践案例

VRA 正在被世界各地的农民所采用。以下是一些例子：

• 美国：VRA 在玉米带广泛用于玉米和大豆的生产。农民使用 VRA 进行肥料和农药的施用，带来了显著的成本节约和环境效益。
• 加拿大：VRA 在草原省份普遍用于小麦和油菜的生产。农民利用 VRA 根据土壤养分水平和产量潜力优化肥料施用，从而增加了产量和利润。
• 澳大利亚：VRA 被用于大田种植系统，特别是在小麦和其他谷物作物中管理氮肥。在土壤类型差异大的地区，采用 VRA 已经实现了产量增加和环境影响减少。
• 巴西：VRA 在甘蔗和大豆生产中越来越受欢迎。农民使用 VRA 管理这些作物的肥料和除草剂，以适应不同的土壤条件并优化生产。
• 欧洲：VRA 在整个欧洲大陆得到应用。例如，在法国，葡萄园使用 VRA 进行水和肥料的施用，以优化葡萄品质。在德国，VRA 被用于包括小麦和甜菜在内的一系列作物，以提高氮利用效率并减少硝酸盐径流。
• 印度：精准农业和 VRA 是日益受到关注的领域，特别是在水稻和小麦生产中。这些进步正在帮助农民利用稀缺的水资源，并提高整体农业的可持续性。

挑战与考量

尽管 VRA 带来了许多好处，但也存在一些需要考虑的挑战：

• 初始投资：设备、软件和培训的初始投资可能相当可观。
• 数据管理：处理和分析大型数据集可能很复杂。
• 技术专长：实施和维护 VRA 系统需要专业技术知识。
• 兼容性问题：确保不同技术之间的兼容性可能是一个挑战。
• 数据隐私：农民必须考虑他们收集的数据的安全性和隐私问题。
• 当地气候条件：VRA 处方通常需要根据年度和季节性变化进行调整。

VRA 的未来

VRA 的未来是光明的。技术的进步正在不断提高 VRA 系统的准确性、效率和可负担性：

• 人工智能 (AI) 和机器学习：人工智能和机器学习正被用于分析数据、预测作物产量和优化施用率。
• 自动化和机器人技术：自动驾驶车辆和机器人正在被开发用于执行 VRA 任务，以降低劳动力成本并提高效率。
• 数据集成：系统正变得日益集成，实现了跨不同平台的无缝数据共享和分析。
• 可及性增强：随着技术变得更加经济实惠和用户友好，各种规模的农民都将更容易获得 VRA。
• 传感器技术改进：传感器技术在不断改进，能够实现更精确的测量和数据收集。

结论

变量施用技术是优化作物生产、减少环境影响和提高盈利能力的强大工具。通过采用 VRA 和其他精准农业技术，农民可以为未来创建更可持续、更高效的农业系统。VRA 的全球采用凸显了向数据驱动型农业实践的关键转变，为在全球范围内实现粮食安全和环境管理提供了一条途径。随着技术的不断发展，VRA 将在塑造农业未来方面发挥越来越重要的作用，确保我们能够在保护地球的同时养活不断增长的人口。

可行性见解：

• 评估您的田地：首先分析您的田地，以识别存在差异的区域。
• 研究相关技术：探索可用的技术，并选择最适合您需求的系统。
• 从小处着手：考虑从一个小规模的 VRA 项目开始，并随着经验的积累逐步扩大。
• 寻求专家建议：咨询农艺师和精准农业专家以获得指导。
• 拥抱持续学习：随时了解 VRA 和精准农业领域的最新进展。