《使用贝叶斯网络确定从农场到农田的NH3排放减缓技术》

  • 来源专题:耕地与绿色发展
  • 编译者: 张毅
  • 发布时间:2025-03-31
  • 1月9日,帕多瓦大学采用贝叶斯信念网络(BBN)整合了关于氨挥发减排的定量数据与利益相关者的定性认知,建立了与牲畜、作物类型、粪便储存、施肥管理和土壤气候条件相关变量之间的概率依赖关系。相关成果以Identifying NH3 emission mitigation techniques from farm to field using a Bayesian network发表在《Journal Of Environmental Management》上。
  • 原文来源:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301479724036223?via%3Dihub
相关报告
  • 《2024美国农场和牧场报告:精准农业如何真正落地?》

    • 来源专题:农机装备
    • 编译者:袁雪
    • 发布时间:2025-05-07
    • 点击上方蓝字 轻松关注我们 美国农业部近日发布的《2024年美国农场与牧场概况报告》揭示了美国农业结构、农场经营者家庭福祉、精准农业技术应用等关键趋势。在数字农业持续发展的背景下,该报告特别聚焦于精准农业技术的采用现状与动因,为我们理解其在真实农业生产中的落地情况提供了翔实的数据支持与政策启示。 美国家庭农场仍是农业生产主力 美国农业部2024年最新发布的《农场与牧场概况报告》显示,截至2023年,美国全国共有188.98万个农场,其中96%为家庭农场,贡献了83%的农业总产值。这些农场在规模、收入和经营方式上展现出高度多样性。 小型家庭农场是数量最多的群体,占全部农场的86%,经营着41%的农业用地,但仅创造了17%的农业产值。其中包括低销售型、非农业主职型、和退休型等细分类别,这类农场普遍规模小、生产效率低、对市场波动的抵御能力较弱。相较之下,大型家庭农场(总营收超100万美元)虽然数量仅占总数的4.5%,却贡献了近一半(48%)的农业总产值,展现出更强的生产能力和盈利水平。 非家庭农场占农场总数的3.5%,其农业产值占比在2023年升至16.8%,同比大幅上升,显示出公司化经营和资本密集型农业在美国农业中的比重逐渐上升。 精准农业呈现“技术+规模”双驱动 随着农业科技进步与数字基础设施的不断完善,精准农业(Precision Agriculture, PA)技术逐步进入美国农场主的管理决策体系。2023年,美国农业部首次通过全国性调查系统性收集了精准农业技术的使用数据,覆盖作物种植和畜牧业的多个技术类型。 1. 技术使用率随农场规模显著提升 调查数据显示,精准农业技术的使用呈现显著的规模效应: 产量监测器与土壤图等为作物管理提供数据基础的工具,在小型种植农场中的采用率仅为13%,而在大型种植类家庭农场中达68%。 自动导航系统(用于自动驾驶拖拉机等机械设备)在小型农场中仅有9%采用,中型农场达52%,大型农场则高达70%。 变量施用技术(VRT),即可根据地块情况调整施肥、播种量或农药剂量的系统,小型农场采用率为5%,中型农场为32%,大型农场为45%。 这些数据说明:精准农业技术的普及路径并非平均化推进,而是以“高价值大规模”为导向优先落地到大型农场。较大的土地面积与生产规模使得这类技术的投资回报率更高,因此更容易实现落地与扩展。 