不再靠天吃飯：氣象科技如何改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)

圖蟲(chóng)創(chuàng)意

氣象科技的應(yīng)用對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生了深遠(yuǎn)且多方面的積極影響，尤其是像“氣象小院”這樣的創(chuàng)新實(shí)踐，用科學(xué)技術(shù)顯著提升了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率、穩(wěn)定性和可持續(xù)性，同時(shí)也在一定程度上減輕了農(nóng)民的負(fù)擔(dān)。

這里的“氣象小院”就是指設(shè)立在農(nóng)作物田間的氣象試驗(yàn)基地，針對(duì)不同作物的氣象需求而設(shè)立各種氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備，并開(kāi)展相關(guān)研究，為農(nóng)作物高質(zhì)量發(fā)展提供科技保障，并為科普示范提供開(kāi)放平臺(tái)。

在氣象小院提供的豐富氣象信息基礎(chǔ)上，智慧大棚作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的標(biāo)志性創(chuàng)新，正是為了克服這些挑戰(zhàn)而生的。智慧大棚通過(guò)集成物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大棚環(huán)境的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)與智能調(diào)控，極大地節(jié)省了人力與時(shí)間成本，顯著提升了工作效率。智慧大棚的核心優(yōu)勢(shì)在于其精細(xì)化管理能力，能夠根據(jù)農(nóng)作物的生長(zhǎng)需求實(shí)時(shí)調(diào)整溫度、濕度、光照等關(guān)鍵參數(shù)，確保作物始終處于最佳生長(zhǎng)狀態(tài)，從而有效增加產(chǎn)量，提升農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，最終帶來(lái)更高的經(jīng)濟(jì)效益。此外，智慧大棚不受冬季低溫限制，通過(guò)電加溫等先進(jìn)手段，成為冬季蔬菜生產(chǎn)和各類瓜菜秧苗培育的重要基地，極大地豐富了市場(chǎng)供應(yīng)，滿足了消費(fèi)者對(duì)新鮮蔬菜的多樣化需求。

智慧大棚是將智能化控制系統(tǒng)應(yīng)用到大棚種植上，利用最先進(jìn)的生物模擬技術(shù)，模擬出最適合棚內(nèi)植物生長(zhǎng)的環(huán)境，采用溫度、濕度、CO?、光照度傳感器等感知大棚的各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)，并通過(guò)微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，由微機(jī)對(duì)棚內(nèi)的水簾、風(fēng)機(jī)、遮陽(yáng)板等設(shè)施實(shí)施監(jiān)控，從而改變大棚內(nèi)部的生物生長(zhǎng)環(huán)境。大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行24小時(shí)不間斷的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段，對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速分析，一旦發(fā)現(xiàn)環(huán)境參數(shù)偏離預(yù)設(shè)范圍，立即發(fā)出預(yù)警信號(hào)。然后通過(guò)數(shù)據(jù)平臺(tái)或手機(jī)APP等方式，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以圖表、曲線等形式直觀展示給用戶，便于用戶隨時(shí)查看大棚內(nèi)的環(huán)境狀況。

當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)降溫設(shè)備；當(dāng)土壤濕度過(guò)低時(shí)，會(huì)自動(dòng)進(jìn)行灌溉。這些調(diào)控措施不僅提高了作物的生長(zhǎng)速度和品質(zhì)，還降低了生產(chǎn)成本和資源浪費(fèi)。智慧大棚采用智能化的灌溉系統(tǒng)，能夠根據(jù)土壤濕度和作物需水情況精確控制灌溉水量，有效減少水資源浪費(fèi)，提高水資源利用效率。通過(guò)精準(zhǔn)施肥系統(tǒng)，智慧大棚能夠根據(jù)作物生長(zhǎng)階段和養(yǎng)分需求精確投放肥料，減少肥料浪費(fèi)，提高肥料利用率。智慧大棚的自動(dòng)化和智能化管理減少了人工投入，降低了人工成本。通過(guò)減少化肥農(nóng)藥的使用量、優(yōu)化資源利用和降低碳排放等措施，有助于保護(hù)生態(tài)環(huán)境和減少農(nóng)業(yè)面源污染。

