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院士罗锡文:水稻无人农场开创者
发布日期:2023-02-20 00:36:37
看到无人驾驶拖拉机准备转弯旋耕,今年78岁的中国工程院院士、华南农业大学教授罗锡文一路小跑的跨过泥田,拿起手机,找到满意的角度准备拍摄。
他总是不愿意错过这样的画面。他的学生说:“罗老师就这样,每次作业他都会来。”
2022年12月13日,在华南农业大学位于增城的宁西基地,两台无人驾驶油菜播种机,从机库自动、顺序开至同一块田中进行油菜播种作业,自当天下午4时一直持续到夜里。罗锡文兴致勃勃地对经济观察报记者说:“挑灯夜战无人驾驶播油菜。”
这场无人驾驶油菜播种作业,正是在罗锡文和他的团队首创的“水稻无人农场”中进行。“大家都说在搞智慧农业,大家都说在搞无人农场,但是到现在为止,没有一个人能讲得清楚什么是智慧农业,什么叫无人农场,我也讲不清楚。”罗锡文说,过去三、五年中,他们摸索出一些对智慧农业和无人农场的理解,总结出两句话,“智慧农业是现代农业的发展方向;无人农场是实现智慧农业的重要途径。”
罗锡文认为,现代农业是一个很漫长的过程,要延续至2030年、2035年、2050年,现代农业是一个永远追求的指标。目前,在农业机械导航这个领域,中国与发达国家基本上处于一个并跑的阶段。
截至记者发稿,罗锡文和他的团队在全国13个省已启动建设26个无人农场。
什么是无人农场
为什么研究无人农场?
罗锡文的回答是,无人农场是智慧农业的一种生产方式,是实现智慧农业的一种途径。“现在劳动力成本越来越高,无人驾驶能节省劳动力、提高劳动效率、提高作业质量。”罗锡文说。
他向经济观察报记者展示了一组数据:以水田耕整为例,1个人1头牛1天最多能犁2亩地,1台无人驾驶旋耕机1小时能耕20亩地;以水稻种植为例,人工插秧1人1天最多能插1亩地,1台无人驾驶插秧机1小时能插5亩地;以水田管理为例,人工喷雾1人1天最多能喷3亩地,无人机喷雾1小时能喷200亩地;以水稻收获为例,人工收获1人1天最多能收半亩地,1台无人驾驶收获机1小时能收5-6亩地。不仅如此,在提高土地产出率方面,基于北斗的精准导航技术可以提高土地利用率0.5-1%,以农田精准平整为例,农田精准平整后能节水20%-30%、节肥5%-10%、增产5%-10%,比传统平地方法提高效率30%。
罗锡文和他的团队2003年开始研究农业机械导航,当时曾有人建议他将无人驾驶汽车的东西搬到农业机械上就行了,也有人提出过疑问“难道比无人驾驶汽车还难”。
罗锡文解释称:第一,无人驾驶的汽车行驶在规则的平整的道路上,而无人驾驶的农业机械,是在没有道路的旱地和水田中作业,对导航控制要求很高。第二,无人驾驶的农业机械还要配各种作业机具,要旋耕、要播种、要喷雾、要收获,需要把各种自动导航的拖拉机和后面的农机具配套起来,而汽车主要在路上行驶。第三,无人驾驶汽车上面可以配一些价格贵一点的传感器,但农业机械不能买太贵的机器,所以就要求通过软件的方法,通过信息的方法来达到这样一个目的。
2006年,罗锡文和他的团队研发的第一台无人驾驶的水稻插秧机终于下田了。此时,他已经61岁。2020年,罗锡文和他的团队选址广州增城区创建了中国第一个“水稻无人农场”。但罗锡文特别提到,“无人农场这个概念太大了,水稻、蔬菜、水果、茶叶,每一个无人农场的涵义都不一样,所以我在前面加了限定词‘水稻’,其实也可以种油菜、玉米、小麦。”
那么,目前无人农场能做什么?