2. 高端技术应用仍有限 尽管部分技术如自动导航和VRT在大型农场中渗透率较高,但一些更复杂或更昂贵的精准农业工具使用率仍然偏低: 无人机用于图像采集与农药喷洒的整体采用率不高,在大型家庭农场中为12%,非家庭农场为13%。 机器人挤奶系统主要用于奶牛场,整体采用率为19%。 牲畜可穿戴设备(用于监测体温、位置、营养等),在大型养殖场的采用率为12%,而在小型养殖场中仅为1%。 这说明,即使是在资本实力较强的大型农场中,一些技术因其高昂的成本、复杂的操作系统或依赖外部服务平台等因素,仍存在一定的落地障碍。 精准农业采纳动因:节本与省力双驱动 美国农业部的调查不仅关注精准农业技术的使用率,还深入分析了农民为何决定采用这些技术。结果显示,不同技术的采纳动因紧密契合其功能特点,呈现出“经济效益 + 劳动力优化”的双重驱动机制。 1. 提高产量与降低成本是普遍诉求 多数农民选择引入精准农业技术,核心目标在于提升单位产出、优化资源配置。例如: 55%采用产量监测器、地图或土壤图的农场表示,采纳原因是“提高产量”; 41%表示为“减少购买的投入成本”(如肥料、农药); 40%则希望“改善土壤质量或减少环境影响”。 对于采用变量施用技术(VRT)的农场来说,“节约投入成本”的动因更为显著,高达62%的用户将其作为首要理由。 2. 减少劳动力与操作疲劳成重要推力 除经济回报外,精准农业技术释放劳动力、改善作业条件的作用也越来越被重视: 在使用自动导航系统的农场中,50%表示“节省劳动力”是主要动因,64%认为“减少操作疲劳”是关键考量; 对于使用机器人挤奶系统的农场来说,这两个比例分别高达77%与41%,突显其在高强度作业场景中的优势。 这一趋势特别适用于劳动密集型或用工紧张的地区——精准农业不只是“高效”,更是“减负”。 3. 数字基础设施影响技术落地 一些精准农业技术对数据传输依赖性较强,例如牲畜可穿戴设备。虽然部分设备可在本地存储和处理数据,但若需实现远程实时监测与智能决策,则必须依赖高速互联网。 在采用此类技术的农场中,38%表示“宽带接入”是影响他们采纳决策的重要因素。由此可见,农村网络基础设施的完善程度,直接影响精准农业技术的应用深度与广度。 小型农场的困境与技术落差 尽管精准农业技术带来了可观的产出提升与成本节约潜力,但小型家庭农场的“技术可及性”问题依然突出。报告揭示了影响这一群体技术采用率的结构性因素。 1. 盈利能力薄弱,投资意愿低 以低销售型家庭农场为例: 年现金总收入(GCFI)低于15万美元; 家庭年收入中位数仅为58,300美元,农业经营的平均净收入为-5,700美元; 多数家庭依赖场外收入维持生计。 这类农场的基本运行尚属“低效或亏损状态”,因此缺乏足够资金和动力去投资高成本、高复杂度的精准农业技术。 2. 技术门槛高,服务支持有限 精准农业涉及软硬件系统协同、数据采集与分析、设备维护等一系列流程,小型农场往往缺乏: 技术能力:如精准播种、变量施肥或远程数据处理所需的专业知识; 基础设施:如宽带接入、智能设备接口; 服务渠道:周边缺乏能提供安装调试、数据分析的第三方农业技术服务商。 这使得小型农场即便意识到精准农业的潜力,也很难实现“从愿望到实践”的跃迁。 3. 政策补贴偏向大中型农场 报告指出,美国农业部的多项补贴政策(如反周期补贴、自然资源保护服务NRCS补助等)更倾向于总营收超过35万美元的中型及大型家庭农场。 