发布时间：2023-04-03 09:50:42
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的可持续农业发展论文样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
（一）解放生产力的内在要求
适度规模与职业农民理论与政策层面的宏观思路与决策，在具体落地的时候往往演变成学术研究上的实证命题。生态农业发展是农业可持续发展的重要内容。张思光从张家口生态农业的现状入手，认为当前张家口生态农业应当依托现有的区位优势，在维持和提高农业生态功能的前提下实现收益最大化。其中可能的思路包括：一是减少工商资本注入，控制适度经营规模；二是促进农民职业转化，从农业的相关生态收益中增加收入。对于适度经营问题，王珊珊基于农户调研数据的排序因变量模型得出，较大规模农户化肥碳排放程度较高，而中等规模农户施有机肥可能性较高。由此可知，不同规模的农户由于行为方式的不同而带来不同的生态结果，所以农业适度经营具有生态经济的经验基础。王建华基于山东、江苏、黑龙江100个行政村中的986个农户样本，通过因子分析法得出农户知觉行为控制对农户规范施用农药行为意愿的影响最大，即务农经验与受教育水平可以有效降低化肥的使用量。因此，农业生产规模与农民职业化是实现生态农业乃至农业可持续发展的重要抓手。对于农民职业及转化问题，张藕香运用安徽省农户调查数据，采用多分类Logistic模型得出，农民职业与收入“双重”分化存在代际差异，而导致这一差异的原因在于非农就业比、从业资质、文化程度与地区经济发展水平。根据这一结论，政策的着力点应当重视促进农民在农业内部的分化，使之从业更加专业化；同时应大力发展第三产业，增加服务业对农民分化的拉力，并从体制机制层面进一步消除诸如户籍、土地等制度，在放活农地经营权的同时，赋予经营权的合法地位，为农民稳定从事规模经营，发展家庭农场、专业大户等现代新型农业经营主体提供支持。
（二）进一步改革生产关系
农业可持续发展的市场机制如果说生态农业是农业可持续发展的外在表征，那么市场机制则是农业可持续发展的内在机理。李建琴通过构建转型时期农产品价格管制的理论博弈模型，并通过蚕茧、烟叶、粮食、猪肉四种产品价格管制的案例研究，指出农产品价格管制凸显了公平与效率目标的两难选择。农产品价格管制不仅导致经济效率损失，而且导致利益分配不公。同时，打破区域垄断和行业垄断，进一步放松或取消计划经济时期沿袭的旧的价格管制，同时在尊重市场机制的前提下建立科学调控的长效机制，是农产品市场化进程中转型国家必然面对和必须解决的重大问题。2014年12月17日，国家烟草专卖局放开烤烟、白肋烟、香料烟等各品种、各等级烟叶收购价格；除此之外，2014年政府启动了大豆与棉花目标价格的试点，都是积极推进农产品价格形成机制的积极举措。农产品市场机制实际上是一个复杂系统，其中包括诸如市场出清机制、信息传递机制等若干有机构成，这实际上也对相应的政策措施提出更高要求，如政策的系统性与完备性。例如，张永强提出的农产品交易的标准化问题，这也是农产品期货市场合约交易的前提条件，不仅如此，农产品标准化问题还是一系列市场交易的前提条件，诸如农超对接、农产品拍卖、生鲜农产品电子商务等。再如，佘朝霞等提出的信息机制问题，通过对北京、两地1744个观测样本的回归分析，发现不完全信息导致了更多的食物消费过程中的浪费行为，即对就餐餐厅越不熟悉的人浪费越多，与他人一起就餐比一人聚餐的浪费量多。因此，在推进农产品价格形成机制的改革过程中，相应的政策配套必须要考虑更多的细节问题。
（三）小结
农业可持续发展强调维持代间均衡与代际均衡的重要性。从生产力层面，势必要求劳动者、生产工具、劳动对象之间的和谐统一，这也促使在我国加快转变农业生产方式的过程中，要充分考虑生产规模的适度性与农业生产者的协调性，例如王颜齐提到的土地规模与农业雇佣生产之间的协调一致；从生产关系层面，“使市场机制在资源配置中起决定性作用”作为一个政策的主导型框架，相关的配套政策及细节问题应当是进一步改革的着力点，此外包括相应的组织关系变革，如胡胜德对黑龙江综合性合作社的案例考察，也需要引起重视。
二、开放条件下的粮食安全新战略
（一）国际经验的借鉴
2014年，美国参议院通过新农业法案《食物、农场及就业法案》。对于该法案，彭超认为，美国新农业法案的重点内容在于改革收入补贴和强化农业风险保障，实际上，收入补贴与农业保险共同构成了保障美国农民收入的“安全网”。该法案对我国具有重要的启示意义：一是必须继续坚持强农惠农富农政策；二是科学调整农业生产结构；三是完善粮食市场调控政策；四是健全农业保险制度；五是合理利用国际国内两个市场、两种资源。齐皓天从美国农作物收入保险的具体操作入手，提出我国农业政策的调整思路应从直接补贴和价格支持向收入支持方向转变，农业保险应逐步成为农业支持的主要手段。农业保险的方式既可以把政府管理和市场化手段结合，又可以让农业保护和WTO规则相容，可能是未来农业支持政策改革的主导方向；而我国现在的农业保险存在的问题是我国农业信息化的滞后，还没有建立起开展农业保险所必备的面积、产量、价格等数据的动态化、可视化、信息化管理条件。随着新型网络技术、大数据、云计算等的飞速发展，我国的农业保险应当作为一项重要的政策措施。除政策层面的经验借鉴之外，操作层面的实践经验同样有所裨益。例如，王刚毅对比了美国日本生猪产业链的情况，认为我国生猪行业集中度提升的主要障碍在于土地约束、政策风险与人才瓶颈。陈风波则通过梳理美国农业经济学科中Agribusiness的教学内容演进，结合我国的实际情况提出，随着我国农业产业化进程的加快，包括现代农业产业技术体系的建立，农业全产业链Agribusiness研究必将推进，具体包括农产管理、农产品营销、农业企业管理、供应链管理、质量安全管理、农业产业组织等。
