陈立平:为土地“量体裁衣”
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发布日期:2014-08-01 12:34:10
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提到“精准农业”,很多人可能并不知道它的具体内容是什么。在很多人对这个名词还很陌生的时候,陈立平已经凭着她对这一领域的深入研究获得了第十三届中国青年科技奖。在一片传感器、GPS技术云集的精准农业模拟沙盘边上,陈立平向记者介绍她和精准农业的不解之缘。
“精准农业”是什么?
可能在很多人的观念中,能用上温室大棚、联合收割机等,就算是比较有效率、有科技含量的现代农业了。但是在精准农业面前,这些都不算什么。在陈立平的介绍下,记者发现,遥感技术、各类传感器、全球定位系统GPS、地理信息系统GIS、智能决策系统、智能农机装备等,这些才是组成精准农业的核心技术。
“精准农业被美国国家研究委员会(NRC)确定为本世纪现代农业科技发展的前沿,是信息技术和农业生产经营全面结合的一种高科技农业。”国家农业智能装备工程技术研究中心主任陈立平告诉记者,其实精准农业的理念也很简单,就是“按需供给”,根据作物、土壤和气候的空间差异,提供给不同操作单元的作物不同种类和数量的肥料和农药,不同灌溉量,以及其他不同的管理措施,以获得最高产量和最大经济效益。而由于信息技术等高新技术发展和支持,使得对不同操作单元“按需供给”变得更容易、更准确、更科学。
精准农业是美国20世纪90年代初兴起的一门农业科学。而陈立平在它出现不久,就一脚踏进这个行业。从1999年开始,她就在国内开展精准农业研究与实践。
虽然一开始扎进这个崭新的领域,陈立平并不知道它到底能发展成什么样子,但是一直认为“既然做了就要把能用的力气都用上”的陈立平靠着这股劲头,将精准农业做得有声有色,并且取得了十分突出的成绩。她先后主持完成了相关国家和省部级重点科研项目20多项,获得多项创新性的重大科技成果。
精准农业为土地量体裁衣
在陈立平的诸多精准农业研究项目中,有一个项目很有意思。乍看之下,就是一个个插在农田中的小方盒子。这些小方盒子看似不起眼,实际上却神通广大。因为它们实际上是一个个小型无线传感器。它们大约每200米需要安放一个。这些传感器能探测到自己“脚下”这一小块土壤的温湿度、作物长势等的空间分布情况,以及周围环境的温度、湿度、光照等参数。这些信息汇总后,根据农业智能决策支持系统的分析,系统将绘制出一张个性化的土地“处方图”。在这张图上,土地被划分成五颜六色的诸多区域。不同颜色实际上就代表了每块土地所需要的不同份量的“肥、水、药”。在这张“处方图”的指挥下,全自动变量施肥机和农药喷洒机每开到特定区域时,就会自动调节化肥和农药的施用量,真正做到为土地“量体裁衣”。
这套过程描述起来很简单,但是实施起来却十分困难,每一步都包含着科研工作者的巨大心血。以无线传感器为例,陈立平和她的研究人员就下了很大功夫。
相比有线传感器,农田中使用无线技术更有优势,因为有线的线缆埋入地下后,容易遭到环境腐蚀导致损坏,布设比较困难,而无线就能避免这些问题。但是在大片的农田中不像城市,网络信号不好,而且如果每个节点都直接通过公网传输数据费用太高。所以为了做到传感器的无线传输,陈立平和她的研发团队又开发了具有自主知识产权的低功耗无线Mesh通信协议,用于农业无线传感器网络。
经过陈立平团队的攻关,仅用2节五号电池,每台无线传感器就能工作一整个生长季。而且这些传感器非常智能,它们彼此之间还能够相互通信。也就是说,即便是在上百亩农田的最边缘放置的传感器也能像多米诺骨牌一样,一个传一个地将信息传回系统主机。
“接地气”的高科技