虽然小型农场获得了多数CRP(保护性休耕计划)补贴,但这类补贴主要用于限制耕地开垦、支持生态恢复,而非直接用于生产性技术升级。这使得小型农场在“数字化转型”中处于相对劣势地位。 让精准农业真正落地的路径选择 精准农业技术的发展不仅仅是农业现代化的标志,更是全球应对气候变化、提高农业韧性和保障粮食安全的重要工具。然而,美国农业2023年报告所揭示的“技术应用鸿沟”也说明,仅靠市场驱动难以实现精准农业的全面普及,还需政策、资本和服务体系的深度协同。 1. 推动差异化技术推广模式 针对不同规模与类型的农场,制定匹配的技术路径: 中大型农场:应鼓励其加快集成多种精准农业技术(如自动导航、VRT、无人机),通过政府贴息贷款、购置补贴、数字平台对接等方式降低边际投入; 小型家庭农场:优先引入低成本、操作简便的基础性精准技术,如土壤图生成、简易无人机图像采集等,并提供技术培训与运维支持。 这一“分级推广”策略有助于提高技术落地效率,避免资源错配。 2. 建设数字农业公共基础设施 精准农业的运行效率离不开稳定、高速的数据环境,尤其是远程数据采集与智能决策过程。建议: 加快农村宽带网络与5G基站建设,特别是在精准畜牧业和大田作物集中分布区; 建设基于GIS的区域级农业数据中心,支撑多源数据整合与开放; 鼓励农场间共享采样平台、遥感数据与应用算法,提高技术普惠性。 3. 强化“农技+服务”双轨支持机制 精准农业设备在安装、调试、维护、数据解读方面对农民提出了更高要求。因此,需要打造一套“可用、好用、易学”的服务体系: 支持农业服务企业或合作社发展农业SaaS系统、农机远程诊断服务等新型业务; 建立“技术推广+应用演示+操作培训”的综合服务站,特别在小型农场集中区域; 推动大学、研究所与本地农户合作,构建“田间-云端”一体化试点示范基地。 4. 注重环境绩效与可持续发展 精准农业不仅仅是产出工具,更是实现绿色发展的“生态技术”。建议: 鼓励VRT技术与碳足迹、氮素流失监测系统联动,提升农业资源使用效率; 对实现显著节肥、节药、减排效果的农场进行生态补贴; 推动将精准农业纳入国家或地方的气候智慧型农业政策框架。 精准农业真正落地的关键是什么? 美国农业部2024年农场报告清晰勾勒出一幅精准农业发展的现实图景:技术已经从“可用”迈向“实用”,但尚未“普惠”。当前,精准农业正处在由局部示范向全面普及的转型关口,其能否真正落地,取决于几个核心要素: 技术能不能“匹配”不同农场:当前精准农业高度依赖规模经济和专业能力,小型农场面临明显门槛,急需低成本、低复杂度的定制解决方案; 政策能不能“托底”弱势群体:在补贴分配、基础设施建设和技术服务方面,若不能让小型和中等农场也享有公平的支持,精准农业将难以成为全行业转型的发动机; 生态能不能“配齐”服务与人才:设备不是落地的终点,运维能力、数据解读、系统集成才是精准农业的“最后一公里”,这要求公共与市场服务生态同步跟进。 归根结底,精准农业的真正落地,不仅是技术进农门,更是能力进农人、服务进农田、生态进农场。 《2024年美国农场与牧场概况报告》全文获取途径:本公众号后台回复“441” 农业科技侠交流群 入群可添加小编微信(扫描下方二维码,备注:来意-姓名-单位,若二维码添加失败,请公众号后台私信留言“入群”) 投稿、宣传推广、开白等请在本公众号后台回复“1” 转载请注明来源:本文转自农业科技侠数字与智慧农业微信公众号 编辑:周远 声明:本文旨在前沿分享,若有编辑等问题,敬请后台留言
  • 《长春:农田“舒筋活络” 黑土“养精蓄锐”》