罗锡文指出,无人农场有五个功能,包括耕种管收生产环节全覆盖;机库田间转移作业全自动;自动避障异况停车保安全;作物生产过程实时全监控;智能决策精准作业全无人。这就涉及到无人农场的三大关键技术:生物技术、智能农机和信息技术。其中,生物技术主要是为无人农场生产提供适应机械化作业的品质和栽培模式;智能农机主要为无人农场生产提供智能感知、智能导航、智能作业和智能管理;信息技术主要为无人农场生产的信息获取、传输和处理,农机导航与自动作业,农机远程运维管理提供支持。
当中,智能农机应具有四个功能,包括数字化感知、智能化决策、精准化作业、智慧化管理。罗锡文以一个“微小型无人机水稻氮素遥感信息获取与氮肥管理技术”视频举例称,一款无人机从田块上空飞过,可以得出不同位置的水稻长势情况,然后针对长势差的多施肥。
“任何一束光打到物体表面,一部分是入射光到里面去了,一部分是反射光,我要的就是反射光,长得好、长得不好,反射光完全不一样。”罗锡文说,他们事先标定,什么样的反射光代表什么样的生长状态,以确定它的长势,“北斗会告诉它(无人机)在什么位置,光谱分析结果可以告诉在这个地方多施肥或者不施肥。”
在上述技术的应用下,罗锡文和他的团队得出的数据显示:2019年罗定早稻示范结果为150亩连片示范,平均减少氮肥28%;2019年罗定晚稻示范结果为150亩连片示范,平均减少氮肥22.5%。
罗锡文展现了2007年、2009年以及2010年,华北地区小麦条锈病发生情况,在三张由无人机收集数据形成的空间分布图上清晰可见。“这一大片地方,整个华北地区,多少个省、多少个县,要多少时间、多少人,才能完成如此精准的信息图。”罗锡文说。
罗锡文还特别提到,2012年,他曾跟随袁隆平在海南三亚进行杂交稻制种无人机辅助授粉试验。当时,罗锡文在田边上还向袁隆平请教:“我问他需要几级风,他特别有经验说4级吧,后来我们做了大量试验,证明袁老师提出的4级风确是最适宜的选择。”
罗锡文很欣慰,如今,杂交稻制种无人机辅助授粉已得到广泛应用。
无人农场推广为何难
推广无人农场,农民最关心的是:产量行不行,效益行不行?
罗锡文用数字给出准确的回答:2021年早稻,就在华南农业大学广州增城“水稻无人农场”,采用优质丝苗米19香,产量是662.29公斤/亩,而当地同一品种的平均产量是500公斤/亩,前者平均产量高出32个百分点。
但即使如此,无人农场在实际推广应用中还有一个过程。
“推广无人农场应有较好的基础条件,地块较大,机耕道和灌排设施较好,卫星信号和网络信号好。”罗锡文说,但中国的农业面临农户经营规模小、连片的地块小、经营主体没有完全培育好。他举了一个例子说:“我获得国家发明奖的直播机,去我老家湖南推广,我问他们好不好,他们说好,我问他们买不买,他们说不买,因为家里就三亩地,买机器没用。”
“如果一个农户有1000亩地,他自然而然会想着要买机器,因为人工划不来。”罗锡文指出,今天中国的农业还面临另一个问题,农民老年化非常严重,在农村的都叫做“386199”部队,指的是“三八妇女”“六一儿童”“九九老人”,年轻人都进城去了,下田太累了、太苦了,没有人干。
罗锡文常说四句话,叫做“耕牛退休、铁牛下田、农民进城、专家种地”。“农民都进城了谁来种地,我们去。我们的无人农场技术去。”他说。罗锡文在心中期待:有一天,一个年轻人,在撑着伞的椅子上躺着,手里拿着一杯饮料,远远看着田里的无人驾驶机器干农活。他说,这是未来的农业。