（二）中国实践的尝试
在广泛借鉴国际经验的同时，更应当积极探索适合我国国情的具体道路。大豆作为我国进口量最多的农产品，其国际价格决定备受关注，林大燕考察了1995~2012年我国大豆进口价格波动与来源之间的关系，通过稳健标准差回归得出，多元化的进口来源，特别是因为南北美洲大豆收获时间的差异，显著降低了我国大豆进口价格的波动幅度，作为一个农产品贸易净进口国，需要慎重选择进口来源及农业走出去的对象，重点关注和培育与现有进口来源国具有较大季节互补性且尚未充分开发的具有生产潜力的国家和地区。从引进来的角度，农业开放既包括农产品市场的开放，又包括农业投资的开放。加入世界贸易组织以来，我国农产品市场已是全球最开放的农产品市场之一，与此同时，除种业之外，我国农业投资几乎完全放开。陈龙江根据种业相对竞争力的测算结果，提出整体种子市场开放不足，在当前情况下，可适度提高种业对外开放水平，坚持分类推进，区别对待，有保有放。应继续严格控制大田作物中三大主粮作物种子的市场准入，掌握转基因种子开发经营的控制权，收紧种子科研的政策。从走出去的角度，农业开放既包括农产品出口，又包括农业对外投资。现阶段，国内农业生产的相对禀赋优势逐步削弱，农产品出口相对弱化，而农业对外投资方兴未艾，呈现出快速增长的势头。邹文涛以我国热带作物橡胶“走出去”为例，指出在当前农业走出去的过程中，由于缺乏统筹规划与相互协调，企业间没有形成组团参与国际竞争的合力，导致竞争激烈，内耗严重，尤其在东南亚地区。为此，在海外投资战略中，如何实现投资整合，提升投资效率成为一个重要问题。
（三）小结
开放经济条件下的国家粮食安全战略需要坚持“以我为主，立足国内，确保产能，适度进口，科技支撑”的方针，但是这一新战略并不排斥对国际经验的借鉴及中国实践的尝试。尽管国情差异甚巨，禀赋条件不同，但现有的发达国家农业经验及开放历程可以给我国以诸多启示，而问题的关键在于通过我国的实践，探索出一条符合我国实际、解决我国问题的开放道路。
三、总结与讨论
近年来，很多国内经济学者依据新古典经济增长理论将全要素生产率的增长看做是经济可持续增长的唯一方式，他们认为中国经济增长仍旧是靠投入获得的，是不可持续的。有关数据显示，2013年我国第一产业实现了增加值56957亿元，同比增幅达到4%，而增幅的回落则是在0.5%，而与2011年同期相比，下滑0.3%。虽然增长势头有所放缓，但总体增幅还是喜人。
2制约农业经济发展方式的因素
1)体制性约。首先是家庭联产承包经营的体制性缺陷。其次是经济体制对农业经济增长方式转变的约束。
2)资本约束。首先是推动农业经济增长的资金短缺。其次人力资源是制约农业发展的另一个重要因素。其一人力资源的素质低下大学生毕业后不愿回到农村。其二是人数上的短缺在现实情况下，农民更愿意去打工而不是务农。
3)技术约束。科技是第一生产力，必须转变到依靠提高生产效率和技术进步的发展方式上来。
3实现农业可持续发展的三条路径
3.1农业产业化经营农业产业化经营是实现农业现代化的基础。没有产业化规模化的农业，技术与新农业工具的应用将受到种种限制。只有实现产业化规模化农业才能实现现代化。除此之外产业化经营可以突破市场对农业经济约束。目前，我国在农业产业化发展上应从以下几点来做：第一，农业结构的调整。重点是将主导产业做大做强、特色做专做精；第二，抓好市场主体建设。培育带头企业、农村合作经济组织、农业产业园区三大市场主体；第三，全面推进农业标准化生产，统一农产品质量标准。加强农产品质量控制，实现农产品标准化，提高农产品竞争力；第四，健全农业服务体系。
3.2实现农业信息化信息化是当今全球经济发展的主要动力，农业信息化也应成为促进农业经济发展，农业技术进步，社会主义新农村建设的有效途径。随着市场经济的快速发展，我国农业和农村经济发展进入了新的发展阶段，实现农业信息化是德天应人之举。要实现农业信息化就必须经由以下几个步骤。首先，充分发挥政府在推进农业信息化建设的组织与领导作用。农业信息化的服务是一个涉及多部门、多学科的综合性系统工程。政府必须高度重视并相应的构建起强有力的组织体系并明确职责分工，加强农业信息化服务管理。其次通过制度建设加决农业信息化复合型人才的培养步伐，要建立“政府花钱买培训、学校负责实施培训、农民自主选择培训”的机制，大力提高农民的信息素质，使他们具有信息收集、应用和反馈能力，培养起农业科技意识，市场意识和信息意识，使他们成为有技能的人。最后加大财政资金对农业基础科技信息资源数据库建设的投入力度。我国农业信息资源数据库建设处于较低发展阶段，以文献、数值、事实为主，大多属于单媒体产品，信息化发展所需软硬件设施都缺乏甚至没有。这就必须投入大量资金以建设农业科技资源数据库。