    • 来源专题:耕地与绿色发展
    • 编译者:张毅
    • 发布时间:2024-12-03
    • “耕地深一寸,抵住上层粪,深翻浅种秧苗壮。” 初冬时节,吉林省长春市广袤的田野里依然有不少农民忙碌的身影,田间地头机声隆隆,铁犁翻开肥沃的土地,掀起了土地深翻高潮—— 连日来,全市各地抢抓落雪封冻前的窗口期,高效利用翻转犁、秸秆还田机、大马力拖拉机等现代化农业机械,高质量推进土地深翻作业,为明年春耕生产争取主动权,筑牢粮食丰产之基。 实施土地深翻好在哪儿?为农田“舒筋活络”,让黑土“养精蓄锐”。过去长期采用传统的旋耕方式,不仅未能有效打破耕层板结,还导致土壤微生物数量减少,影响和制约了粮食生产的稳定发展。而土地深翻具有松土、混土和碎土的作用,有利于农作物根系吸收下层土壤养分,还能对秸秆还田的地块起到防病虫害、除杂草的作用,极大地提升了土壤的通气性、蓄水能力。 2024年中央一号文件提出,“加大黑土地保护工程推进力度,实施耕地有机质提升行动。”近年来,长春市深入落实“藏粮于地、藏粮于技”战略,把实施土地深翻作为保护黑土地的一项重要技术模式,并因地制宜在各县(市)区推广示范—— 2015年~2017年,榆树市、农安县、公主岭市作为第一批试点县,每年在同一地块实施10万亩深翻试点,3年累计实施90万亩次。 2018年~2020年,公主岭市作为第二批试点县,每年在同一地块实施50万亩深翻试点,3年累计实施150万亩次。 从2021年开始,长春市利用国家启动黑土地保护工程的契机,依托“东北黑土地保护利用项目”全面推广“深翻+增施有机肥”技术模式,每年实施面积在190万亩以上。 …… 一连串土地深翻项目的实施,是政策的强劲推动,更是农民的高度认可,这一稳定粮食生产、促进农业增效和农民增收的重要举措,让黑土地重新焕发生机。 11月20日,在双阳区平湖街道东方村的一片稻田里,一台大型拖拉机发出轰鸣声,牵引着翻转犁在收获后的土地上来回穿梭,犁下的土地像“浪花”一样翻转,露出了黑油油的本色…… 郭大洋家庭农场负责人蹲在田埂上,盯着手里的一抔土,脸上不时露出微笑。成天与农田打交道,土地压根不是稀罕物,咋还看笑了呢?“你看,我手上这土很松软,轻轻一捻就散了。”他又从农田外捡起一块土,“再看看这块,要使劲才能捻开。别小看这点儿差别,这两种土壤种出来的水稻,产量、品质可差远了。多亏这几年重视了土地深翻,今年我们秋季作业达到900亩。” “只种地、不养地”是导致黑土地退化的重要原因,处理好黑土地保护与利用的关系,既需要政策的拉动,也需要科技的支撑。今年,长春市将对200万亩以上的土地实施“深翻+增施有机肥”作业,着力破解黑土地“变薄、变瘦、变硬”等问题,全力改善提升耕地质量。 建立深厚耕层——黑土地重泛“油光” 土地肥到家,捏把泥土冒油花。在农安县合隆镇陈家店村,随着土地深翻作业的结束,夹杂着细碎秸秆残渣的黑土地,踩上去格外松软、厚实,在阳光的映照下油黑发亮…… 种地就要“养”地,养地才能“护”地。过去,陈家店村的农田以旋耕为主,土壤板结比较严重。“黑土地就是我们的命根子!这几年,我们年年都深翻,让秸秆还田到更深的土壤中,有效提升了土壤有机质含量,土壤板结问题也解决了。”众一农业机械专业合作社理事长说。 守住了黑土地,才能多种粮、多产粮。望着装满玉米的粮仓,种地“老把式”陈忠国掰着手指细数土地深翻的好处,“玉米长得壮、出苗好、产量高……我们10年前就开始深翻土地,现在土地‘贼有劲儿’。”