精准农业的高科技含量毋庸置疑,但是它“接地气”的能力也一点不输给别人。通过不断地研发和调整,陈立平硬是将它们带入了寻常百姓家。
“农民能接受的成本是有限的,再新再好的东西,他们也会考虑成本。”所以研发团队将给农民们开发的设备定位在“低成本”“简单化”“易用”这三点上。
比如一套名为“温室娃娃”的系统,就让农民们笑开了花。“温室娃娃”是一套用来帮助农民对温室、大棚的空气温度、空气湿度、露点温度、土壤温度、光照强度等重要的环境参数进行实时监测,然后配合专业的分析处理软件,对温室环境信息和作物生长信息进行处理分析,实时通过语音为使用者提供更多的科学指导。
最开始,这套设备所测量的数值会显示在电脑或者专门的手持设备上。通过读数,农民可以实时了解地里的情况。但是一些试用的农民反映“屏幕看不清”。为此,陈立平和她的团队,又将这套设备改进成了语音播报的方式。比如当传感器测量发现土地湿度偏低时,一个很可爱的声音就会说“湿度少了,该浇水了”。“温室娃娃”也由此得名。后来又进一步改进,可以将信息发送到农民手机上,有了这套设备,农民即使坐在家中,也能实时掌握农田里的情况。
而“温室娃娃”只是“套餐式”技术应用模式中的一种,为了将科技成果推广,陈立平和她的研发团队设计了诸多技术套餐,将不同的研究成果打包给不同人群使用。目前,科研成果已经在全国15个省市得到推广应用,提高了耕地、肥、水、药利用率和生产效率,有效地促进了农业增产和农民增收。
以北京市采育镇下黎城村鲜切菊花基地为例,通过采用精准农业的技术套餐,菊花基地每年节约煤炭用量近30%,节约成本30万元左右;菊花的出成率(达到出口品质的百分率)提高了15-20个百分点;用水量节省了69%;提高肥料利用率15%左右;通过精准施药系统,节省农药15%-20%。精准农业使该基地年增加收入约200万元。
我喜欢大家叫我“陈姐”
照理说,目前已经带领70多人在精准农业方面做得风生水起的陈立平绝对担得起别人叫她“陈主任”或者称她一声领导。但是陈立平却更喜欢别人叫她“陈姐”。因为她认为这个称呼,更能拉近距离。
“你们不要有压力,我不是领导,我就是比你们长两岁,也都是在经历各种挫折失败过程中成长起来的,如果说我有点经验,那不过是各种挫折失败经历得比你们早些、多些。”陈立平常会想要弱化这种领导和下属的感觉。她觉得做科研就要思想开阔,不应该给年轻人规定条条框框,而且做科研的人也应该把时间更多放在科研而不是纠结在其他方面。
这种平等相处、共同为了科研目的奋斗的理念,“陈姐”说到也做到。在遇到一些跨学科的问题时,陈立平会主动和同事探讨、请教。她笑言,“人不可能什么都会,所以要不断学习,不断补课。”
而作为一个农业专家,不管是三伏天还是寒冬腊月,下地都是家常便饭。为了掌握小麦的生长规律,研发团队需要掌握冬小麦在越冬期里一亩地中的茎数。于是在冷风习习的10月底,陈立平便和同事们一起蹲在地里,一株株地数着冬小麦苗。小麦生长季节,经常要下地调查,背着10多公斤的仪器在2500亩田地走上整整一圈,常常调查一次要花一天的时间。 研究中有苦有乐,促使陈立平一直在这条道路上耕耘的信念,一个是她反复提到的,“既然做了就要把能用的力气都用上”的劲头;而另一个,就是她希望能帮助中国填补精准农业空白的一股责任感。
陈立平的耕耘如今已经取得了丰硕的成果。1999年至今,她和她的团队获得了无数的奖项:国家科技进步二等奖3项,北京市科学技术一等奖1项,二等奖2项,国家中长期科学和技术发展规划重要贡献表彰,国家发明专利12项。而陈立平目前也已经是国务院政府特殊津贴专家。
采访中陈立平提到的技术设备,只是研发中很少的一部分。而大量汇集科研人员智慧结晶的精准农业设备和技术早已走出实验室,服务于遍布全国的农业生产基地,为现代化农业插上腾飞的翅膀。
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