3.3实现创新型农业发展创新型农业主要有以下三点途径：首先是科技创新，创新型农业可以提高农产品产量质量与附加值。比如北京丰台的南果北种。就是利用科学技术创新，使北方人们能够在当地吃到南方水果。现在在许多地方都可以看到无土栽培、人工繁育、气候调控等科技农业。除此之外有科技创意也可以提高农产品附。其次是文化创新，文化生产力这一重要引擎．可以极大地提高农产品的附加值。创新型农业完全可以通过运用文化创意，让文化在产品生产中充分发挥，满足人们多样的需求。浙江省天台通过文化创新，大力发展创意意葫芦，将葫芦种成弥勒佛、济公、圣诞老人等形态的艺术品，并建立“天台山艺术葫芦网”实现了葫芦的升华。最后服务创新，服务创意农业是通过提供创意性的服务体现以人为本的现代化农业。服务创意农业可以将生产、运输和销售结合起来，使农业同时具有一、二、三产业的服务特征，依据市场导向，提供多样的服务。
4结语
论文关键词：WTO，农产品贸易现状，中国农业
引言 我国是世界上最大的发展中国家，资源贫乏、人口众多的国情决定了农业发展的重要性。入世以来，我国农业生产力水平不断提高，农业产业结构调整不断优化,农业生产的高效、农业生产者素质的提高等优势使我国在农业方面走在了世界的前列。为避免入世后世界经济发展对中国农业造成不利影响，要求我国必须走中国特色的农业发展道路，发展可持续农业，促进农业的整体进步。
1 中国农业发展及农产品贸易现状
1.1农业发展现状
经过三十几年的改革与发展, 中国农业发生了深刻变化, 综合生产能力显著提高, 主要农产品市场供求稳定。农产品总量成倍的增加，从1979年全国粮食总产量3321亿公斤到2009年全国粮食总产量10616亿斤农产品贸易现状，我国粮食总产量居世界第一位，其中粮、棉、油、肉、水产品、水果等已跃居世界首位, 肉、蛋、水产品已超过或接近世界平均水平，人均粮食占有量已达到世界平均水平。中国农业产业在不断的发展壮大（见图1）。
图1 2002-2009年中国粮食总产量及增长速度
但是农业的发展并不是一帆风顺的，由于人口、资源等原因，我国的农业还存在很多困难和问题:（1）农民人均收入水平较低中国。中国农民一年收人均在6000-7000元，在种植上除去种子、化肥、灌溉等方面，在养殖上，除去幼苗、饲料以及家禽的医药费等，农民一年净收入也能有4000-5000元。而诸如美国等发达国家农民一年人均收入为12000美元左右，因此中国虽然农民占全国总数的70%，但人均收入水平却远远落后于发达国家水平；（2）资源快速减少，生态环境恶化。农业资源方面，由于水资源的过渡开采和被污染，导致农业用水严重失调，由于城市外围建设以及土地的不合理利用导致人口与土地资源的矛盾十分突出。生态环境方面，全国约有1/3的耕地受到水土流失的危害，草原退化面积达0.87亿公顷农产品贸易现状，并仍以每年133万多公顷的退化速率在及扩展；森林覆盖率仅为20.36%左右，人均林地面积不足0.12公顷，只有世界平均水平的12.6%；（3）政策对农业倾斜的扶持不够，国家在农业上的投入相对不足；（4）生产方式不适宜生产力的提高。目前的小农生产方式，已经阻碍了农业机械化和农业科技的推广应用和发展，也阻碍了农业生产力提高以后对社会化分工的要求，难以走上规模化、产业化的发展道路；（5）随着农村外出务农人数的增多，农村劳动力大部分转移到城市中对农业经济运行带来一定的负面影响。
1.2农产品贸易现状
加入世贸组织为中国农产品贸易的发展带来了难得的机遇，开辟了更加广阔的空间。8年来，广大农产品加工出口企业不失时机地抓住了“入世”带来的机遇，积极应对“入世”带来的挑战，农产品出口与入世前相比发生了“质”的改变，保持了持续增长的可喜局面，出口的增长在带动农村就业、增加农民收入、优化农业产业结构方面也发挥了重要作用。农产品进口更是呈现高速增长的局面。现阶段农产品贸易呈现以下主要特点是：（1）农产品出口结构不合理，即饲料、粮食、棉花，丝类等初级产品多，而高档次、高技术含量、高附加值的加工制成品较少；传统产品多农产品贸易现状，创新产品少；（2）农产品出口市场结构不合理，我国农产品大部分主要向美国、欧盟、日本等发达国家出口，而南美、拉美、非洲等发展国家及欠发展国家地区出口量较少，但从贸易保护上来看美国等发达国家却更容易采取贸易保护主义。2001年12月11日中国成为WTO的第143个正式成员。中国自加入世贸组织以来每年的农产品贸易总额逐年增加，但2009年由于受全球经济危机影响，我国的农产品贸易总额较2008年有所下降(见下表1)。
表1 2002-2009年中国农产品贸易总额（亿美元）
年份
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
农产品贸易总额
306
403.6
514.2
562.9
634.8
781
[关键词] 植物保护 问题 对策
[中图分类号] S4 [文献标识码] A [文章编号] 1003-1650 （2014）03-0079-01
一、前言
随着人们生活水平的不断提高，对园林实施植物保护是非常必要的。同时，随着社会的发展，我国乃至世界的自然环境也受到严重破坏，威胁到了人类生存，绿色植物的大范围推广能够不仅能够减缓环境的恶化，还能从根本上治理环境污染。
二、植物保护的必要性
