华南农业大学教授、中国工程院院士罗锡文: 我有一个“无人农场”的梦想

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华南农业大学教授、中国工程院院士罗锡文: 我有一个“无人农场”的梦想

6月初,在广州市增城区华南农业大学(下称“华农”)的教学科研基地,水稻进入了拔节孕穗期,稻田已是一片绿油油。这里是全球首个水稻无人农场,耕耘、播种、收获和田间管理,都可以实现无人化作业。

图1  南方+ 张冠军 拍摄

近年来,华农工程学院教授、中国工程院院士罗锡文带领团队在全国15个省启动建设了30个无人农场,其中广东有8个,主要作物包括水稻、小麦、玉米、花生等。

“无人农场是新质生产力在农业生产的集中体现,”罗锡文说,他们将全力以赴把无人农场这件事做好、做大,助力中国农业实现可持续发展和高质量发展。

在无人农场,计算机也能种好地

从原始的“刀耕火种”,到“面朝黄土背朝天”的传统农业,到蒸汽机发明后的机械化作业,再到智慧农业……以水稻种植为代表的农业生产,历经了4个阶段的生产力飞跃。

图2  南方+ 张冠军 拍摄

罗锡文致力建设的无人农场,是实现智慧农业的途径之一——耕、种、管、收,全程智能化和智慧化,人无需下田就能完成全部作业。

“我们把最新的科技成果,包括信息技术、人工智能、智能农机等结合起来,实现了全新的水稻生产,这就是新质生产力。”罗锡文说。

今年3月春耕大忙时,年近八旬的罗锡文亲自来到华农在增城的水稻无人农场。他挽起裤脚下田,测量察看无人驾驶水稻精量直播机的播种情况。

水稻直播直接将稻种播在田中,与传统育插秧相比减少了育秧、拔秧、运秧和插秧等环节。其中关键是如何让直播机均匀地将种子播进田里。

罗锡文团队为此设计了型孔可调的排种轮,型孔孔径可以适应不同品种的稻种,如杂交稻每穴播2-3颗稻种,不“走空”也不浪费。

罗锡文团队设计的型孔可调的排种轮。

罗锡文团队设计的型孔可调的排种轮。

“采用无人驾驶直播机播种,能精准控制行距和穴距,让水稻生长更加整齐,通风、透气、采光好,水稻长势好,还可以减少施药。”罗锡文说。

在无人农场的机库里,除了无人驾驶直播机,还有无人驾驶旋耕机、无人驾驶喷雾机、无人驾驶收获机……这些智能农机琳琅满目,支撑无人农场全流程自动化作业。

无人驾驶农机的行驶路线都由计算机预先设计好。作业时,横向位置误差不超过2.5厘米,1台无人驾驶旋耕机1个小时可以耕20亩田,还可以多机协同作业。

再比如,采用无人驾驶运粮车同步跟随无人驾驶收获机的“跟车卸粮”模式——收获机收获的粮食可实时精准卸到运粮车车厢中,解决了过去因收获机粮仓较小需不断往返卸粮的问题,目前这种无人驾驶主从收获技术在国际上居领先地位。

无人农场不仅大大提高了效率,还能提高产量。

2021年,在增城的全球首个水稻无人农场迎来大丰收。测产显示,优质丝苗米“19香”产量达到了每亩662.29公斤,比当地农民种植的平均产量高出了32%。

在湖南武冈的试验结果表明,在杂交水稻生产中采用无人机授粉,产量比人工赶粉提高13.4%。

“这说明,计算机也能种地,而且还能比人种得更好。”罗锡文说。

智慧农业技术创新推动生产力跃迁

无人农场是怎样的农场?经过实践,罗锡文将无人农场总结为应具有五大功能: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、作物生长过程实时全监控、智能决策精准作业全无人。

而支撑无人农场实现这五大功能的是智慧农业的核心技术——数字化感知、智能化决策、精细化作业和智慧化管理。

图4  南方+ 张冠军 拍摄

为了实现数字化感知,团队研发了“稻田水层高度及土壤含水量无线传感器网络”。通过它,能随时知道水稻田里的水层高度和土壤含水量,自动判断水田缺不缺水、需不需要灌水,从而实现稻田水情自动测定和自动灌溉。

智能化决策则依靠卫星、无人机、地面仪器等手段来实现。比如,可以根据作物长势和病虫草害信息,智能决策田间管理方案,包括灌排、施肥、打药等;可以根据作物长势和当地气象,智能决策收获方案,包括收获时间、收获方式等。