智慧大棚的智能化管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物的資源化利用，推動(dòng)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。比較人工的控制來(lái)說(shuō)，智能控制最大的好處就是能夠相對(duì)恒定的控制大棚內(nèi)部的環(huán)境，對(duì)于環(huán)境要求比較高的植物來(lái)說(shuō)，更能避免因人為因素而造成生產(chǎn)損失。相對(duì)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，將智能化控制系統(tǒng)應(yīng)用到大棚生產(chǎn)以后，產(chǎn)量與質(zhì)量比人工控制的大棚都有極大的提高，對(duì)于不同的種植品種而言，提高產(chǎn)量與質(zhì)量相對(duì)不同，對(duì)于檔次較高的經(jīng)濟(jì)作物來(lái)說(shuō)生產(chǎn)效率可以提高30%以上。

2024年四月陜西洛川蘋(píng)果種植地出現(xiàn)低溫，蘋(píng)果花在低溫情況容易受到凍害。為避免這種情況，農(nóng)業(yè)服務(wù)方面的專家進(jìn)行了專門的預(yù)報(bào)。但預(yù)報(bào)范圍相對(duì)較大，沒(méi)辦法精細(xì)到某一個(gè)種植園，果農(nóng)通過(guò)專家提供的氣象數(shù)據(jù)，打算把山溝地區(qū)的種植園慢慢挪到山上。山上空流通，小氣候與山下也有明顯的差異。因?yàn)殛儽钡貐^(qū)溝壑縱橫，低溫過(guò)境時(shí)會(huì)沉降在溝壑的底部，所以對(duì)于底部的凍害會(huì)非常嚴(yán)重。

通過(guò)對(duì)小氣候的觀測(cè)，山上山下的溫差能達(dá)到六七度。對(duì)100米梯度的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)會(huì)有一到兩度的差異。一兩度的溫差對(duì)于果樹(shù)來(lái)說(shuō)非常重要，果花達(dá)到零度后，果農(nóng)就要開(kāi)始防治氣溫持續(xù)降低。專家通過(guò)對(duì)小氣候觀測(cè)儀、大棚內(nèi)的溫度計(jì)、傳感器的研究，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)估算出果花在凍害中堅(jiān)持的時(shí)間，然后進(jìn)行預(yù)防。

大棚都是集約化管理、無(wú)線傳輸，各方面的情況都可以在平臺(tái)上看到。氣溫降到零度后，大棚內(nèi)就開(kāi)始作業(yè)，比如熏煙、噴水、通風(fēng)。通過(guò)這些手段來(lái)減少凍害發(fā)生，觀測(cè)的數(shù)據(jù)越精準(zhǔn)，這些措施就更得當(dāng)。比如山腰達(dá)到零度，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行山腰區(qū)域果樹(shù)的防治；如果山腰和山上的溫度相差兩度，但溫度適宜，系統(tǒng)就不會(huì)作業(yè)，大大減少人工成本的投入。氣象小院最重要的就是降低各方面的成本，給農(nóng)民減少經(jīng)濟(jì)投入和人力消耗。

農(nóng)業(yè)生態(tài)研究結(jié)合科研院所研發(fā)出了人工培養(yǎng)的溫室，可以用來(lái)種植生菜、茄子、西紅柿等蔬菜。這些蔬菜一般用小型培養(yǎng)箱培育，這些培養(yǎng)箱可以上太空，還可以為高海拔地區(qū)提供蔬菜供應(yīng)。我們?cè)跉夂驊?yīng)用方面的發(fā)展未來(lái)會(huì)朝著更加智能化、高效化、可持續(xù)化和多元化的方向發(fā)展。

本文為科普中國(guó)·創(chuàng)作培育計(jì)劃扶持作品
作者：海月明創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)

審核：戴云偉 中國(guó)氣象局 高級(jí)工程師

出品：中國(guó)科協(xié)科普部

監(jiān)制：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司