植物具有保持水土的作用，树冠的截流、地被植物的截流以及死地被植物的吸收和土壤的渗透作用，减少或减缓了地表径流量和流速。还有防风固沙的作用，树林的迎风面和背风面均可降低风速，以背风面降低的效果最为显著。随着社会的不断发展，人们对生活环境质量的要求也越来越高。植物以其美化、绿化、净化环境等功能受到人们的重视，植物在具有遮阳、降热、防尘、净化空气等功能，而植物常因病虫害、日灼、冻害等损伤致使其无法发挥其功能，如果没有得到适当的保护，不仅会丧失植物应有的功能，还会给人们的正常生产和生活带来一定的影响。因此，我们应深入调查植物保护现状，并根据具体问题制定相应的策略，确保植物充分发挥其功能。
三、目前我国植物保护工作的面临的新问题
1. 耕地资源减少给粮食增产带来了压力
随着我国人口的不断增长，为了解决住房问题，加之我国城市化进程不断加快，从而使得我国房地产行业得到快速发展，这导致我国耕地面积大量减少。尽管大量推广选用优质品种、先进的种植技术等，确保粮食产量，但是，却增加了农作物发生病虫害的频率，加大农作物的防控难度。
2. 植物保护专业人才培养中存在问题
目前，植物保护专业的实习有三种，分别是生产实习、课程实习和毕业论文。这些都是学生理论联系实际的桥梁，创新性和创造性能力培养的平台。可是现在内容越来越过于形式化和任务化，包括：形式单一，看和听是主流，缺少动手的机会；二是教师实践技能缺乏，不能全方面对学生进行实践指导；三是学生实习时间不能与整个农业生产季节相匹配；四是经费过少，学生往往只能在生产一线参观而不能长时间去参与生产实践；五是毕业论文的指导教师常把自己的科研项目与学生毕业论文结合起来，造成理论研究内容过多，与实际农业生产脱节。
3. 农产品质量安全隐患
随着我国经济水平的不断提高，我国人民的生活水有了大幅度提高，特别是对食品质量安全问题引起高度重视。在“豇豆问题”出现之后，得到社会各界的高度关注，与此同时，也为人类敲响了食品安全警钟。除此之外，世界各个国家提高对进口农产品指标的要求，所以，当前世界农产品进出口市场竞争十分激烈。由此看来，我们必须要大大提高农产品的质量，才可以在国际市场中站稳脚步。
4. 农业生产与农民就业形式要求彻底改变植保服务的方式
近年来，我国加大了对农村经济发展结构与产业结构的调整，从而使得农业生产方式发生了巨大的变化，由最初的分散方式变为规模化经营方式，这样一来，使得我国农业生产趋于规范化生产。现如今，我国农村存在一个非常普遍的现象，大多数年轻人都进城打工，然而，剩下的主要为生产能力非常弱的成员来管理农业生产，但是，这些人接受新事物能力偏差，再加上对植保防控技术认识存在不足，从而严重阻碍了植物保护工作的有效实施。
四、植物保护的对策
1. 培养植物保护专业人才的必要性
随着现代农业发展的需要，新型农业体系的形成对传统的农业生产方式特别是植物保护提出了更新更高的要求；可持续农业发展的需要：植物保护的目的在于通过有效地控制病虫草鼠等有害生物的危害以保证农业的增产增收，几十年的实践证明我国传统的植物保护体系在农业生产中的确起到了非常重要的作用。但是同时也受到化学用品的毒害，现象严重。解决以上问题，就必须提出培养人才的方案来培养人才解决问题；我国基层农技队伍发展的需要：目前，我国基层植物保护人才严重匮乏，知识老化，断层严重。在我国的广大农村存在植物保护人才需求与供给的巨大矛盾，只有从根本上解决这一矛盾，才能增加为农民提供科学技术服务的机会，以提高他们的整体素质。
2. 绿色植保技术
绿色植保技术指的是对生态环境一作物没有任何副作用，并且满足绿色食品生产需求的一种防治病虫害的新技术。但是，在实践过程，必须要做到以下两点：第一，禁止使用那些含有高剧毒的农药，而是要积极推广使用不破坏环境、高效、低毒的农药；第二，应该回归到大自然中，建设多样性的农田，换言之要建造一个品种、种植与景观多样性的农田。
3. 有害生物的生态治理
在病虫害防控过程中，我国传统防治对策主要以化学农药为核心，这样一来，能够有效控制某个单一有害生物，但是，此种防治对策，又会杀死有害生物体的天敌，污染环境，此外，还会使病虫害抗药性增强，进而招引更多有害生物的繁殖，这直接会影响到农业生产安全、质量安全、环境安全等工作。
4. 强植物保护方面的科研工作
首先，进行测报防治。在植物保护工作中，应该结合病虫害发作的规律，另外，还要结合天气、土壤、植物生长情况等来预测病虫害的发生，只有结合具体的实际情况，才可以更好的掌握植物保护趋势，进而对其进行科学的预测；第二，实行档案管理。构建植物保护方面的技术以及信息档案，总结归纳常见病虫害病例，以便在后续工作中节约时间，提高工作效率；第三，加强实验室建设。对常见病害虫进行实验研究，以便提出更加科学有效的治理方法；第四，实行市县乡病虫草害的预测预报的网络构建。
五、结束语
植物保护工作是一个相对复杂并且长期性的工作，我们要着实做好这一项基础而艰巨的工作。提高植保成果的利用率，并树立起公共植保、绿色植保的理念，加大力度发展绿色植保技术，切实加快由粗放型农业向精细化农业的转变，实现现代农业的可持续发展。
参考文献
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[2]陈恩祥，甘国福.发展“绿色植保”的障碍因素与应对措施[J].甘肃科技，2011（11）：19-21.
[3]梁萍.植物保护教学中应用病虫害新鲜标本的探讨[J].安徽农学通报，2012（14）.
[4]安长富.园林绿色植物保护的相关问题研究[J].现代园艺，2012，（20）：148.