罗锡文介绍,2019年,团队在广东罗定早稻生产中采用飞机巡田精准施肥,减少氮肥施用量28%,却增产15.67%,“肥料用少了,产量却增加了”。

水稻讲究“九成熟十成收、十成熟九成收”——在水稻九成熟时收割可有十成的收成,而到了十成熟时,稻穗一碰就掉,只能有九成的收成。

“过去什么时候适宜收获,需要经验丰富的农民靠眼睛去判断,而如今通过计算机和大数据可以实现精准判断。”罗锡文说。

精准化作业则包括耕整、种植、田间管理、收获和干燥等环节。华农研发的稻谷干燥系统,每小时可将14吨稻谷的含水率由28%降到13.6%,成本比人工晒稻谷还便宜。

而在智慧化管理环节,可以远程监控农机作业位置、作业进度和作业质量。

2021年,罗锡文主持的“基于北斗的农业机械自动导航作业关键技术及应用”项目获国家科技进步二等奖。

依托无人农场的耕种管收全程技术创新,罗锡文团队还在湖南益阳千山红镇开展了再生稻生产试验,两季收割亩产量最高达到了1291.2公斤。

“袁隆平一生最想做三件事,包括一季稻亩产超1000公斤,双季稻亩产超过1500公斤,再生稻亩产超1200公斤。现在都实现了。”罗锡文说。

再生稻的成功试种,对于稳定广东粮食生产、保障国家粮食安全意义重大。罗锡文计划接下来推广“稻再麦”耕种模式,就是水稻、再生稻和小麦轮作,提高土地利用率。

要让所有科研人员都焕发勃勃生机

农民老龄化、女性化、副业化……未来谁来种田?罗锡文说,这已成为我国和世界农业面临的一个共同问题,无人农场为这一难题提供了解决方案。

在无人农场建设上,广东走在了全国前列,而罗锡文是其中的先行者和引领者。

1996年,罗锡文就带着研究生开始研究卫星定位技术;2003年起开展基于卫星定位的农业机械导航及自动作业技术的研究;2012年在全国推广无人驾驶的智能农机。

图5  南方+ 张冠军 拍摄

对罗锡文来说,广东是他的无人农场起步的地方,而广东对农业科技创新的重视,为他的无人农场梦想提供了坚实的支持。

让他印象深刻的是,很多年前他计划在广东推广水稻直播时,广东省农业农村厅就在全省建了38个试验点,以考察不同地区的直播效果。

2019年,广东省科技厅批准了罗锡文提出的无人农场建设项目,这是国内第一个由政府支持建设的无人农场项目,正是这个项目的实施,使广东省走在国内无人农场和智慧农业的前列。

未来,无人农场将如何进一步走进现实,加速形成广东农业的新质生产力?

罗锡文指出,最为迫切的是要扩大无人农场的规模。目前一套无人农场的设备价格约100万元,如果能够管1000亩地,就会产生更好的经济效益。

除了扩大经营规模,还要做好高标准农田整治,并进一步改进智能农机。罗锡文说,他的团队接下来要做好“交钥匙工程”——无人农场的运营、智能农机的使用,都要做到“傻瓜式”,让农民经过简单培训就可以自己操作。

更重要的是,要不断提高无人农场的效益。“让农民真正意识到,请人种田不如请计算机种田,这样才能真正实现农业的高质量发展。”罗锡文说。

图6  南方+ 张冠军 拍摄

罗锡文正计划将无人农场模式从种植业推广到养殖业。去年开始,团队已经启动了智慧猪场、智慧鸡场、智慧鱼场的建设,将无人农场的相关技术应用于养殖业。

“我想要真正迎来广东新的科学的春天,就是要让所有的科学家、科研人员都能够焕发勃勃生机。”罗锡文认为,这首先要有好的科研生态环境,让科研人员专注于创新研究,政府能出台更多调动科研人员积极性的好政策。

其次,要根据国家和广东的发展制定明确的科研方向,开展有组织的科研,统筹各方力量去攻克一些急需的关键科技,并完善关键技术创新的激励机制。

“今天的科学研究不是一个人,要强调团队建设和团队精神。”罗锡文特别强调,要加强科研队伍的建设,并培育更多的科研带头人。

【采写】南方+记者 李秀婷

【摄影】南方+记者 张冠军

【剪辑】南方+记者 何志豪

【海报】郑炜良

通讯员 陈芃辰 王敏

编辑 张鹏
校对 黄买冰
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