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数字现代农业为作物保护提供新方案

来源：中国科学报　　2018-05-16 14:04:07

　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。

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