论文摘要 ：精确农业技术研究发展的驱动力是对农业耕作中发现的作物生长环境和实际收获产量分布的空间差异性的认识，其核心是GPS、GIS、RS等技术支持下的精确定位与变量作业。化肥是农业高产和增产的主要投入要素，化肥成本在农业总成本中占了较大的比重，而且化肥的投入量与利用率直接影响农业产出、农民收入和环境质量。变量施肥适应不同地区、不同作物、不同土壤和不同作物生长环境的需要进行全面平衡施肥，提高肥料利用率，具有明显的经济和环境效益。
我国的化肥投入存在结构不合理、肥料平均利用率低、肥料的增产效益没能充分发挥等问题。在变量施肥技术研究方面，我国基本是引进国外先进技术设备，进行消化、吸收的跟踪研究。因此，研究和开发自动变量施肥技术，对发展符合我国国情的变量施肥技术和实现农业可持续发展具有重要的理论意义和实用价值。
本文研究的是基于地图的自动变量施肥控制系统，可自动接收DGPS信号，获得施肥机位置和速度信息，根据施肥决策数据实现变量施肥控制。通过手动和自动两种控制模式，施肥量均可以实现80～500kg/ha范围之内的调整，电机转速范围为10～200rpm。系统具有结构简单、操作方便易学、施肥量变化范围大、控制性能比较稳定可靠、控制精度理想等特点。此外，本系统借鉴国内外研究经验，以自主开发为主，成本较低，而且可适用于不同型号的变量施肥机控制，适合我国国情，有利于促进变量施肥技术的实施及在中国的推广应用。
第一章 绪 论
1.1研究的目的和意义
传统农业的发展日益成熟，一味地依赖高能源投入提高单产的潜力越来越小。同时，现代农业生产方式所秉承的高资源投入、高能耗及其造成的环境危害，使人类体验到强烈的生存危机。人类必须合理地与大自然相处，充分发挥人类的智慧，寻找大自然自身的规律，利用高科技的手段服务于农业生产，走可持续农业的发展道路。高效低害的农业生产方式成为人类追寻的目标。
中国是一个农业大国，农业是国民经济的基础，农业和农村经济的发展状况直接影响到整个国民经济的持续发展和社会稳定。
中国人多地少，人均资源相对紧缺。同时，土地资源、水资源都面临着严峻的形势。由于人口仍在继续增长，人口与资源的矛盾将日益突出。中国农业发展普遍面临农产品生产成本高、品质差、化肥利用率低、环境污染严重、劳动效率低等问题。过去的半个世纪，中国的化肥投入和粮食单产已经达到了一个较高的水平，其进一步上升的空间有限。参考发达国家因农业工程技术所带来的劳动效率和粮食单产增长的经验，中国有必要加大农业工程技术装备的投入，以提高土地利用率、劳动生产率和农业产出率。
因此，我国农业发展的途径和方式，既要充分有效地利用资源，又要节约、保护和合理利用资源，大力发展中国式的可持续农业则可望有力地解决人口与资源这一矛盾。
精确农业（Precision Agriculture）作为可持续农业的有效发展模式，近年来成为国际上农业科学研究的热点领域。其含义是指利用遥感技术、地理信息系统、全球定位系统等信息技术，在定位采集地块信息的基础上，根据地块土壤肥力、作物病虫害、杂草、产量等在时间与空间上的差异，按农艺要求进行精确定位、变量耕种、变量施肥、变量灌水、变量用药等农业技术的调整和管理，最大限度地优化使用各项农业投入，以获得最高产量和最大经济效益。精确农业有利于提高农产品产量和品质，高效利用资源，同时保护农业生态环境，保护土地等农业自然资源，减少对环境的污染，代表着农业的发展方向。
由于化肥成本在农业投入中占有比较大的比重，而且化肥的投入量与利用率直接影响农业产出、农民收入和环境质量，因此，变量施肥技术是精确农业作业体系中重要的组成部分之一。
1.2变量施肥及其必要性
精确农业的核心是GPS、GIS、RS支持下的精确定位与变量作业。变量投入技术VRT(Variable Rate Technologies)如图1.1所示。
变量施肥，是指根据地块的不同要求，有针对性地撒施不同配方及不同量的混合肥。变量施肥的田间操作，主要由变量施肥机来完成，这种机器是一台装配有GPS系统和计算机的拖拉机。具体过程如下：田间各小区所需肥料的比率及单位面积施用量，都经过专家系统决策事先存入计算机；当拖拉机在田间行驶时通过GPS的准确定位获取机具当前位置信息；经计算机的提示控制撒播施肥量，然后将N、P、K等肥料按比例施入田里【6。8】。这样就防止了化肥的过量使用以及由此而产生的环境污染，提高了作物产量和品质，同时带动农业施肥技术及田管商业化的发展【9、10】。
化肥是农业高产和增产的主要投入要素，化肥成本在农业总成本中占了较大的比重。如1993~1994年，美国在阿华达州的两个农场开展了精确农业试验，利用GPS的变量施肥技术表明，产量结果比传统均衡施肥提高了30%【12】。明尼苏达大学在明尼苏达州汉斯卡农场实验研究表明：传统农业每公顷施肥为119.8kg，而变量施肥平均为82kg。扎卡比森甜菜农场采用变量施肥技术减少了氮肥用量，肥料投入每公顷平均减少15.52美元，收益平均每公顷增加358.32美元【9、11、12】。我国的化肥投入突出问题是结构不合理，肥料平均利用率较发达国家低10%以上，氮肥为30～35%，磷肥为10～20%，钾肥为35～50%，低于美国和日本的氮肥利用率（可达60～70%）。化肥投入尤其是磷肥的投入普遍偏高，造成养分投入比例失调【13、14】。而地域和养分不平衡有进一步减少了肥效。施肥量的多少和利用率高低直接决定着农业产量和农民收入。
传统的施肥方式是在一个地块内使用一个施肥量。而在同一地块内，土壤养分含量存在着差异，如果采用平均施肥，会造成在肥力低而其它生产性状好的区域施肥不足；而在肥力高但其它生产性状不好的区域则施肥过量，其结果必然造成肥料浪费、成本提高和环境污染。
变量施肥适应不同地区、不同作物、不同土壤和不同作物生长环境的需要进行全面平衡施肥，提高肥料利用率，具有明显的经济和环境效益，有望成为未来施肥的发展方向【15、16】。
1.3施肥主要支撑技术
（1） 全球定位系统（Global Positioning System，GPS）