每年秋收后,众一农业机械专业合作社都会通过土地深翻,将粉碎的秸秆还田,今年将在村里实施“深翻+秸秆全量还田”作业6000多亩,持续提高土壤有机质含量。 保护黑土地是个慢功夫!与深松让土地透气不同,深翻是把深处的土层全部翻出来‘深呼吸’。深翻最明显的变化就是实现了还田秸秆的深层腐熟,有机质转化效率更高。 “黑土地保护的核心,就是增加土壤有机质含量,含量越高土壤越肥沃,耕层越深提供的养分就越多。”市农业农村局相关负责人介绍,通过土地深翻可以建立起深厚的耕层,秸秆在地里腐熟可以转化成有机质。增施一定量的有机肥,降低化肥的投入量,有利于农田中的生物菌繁殖,达到了活化养护土地、改善土壤结构的效果。初步测算,经过深翻的地块,种植玉米每公顷增产5%左右,增产效果可持续3年~5年。 标准化作业——耕地吃上“营养套餐” 在有着“天下第一粮仓”之称的榆树市,闵家镇的深翻整地序曲已悄然奏响。按照土地深翻的作业标准,秸秆还田机在田间粉碎秸秆,大马力拖拉机配套的翻转犁打破犁底层,秸秆粉碎还田和增施有机肥在同一地块叠加实施,不仅增加了土壤肥力,还解决了秋收后处理秸秆的难题。 “利用大型农机具,可将土地一次深翻35厘米左右,粉碎后的秸秆长度大约在5厘米,很适合与土壤混合在一起,从而提升地力。”闵家镇金家村种粮大户告诉记者,秸秆还田需要腐熟一段时间后才能发挥作用,土地深翻搭配增施有机肥效果更佳。去年,村里的合作社采取“深翻+增施有机肥”的作业模式,今年秋收每亩实现2000斤的高产。 为了应用好土地深翻作业模式,长春市经过多年的探索试验,从农机具配套、深翻深度到施肥用量、平整土地,总结出一套标准化作业模式,推出适合当地土壤情况的“营养套餐”—— 秋收后,采用大马力拖拉机配套的翻转犁进行深翻作业,旱田机械深翻深度需达到25厘米~30厘米,水田机械深翻深度需达到15厘米以上。采用“深翻+增施有机肥”作业模式的地块,每公顷撒施商品有机肥2000斤以上,或每公顷撒施腐熟好的堆沤肥15立方米~20立方米。深翻后用耙地机械平整地面,播种前做好松土、晒土、除草等环节,确保土壤稳定和作物生长良好。 在榆树市恩育乡利民村,农得利农机专业合作社负责人对土地深翻同样深有体会,“以前地里的秸秆会导致地温迟迟上不来,土地深翻后,地面升温快,一般可以提前5天左右播种,更有利于庄稼生长。”他还算了一笔账,“这样的持续投入能增产10%,保守估计少用化肥10%,再加上降低的农机作业成本、人工成本,每亩地多收入一二百元不成问题。” 从过去的旋耕种植、“一炮轰”施肥,到如今的“深翻+增施有机肥”,现代农业技术正在改变传统的耕种方式。“化肥能促进粮食增产,但用得太多、用得不合理,时间长了就会引起耕地退化、地力下降。”现在大伙儿都意识到土地深翻的重要性,深翻时还要合理使用有机肥,让土地吃上“营养套餐”。 土地深翻标准化作业,不仅使耕地质量得到改善、农业抗灾能力和综合生产能力逐步增强,而且收到了节省成本的良好效果。正在农田里指导作业的榆树市农业技术推广服务中心主任表示,实践证明,这一技术模式既利于保墒,又利于播种,还可以提高地温,从而提高农作物保苗率。目前,他们对土地深翻实行了标准化管理,改变了粗放耕作方式,力求作业规程一致、标准一贯、质量一流。 机械化助力——深翻作业高效推进 土地深翻离不开农机配套。在公主岭市刘房子街道向阳坡村的一片农田里,贵龙农机专业合作社的几台大型农机来回奔忙,随着秸秆还田机缓缓驶过,粉碎后的玉米秸秆均匀地覆盖在地表。