不再靠天吃飯：氣象科技如何改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)

圖蟲創(chuàng)意

氣象科技的應用對農(nóng)作物產(chǎn)生了深遠且多方面的積極影響，尤其是像“氣象小院”這樣的創(chuàng)新實踐，用科學技術(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，同時也在一定程度上減輕了農(nóng)民的負擔。

這里的“氣象小院”就是指設立在農(nóng)作物田間的氣象試驗基地，針對不同作物的氣象需求而設立各種氣象監(jiān)測設備，并開展相關(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放平臺。

在氣象小院提供的豐富氣象信息基礎上，智慧大棚作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的標志性創(chuàng)新，正是為了克服這些挑戰(zhàn)而生的。智慧大棚通過集成物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進技術(shù)，實現(xiàn)了對大棚環(huán)境的精準監(jiān)測與智能調(diào)控，極大地節(jié)省了人力與時間成本，顯著提升了工作效率。智慧大棚的核心優(yōu)勢在于其精細化管理能力，能夠根據(jù)農(nóng)作物的生長需求實時調(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)，最終帶來更高的經(jīng)濟效益。此外，智慧大棚不受冬季低溫限制，通過電加溫等先進手段，成為冬季蔬菜生產(chǎn)和各類瓜菜秧苗培育的重要基地，極大地豐富了市場供應，滿足了消費者對新鮮蔬菜的多樣化需求。

智慧大棚是將智能化控制系統(tǒng)應用到大棚種植上，利用最先進的生物模擬技術(shù)，模擬出最適合棚內(nèi)植物生長的環(huán)境，采用溫度、濕度、CO?、光照度傳感器等感知大棚的各項環(huán)境指標，并通過微機進行數(shù)據(jù)分析，由微機對棚內(nèi)的水簾、風機、遮陽板等設施實施監(jiān)控，從而改變大棚內(nèi)部的生物生長環(huán)境。大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)進行24小時不間斷的實時監(jiān)測，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段，對收集到的數(shù)據(jù)進行快速分析，一旦發(fā)現(xiàn)環(huán)境參數(shù)偏離預設范圍，立即發(fā)出預警信號。然后通過數(shù)據(jù)平臺或手機APP等方式，將監(jiān)測數(shù)據(jù)以圖表、曲線等形式直觀展示給用戶，便于用戶隨時查看大棚內(nèi)的環(huán)境狀況。

當溫度過高時，系統(tǒng)會自動啟動降溫設備；當土壤濕度過低時，會自動進行灌溉。這些調(diào)控措施不僅提高了作物的生長速度和品質(zhì)，還降低了生產(chǎn)成本和資源浪費。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，提高水資源利用效率。通過精準施肥系統(tǒng)，智慧大棚能夠根據(jù)作物生長階段和養(yǎng)分需求精確投放肥料，減少肥料浪費，提高肥料利用率。智慧大棚的自動化和智能化管理減少了人工投入，降低了人工成本。通過減少化肥農(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，推動農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。比較人工的控制來說，智能控制最大的好處就是能夠相對恒定的控制大棚內(nèi)部的環(huán)境，對于環(huán)境要求比較高的植物來說，更能避免因人為因素而造成生產(chǎn)損失。相對生產(chǎn)來說，將智能化控制系統(tǒng)應用到大棚生產(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，對于不同的種植品種而言，提高產(chǎn)量與質(zhì)量相對不同，對于檔次較高的經(jīng)濟作物來說生產(chǎn)效率可以提高30%以上。

2024年四月陜西洛川蘋果種植地出現(xiàn)低溫，蘋果花在低溫情況容易受到凍害。為避免這種情況，農(nóng)業(yè)服務方面的專家進行了專門的預報。但預報范圍相對較大，沒辦法精細到某一個種植園，果農(nóng)通過專家提供的氣象數(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。因為陜北地區(qū)溝壑縱橫，低溫過境時會沉降在溝壑的底部，所以對于底部的凍害會非常嚴重。

通過對小氣候的觀測，山上山下的溫差能達到六七度。對100米梯度的觀測，發(fā)現(xiàn)會有一到兩度的差異。一兩度的溫差對于果樹來說非常重要，果花達到零度后，果農(nóng)就要開始防治氣溫持續(xù)降低。專家通過對小氣候觀測儀、大棚內(nèi)的溫度計、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持的時間，然后進行預防。

大棚都是集約化管理、無線傳輸，各方面的情況都可以在平臺上看到。氣溫降到零度后，大棚內(nèi)就開始作業(yè)，比如熏煙、噴水、通風。通過這些手段來減少凍害發(fā)生，觀測的數(shù)據(jù)越精準，這些措施就更得當。比如山腰達到零度，系統(tǒng)就會自動進行山腰區(qū)域果樹的防治；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。我們在氣候應用方面的發(fā)展未來會朝著更加智能化、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·創(chuàng)作培育計劃扶持作品
作者：海月明創(chuàng)作團隊

審核：戴云偉 中國氣象局 高級工程師

出品：中國科協(xié)科普部

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