精确农业中的定位信息采集与变量实施，需要应用GPS。已经建成投入运行的有美国GPS系统和俄罗斯的全球轨道导航卫星系统(GLONASS)。目前欧洲为了满足本地区导航定位的需求，计划开发针对GPS和GLONASS的广域星基增强系统（EGNOS），包括地面设施和空间卫星，以提高GPS和GLONASS系统的精度、完备性和可用性。同时，为了打破目前世界美、俄全球定位系统在这一领域的垄断，欧洲决定启伽利略计划，建立自主的民用全球卫星定位系统（GALILEO）。
应用于农业的GPS产品，如美国Trimble公司Ag132 12通道GPS接收机，可接收信标台的地区性差分校正信号免费服务或获得由近地卫星转发的广域差分收费校正信号服务，提供可靠的分米级定位和0.16km/h的速度测量精度。可用于农田面积和周边测量、引导田间变量信息定位采集、作物产量小区定位计量、变量作业农业机械实施定位处方施肥、播种、喷药、灌溉和提供农业机械田间导航信息等。
（2）地理信息系统 (Geographical Information System，GIS)
GIS是以采集、存储、管理、描述、分析地球表面及空间和地理分布有关的数据信息系统，即它是以计算机为工具，具有地理图形和空间定位功能的空间型数据管理系统，在技术上已经成熟【1]。它在精确农业技术体系中主要用于建立农田土地管理，土壤数据、自然条件、作物苗情、病虫草害发生发展趋势、作物产量的空间分布等的空间信息数据库和进行空间信息的地理统计处理、图形转换与表达等，为分析差异性和实施调控提供处方信息【2】。
（3）传感、监测系统及遥感（Romote Sensing，RS）
精确农业技术实际上是一种以信息为基础的农业管理系统。它利用传感器及监测技术可以方便、准确、完整地获得当时当地的必要数据，再根据各因素在控制作物生长中的作用规律或其相互关系，迅速作出恰当的管理决策，进而控制对作物的投入或调整作业操作。广义的说，遥感是在不接触的情况下，对目标物进行远距离感知的一种探测技术；侠义上说是指通过航空或航天遥感平台（飞机或卫星），利用传感器（如扫描仪、雷达等）获取目标物反射或辐射的电磁波信息，通过信息的传输和处理，实现目标物远距离探测研究的科学技术。
RS技术是未来精确农业物技术体系中获得田间数据的重要来源，它可以提供大量的田间时空变化信息。近30多年来，RS技术在大面积作物产量预测，农情宏观预报等方面作出了重要贡献。（4）计算机控制器(Computer Controller)及变量执行设备(Variable Application Equipment)
控制器接收DGPS中的位置信号，从GIS中的电子地图提取变量决策信息，接收实时传感器的信息，并将它们经过处理转换为控制信号，然后输出给变量执行设备，通过液动、气动或电动系统实现对作物的变量投入。控制器还可以接收执行设备传来的反馈信号，对作物投入量进行调整并存档备查。【2】
1.4变量施肥技术国内外研究现状 1.4.1国外研究现状
美国的精确农业在70年代起步，开始注意土壤和农作物条件的变化与改善管理的关系，八十年代初提出精确农业的概念和设想，已有精确农业概念的商业化应用，九十年代初进入生产实际应用。在美国，以土地平坦、经营规模大的中西部大平原地区发展最快。美国已经将土壤类型、土壤质地、土壤养分含量、历年施肥和产量情况等有关信息输入计算机，形成了资料齐全的土壤养分和肥料信息系统。那里的许多地区和农场，已将此类信息制成GIS土壤养分或肥料使用的GIS图层，形成了信息农业和精确农业的技术支持体系，并在此基础上发展形成了精确农业变量施肥技术。在田间任何一个操作单元上均可实现各种营养元素的全面平衡供应，肥料投入更为合理，使肥料利用率和施肥增产效益提高到较理想的水平。在这种管理水平下，氮肥当季利用率可达60％以上【24，25】。
此外，在英国、德国、荷兰、法国、加拿大、澳大利亚、巴西等国家都有开展精确农业研究和应用的报道。日本、韩国等国家近年来已加快开展精确农业的研究工作，并得到政府部门和相关企业的大力支持。
变量施肥技术作为精确农业技术的重要组成部分，经过近二十年的研究与开发，在欧美发达国家发展很快，已初具规模，其相关技术已日臻完善和商品化【26，27】。近年来，美国在播种、施肥、喷药、灌溉技术等方面已实现变量控制【6】。
目前变量施肥大多数是基于电子地图的自动变量施肥，其中根据GPS信号和施肥量信号向驱动模块发出控制指令的控制台是整个变量施肥系统的核心。欧洲的RDS公司、Hrdro Agri公司等，美洲的Agtron公司、Agleader公司、Micro－Trak公司、Mid－Tech公司、Trimble公司等已经有具有通用性的产品上市，其接口可以适应液肥、粒肥等多种作业机械的控制。
例如，1995年美国明尼苏达州、华盛顿州开发了商品性变量投入技术(VRT～Variable Rate Technology)应用设备【11，28】。Mid－Tech公司生产的新型控制器TASC6200具有较大的适应范围，可控制液体、颗粒状固体、液态氨、排种、化学农药注射系统等，具有很大的通用性。Rawson控制系统公司生产的ACCU-RATE变量控制器【29】是一种多功能的处理器，可以进行编程独立控制两种种子变量播种，或者在同一时间控制种子和化肥两个量。有两个RS-232口用来输入两种GIS决策信息，其处理器可以显示速度信息、面积计算、距离以及每亩种子数量和化肥的重量。该处理器有一个GPS工作模式和一个人工作业模式，在人工作业模式下，通过拨号来控制施肥量或播种量的变化。可以用于精确播种、条播、飞播任意类型的种子，也可以用于液态化肥或固态化肥的变量实施。另外，Ag Leader公司生产的PFA田间计算机【29】使精确农业播种和施肥的精确和简单达到一个更高的水平。它带内置GPS，可直接控制Rawson变量液压驱动系统，不需变量控制器中间环节。通过手动设置或自动读取处方图，控制播种、固体化肥或液态产品的施用。作业过程中可记录实际施肥量或播种量，同时利用导航光靶进行导航。