紧随的大马力拖拉机牵引着液压翻转犁驶来,所过之处粉碎后的秸秆被搅拌进地里,深翻后的土地褪去了“黄金衣”,披上了“黑甲片”。 为何要将秸秆粉碎后再进行土地深翻?“秸秆直接深翻还田容易露出地表,还会增加腐熟难度、滋生病虫害,影响玉米扎根和土壤水肥输送。”公主岭市农业技术推广总站副站长解答了记者的疑问,“粉碎后的秸秆便于深翻到土壤下层,更有利于腐熟,如果粉碎效果不好,还可以进行二次粉碎。土地深翻后,我们还会在秋季和春季耙地两次,形成了适合公主岭市的秸秆粉碎翻压还田综合配套技术模式。” 在几台大型农机装备的加持下,只用了不到1个小时就完成了10多亩地的深翻作业。今年,贵龙农机专业合作社将实施土地深翻1800亩,预计10天左右就能全部完成。“使用大型农机深翻后的土地又实又深,作业效率特别高。”尝到深翻甜头的贵龙农机专业合作社负责人说,“秸秆还田机、大马力拖拉机、翻转犁是土地深翻必不可少的配套装备,这两年我们逐渐把家伙什配齐了,为土地深翻作业提速。” 在长春,以玉米、水稻种植为主的新型农业经营主体大多是农机大户,随着土地适度规模经营的不断发展,新发展起来的新型农业经营主体,已成为实施土地深翻作业的“主力军”。围绕土地深翻,全市各地的农机服务组织及农机户合理配套农机具,相继组建起专业的机械化队伍,粮食主产区基本实现全覆盖,并向村级延伸。 在榆树市八号镇,为确保土地深翻顺利进行,全镇整体布局、整村推进,组织26台翻转犁合理分配到各作业地块,并以每天3000亩的深翻速度,快速推进整地工作,为明年农作物稳产增产培肥地力。 “我们提前制订了土地深翻方案,按计划组织农业机械开展作业,农田每三年深翻一次,确保全镇土地都能得到深翻提升。”八号镇相关负责人介绍,秋收后他们积极组织镇村组三级干部进行秋翻整地宣传动员,并安排农技人员深入田间地头进行技术指导,全方位提高农民对这项技术的认识,带动更多农户保护好黑土地、增产又增收。 稻田深翻作业——补齐“短板”激发潜能 “我们是首次尝试水稻深翻作业,目前看效果非常不错。”在九台区龙嘉街道饮马河村的一片稻田里,凤财种植家庭农场的翻转犁轻轻地翻开土壤,把富含养分的稻秆翻转到下层。“不同于旱田,水田机械深翻的深度在15厘米~20厘米。通过深翻稻田,能降低化肥和农药的用量,生产出更绿色、更优质的水稻。”农场负责人说。今年,凤财种植家庭农场将开展土地深翻作业2000余亩,为明年春季备耕打好提前量。 起初,听说要少用化肥,农户们都捏了一把汗,直到亲眼看见深翻作业,他们才真正放心。一幕幕真实的场景,强烈的反差对比,让村民们竖起了大拇指,“过去的土地踩上去硬邦邦的,深翻过后就像海绵一样,既抗旱又防涝,还解决了处理秸秆的难题。”饮马河村村民笑着说,“产量越来越高,耕地越种越肥,我们是发自内心地认可。” 作为长春市主要的两大粮食作物,玉米秸秆实现了肥料化利用,而稻秆的综合利用却存在“短板”。为了破解传统整地埋茬不深、稻秆腐烂不彻底等问题,长春市着力推广水田机械深翻,并为农民提供相应的技术支持,在实现稻秆全量还田的同时,拓展了水稻秸秆综合利用新途径。 水田深翻有哪些优势?“开春后不用耙地了!翻完后的土地非常松软,更便于我们泡田打浆,直接进水就可以平地插秧,省了不少事。土壤肥力好、墒情好,水稻长势肯定差不了!”庄稼人心里都有本账,让秸秆还田代替化肥,相当于给土地吃了“补药”,而且“药效”长、有后劲儿。秋收后水田翻地,不仅能增加土壤的透气性、吸热性,提高土壤肥力,还能将潜藏在土壤中的病虫害翻到地表,利用冬季低温将其消灭。