日本对氮肥变量实施进行了研究。由Hatsuta工业公司制造的稻田变量施肥机是基于地图的，可施用固体肥料、喷药等。系统由电子马达、容量为120L的肥箱、六个测连装置和十二只喷管组成，由地轮传感器测得机具前进速度，机载GPS测得位置信息，查询地图中相应的施肥量，从而控制排肥口的施肥量。实验表明变量施肥比传统均一施肥节肥12.8%，而且使水稻种植获得高产成为可能【30】。
俄罗斯全俄农机化研究所【31】自行研制了自动变量施肥机，并进行了田间试验。该机自动变量控制原理是：在排肥口装一个电磁铁和共振片，通过控制电磁频率，使共振片震动，达到开启和闭合的目的，从而自动控制施肥量变化。
德国AMAZONE公司【10，32】开发了一种主要用于麦类作物春季追肥的实时自动变量施肥机。在该机器的中央控制单元里，存储变量施肥处方图，同时通过拖拉机前部安装的基于机器视觉的作物长势传感器，监测作物冠层的叶绿素含量，判断作物的营养状态，计算出氮的追肥需要量对原来的处方图作出修正，然后通过液压马达控制变量施肥。
精确农业在美国等发达国家已经形成一种高新技术与农业生产相结合的产业，已被广泛承认是可持续发展农业的重要途径，并无疑是21世纪领先的农业生产技术。
1.4.2国内研究现状及存在问题
早在80年代，上海就开展过计算机指导下的测土施肥研究，并在生产上取得了良好的效果。现在正在已有工作的基础之上进一步研究应用适于上海地区的精确施肥系统。1996年5月在中国化工学会和中国植物营养与肥料学会联合召开的“提高肥料养分利用率学术研究会”上指出，我国化肥当季利用率低。由于化肥消费量的大部分是氮肥且易淋溶和挥发损失，所以，提高化肥利用率和肥效的重点是氮肥。与会专家预测，到2010年化肥利用率的目标是：氮肥当季利用率提高10个百分点，即由30%～35%，提高到40%～45%【33，34】。但是，测土推荐平衡施肥这一初级技术尚未真正落实，在土壤养分状况、养分管理和施肥技术等方面研究基础更是薄弱。现有的有限资料也分散，未能真正用于生产发挥作用，以至于农民在施肥上存在很大盲目性；氮、磷、钾肥施用比例不合理；中、微量元素缺乏；肥料利用率低，肥料的增产效益没能充分发挥。
美国液态复合肥使用率高，复合肥中大量元素供给量也明显高于我国。据研究报道，美国氮肥中液N使用量占23.6%，复合肥中供N和P的百分率分别为20.1%和93.4%。而中国目前液态N肥的生产和使用量非常少，P、K及其它液肥几乎没有；复合肥中提供N的百分率为7.2%(比美国低13%)，提供P的比例为40.4%(比美国低53%)。在液态复合肥应用上，我国落后美国20~30年【35】。因此，在普及应用颗粒复合肥的同时，逐步推广液态复合肥，研究和引进美国液肥生产和施用技术，对发展我国农业具有很大促进作用。
目前精确农业的技术思想已开始在我国传播和引起科技和产业界的重视。国家在863计划中已列入了精确农业的内容【11，36】，也有多家科研单位开展了变量施肥的研究工作。
河北农业大学人工智能研究中心研究了用于变量施肥的决策支持系统VRF－ISDSS【37】。系统包括农业区的基础地理信息、作物生产知识、作物生长养分需求的数学模型和分析方法，利用知识库的知识对决策方案进行调节和优化，能够进行精确农业变量施肥的智能决策与空间决策。
2000年，清华大学与北京市农业局合作，通过GPS田间管理系统对田间土地进行精确采样和精确施肥的研究【38】。国家农业信息化工程技术研究中心【39】追踪国际上精确农业的最新成果，进行技术与设备的引进、消化和吸收。他们依靠引进和自主研发相结合，研制的自动变量施肥机、农药喷洒机可实现动态变量投入，获得了国家专利。其自动变量控制也是基于地图的，由地轮雷达测速仪测得机具前进速度，机载GPS得到机具精确的位置信息，利用田间计算机(AgGPS170)读取处方图对应的施肥量，通过控制变量控制器驱动液压系统，从而实现控制施肥量的目的。
此外，农作物生长性状遥感监测、土壤养分和水分快速监测、作物生长模型、专家系统、决策支持系统、施肥、喷药、灌溉的智能化技术等研究已在中国农业大学、中国科学院、吉林大学、国家农业信息化工程技术研究中心、中国农业科学院、等单位展开【2，40，41】。
我国当今农业机械技术水平从总体上看落后发达国家不止20年【20、66】，在变量施肥技术研究方面，基本是引进国外先进技术设备，进行消化、吸收的跟踪研究。需要在变量施肥技术及相关技术方面，如采样技术、采样导航技术、土壤速测技术、施肥决策技术和产量记录技术等领域推动高新技术的应用研究与实践，开发适于我国国情先进的变量施肥技术，使之成为一个有机的技术体系。精确农业的示范试验研究有可能成为农业机械装备领域应用信息高新技术实现技术创新的切入点。研究和开发自动变量施肥技术，具有重要的社会意义，而自动变量施肥控制系统作为关键环节之一，为自动变量施肥的实现提供了技术支持。
1.5本文技术路线及研究内容
SHAPE \* MERGEFORMAT 自动变量施肥技术分为基于传感器和基于地图两种。在基于传感器的方式中，通过传感器实时得到田间土壤养分、水分、种子等方面的数据后，实时自动控制变量投入；在基于地图的工作方式中，数据被收集和存储后，经过分析处理做出变量决策，然后进行控制变量投入操作。目前大多数变量施肥是基于地图的，但是随着实时传感器技术的日益成熟，基于传感器的变量施肥控制系统将得到越来越广泛的应用。
本文自动变量施肥控制系统是基于地图的，整个控制系统分为手动和全自动两种工作模式。控制系统技术路线如图1.2所示。
SHAPE \* MERGEFORMAT
首先通过施肥机排肥标定确定标定参数，写入控制程序中。在自动模式下，系统通过RS232串口将DGPS信号读入单片机，提取机具前进速度v和经、纬度位置数据，通过网格识别程序计算出当前机具所在的地块网格名称，然后查询对应于该地块的决策施肥量Q，并显示当前位置和施肥量。手动模式下，通过键盘输入各个网格的施肥量，并读取地轮接近开关传感器的脉冲信号得到机具前进的速度值。最后，通过施肥公式计算所需的步进电机转速n，将该转速转化为变频脉冲驱动步进电机转动，经过变速控制排肥轴从而实现变量施肥。
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基于控制系统的技术路线，需要研究的主要内容如下：
(1)
在分析影响施肥的各种因素和施肥控制原理的基础上，确定变量施肥控制系统实施方案；
(2)
分析控制系统的输入和输出条件，设计采用单片机为核心的控制系统作为自动变量施肥执行机构的控制器；
(3)
编写单片机控制程序，实现对DGPS位置和速度信息的提取及对地轮传感器脉冲值的提取，并要求能够正确识别地块网格和查询对应施肥量；
(
4)
确定施肥控制曲线和实际排肥量、排肥轴的转速及施肥机具前进速度三者的关系，建立自动变量施肥的控制模型。
第二章自动变量施肥控制系统设计
2.1系统要求
2.1.1系统输入输出信号
自动变量施肥机所要达到的目的是在不同地块网格达到按需施肥，控制系统的任务就是根据输入信号计算得到步进电机工作所需的控制脉冲，然后输出。
输入信号有：DGPS经纬度位置信号和速度信号、接近开关传感器或角度－数字编码器得到的地轮转速脉冲信号、键盘输入施肥量、存储施肥决策数据的IC卡接口。
输出信号有：控制步进电机转速的变频脉冲信号、显示施肥网格编号和施肥量/速度值、显示DGPS信号正常接收的指示信号等。
2.1.2系统通信
控制系统实际变量施肥作业时需要接收DGPS信号。在施肥网格识别模拟中则需要接收由计算机串行口输出的模拟DGPS数据。同时作为精确农业变量的实施执行机构，要求控制系统能与计算机进行通信，可以直接提取GIS作出的决策数据，用于变量控制的实施。
2.2系统设计
2.2.1影响排肥量的主要因素
（1）肥料自身的物理特性
颗粒状肥料自身的物理特性主要包括松散性、架空性、成块性和流动性等，松散性好、不易架空、不易成块、流动性好的肥料，利于实现顺利排肥。
（2）排肥器类型和工作参数影响【3】
排肥器类型有圆盘式、搅龙式、槽轮式等，本文自动变量施肥机采用普通的外槽轮式排肥器。此种排肥器每转的排肥量为：
（2－1）
式中：q1、q2－排肥器每转强制层和带动层的排肥量（g）；
d－外槽轮的直径（cm）；
L－外槽轮工作长度（cm）；
γ－肥料容重（g/cm3）；
n－排肥轴转速（rpm）；
α(n)－肥料对凹槽的充满系数，与转速有关；
f－每个凹槽的端面积（cm2）；
t－槽的节距(cm)；
cn(n)－带动层的特性系数或计算厚度(cm)，与转速有关。
则排肥器每分钟的排肥量为：
（2－2）
对于固定的排肥器来说，影响排肥量的参数是排肥器的轴向长度L和排肥轴的转速n，二者均与排肥量成正比。
（3）机具前进速度的影响
计算出施肥机每公顷施肥量为：
（2－3）
式中：q－排肥器每分钟的排肥量（g/min）；
B－施肥机行距（m）；
v－机具前进速度（km/h）。
可以看出，机具前进速度v与施肥量成反比。
2.2.2施肥原理
（1）施肥控制公式
当排肥轴转速一定时，机具前进速度增加，单位面积施肥量减少。如果考虑到机具前进速度的影响，则不同地块网格施肥量为：
（2－4）
其中q(n)表示排肥器排肥量，是排肥轴转速n的函数。如果对排肥器排肥量和排肥轴转速的关系进行标定，则有标定拟合方程：
（2－5）
其中，k－标定直线斜率；b－标定直线截距。
把标定拟合方程代入施肥量公式（2－4）中，得到步进电机转速控制公式：
（2－6）
其中，i－排肥轴与电机传动比。
本文中，六行自动变量施肥机的步进电机需要通过链条与排肥轴连接，而两行自动变量施肥机的步进电机通过连轴器直接与排肥轴连接，所以传动比i针对不同情况可以选用不同值。
对于确定的施肥机和肥料，参数B、b、k、i是确定值，可以作为常量写入单片机或存储在IC卡中。对于不同的施肥机或肥料，只需要改变这些参数，而不必改变程序，从而使软件具有通用性。对于一定的施肥量Q来说，电机转速n随不同机具前进速度v而改变，可以通过控制电机转速n达到适应不同机具前进速度v下的变量施肥要求。
（2）网格识别计算
在自动变量施肥中，根据各网格土壤养分分布情况，要求同一地块中的不同网格有不同的理论施肥量。为此需要接收DGPS信号，从中实时提取施肥机当前位置的经、纬度和速度信息，判断施肥机所处的地块网格，才能针对该网格的施肥要求进行变量施肥。
网格识别计算公式如下【4】：
其中：
式中：X0、Y0－地块基点经纬度坐标值（0）；
X、Y－当前位置经、纬度坐标值（0）；
M－网格经度方向数字编号（列）；
N－网格纬度方向数字编号（行）；
α－地块纵向边与高度线偏角（0）；
β－地块横向边与经度线夹角（0）；
mA－网格宽度(m)；
mB－网格高度(m)；
Rlat－1米对应的纬度值（0）；
Rlon－1米对应的经度值（0）；
Lint－表示向左取整函数。
对于不同的实验地块，α、β、mA、mB、Rlat、Rlon定义为网格参数，表示网格大小、形状等。公式中对应同一地块的所有网格参数都是常量。
地块参数是对农田位置、形状和施肥网格的说明，是自动变量施肥机实现地块网格识别的必要参数。在网格识别公式中，把p、q、s、t定义为地块参数，为方便编程，可以事先算出它们的值，然后与基点经、纬度值X0、Y0一起作为网格识别公式的常量。
施肥参数由变量施肥决策系统软件生成，是与施肥网格名一一对应的理论施肥量，也是控制自动变量施肥机实现变量施肥的必要参数。地块参数和施肥参数可以作为常量写入单片机或存储在IC卡中，对不同的地块改变这些参数即可。
施肥过程中，控制系统接收到DGPS信号，进行网格识别，判断出机具所处的网格名称，查询对应的决策施肥量。同时把速度信号v和施肥量Q代入施肥控制公式（2－6）中，计算出当前所需电机转速，以单路脉冲的形式输出，从而实时控制排肥轴转动。
2.2.3控制方案
由于自动变量施肥技术的初期设备投入比较高，而且对使用人员素质也有比较高的要求，需要进行技术培训。目前我国大多数地区实行家庭承包的土地经营方式，农民没有能力单独购买GPS等设备，所以针对我国农村现有的生产条件提出采取手动和自动两种控制方案。手动控制方式比较简单，在没有GPS设备的情况下，可以根据地块的施肥决策情况或农民自主施肥决策进行手动变量控制。同时充分考虑到农业机械所需的可靠性，在田间出现丢失GPS信号或电子系统发生故障的情况下，可以通过手动控制方式，及时完成作业季节的变量施肥作业。