石河子大学：棉花生产智慧精准管理技术助力农业发展

　　一、项目基本情况

　　棉花是关系国计民生的重要战略物资，也是我国最重要的经济作物，在农业经济发展中起重要作用。新疆是棉花主产区，种植面积占全国73.2%，产量占 83.8%，在我国乃至全球棉花生产格局中占有极其重要的地位。新疆棉花具有规模化与机械化程度高、生产现代化水平高等特点，目前，国内棉花种植技术质量参差不齐，前期调研数据显示，在棉花规模化生产精准技术实际应用中，还存在监测时效性差、决策依据不充分、控制不精准及管理效率低等技术薄弱点，极大地制约了棉花精准生产、提质增效与可持续发展。

　　为解决农户种植收入低、栽培技术落后以及销售渠道短缺等问题，学校团队研发了一系列棉花生产智慧精准管理技术与装备，突破传统棉花产业主观性太强的种植瓶颈，实现规模化棉花精准生产的提质增效，并开发新疆兵团棉花生产大数据平台，帮助农民增产增收、帮助贫困户脱贫致富。利用栽培、信息、自控等技术，开展多学科交叉攻关，采取“攻关→集成→示范→推广”的协同联动模式，创建了棉花规模化生产关键环节精准监控技术体系。一是按播种、水肥管理、虫害管理和收获 4 个关键环节，创建了“种→管→收”精准监控技术；二是通过物联网信息采集、反馈与专家决策相结合，创建了“监测→决策→精控”的技术流程；三是以“精准定量”为主线，技术与装备相结合，研制了精准监控装备；四是集成创新成果，建立了适合各生产区的棉花精准作业技术规程，提高了植棉水平和效率，实现节本增效，引领了全国作物精准技术的创新和应用。

　　绿洲农业信息技术与智慧农业创新团队服务于进行棉花种植的棉农及相关团场、农业合作社，服务的性质决定了目标市场为全国各地棉花团场和农业合作社以及与其关系密切的使用者棉农群体。团队与当地农业合作社合作，为农民提供农业信息技术指导，进行仪器设备使用培训，渗透精准农业理念。建立合作示范基地，形成产、学、研联盟，实现贫困户及农户每亩增产160元，确保农户增收。依托团队项目技术成果在南北疆各团场建立示范基地，形成了以“科研院校+企业”为核心，“团场技术部部门+农业合作社”为辅助，团场棉农为主要服务对象的多元化技术服务体系，近三年累计推广棉花种植面积达2582.97 万亩，相关技术及装备已辐射推广至我国其他棉区。

　　二、主要做法

　　新疆南疆地区自然条件恶劣、经济基础薄弱，是典型的连片特困地区，贫困程度深，脱贫任务非常艰巨。木萨艾力是南疆贫困地区的一位农民，他以种植棉花为主要的经济来源，而由于自身文化水平受限，在进行种植作业时基本依赖以往的经验，种植管理技术落后，与新时代的发展和市场的脚步不能保持一致。当前南疆经济发展较全疆来说较为落后，棉花的机械化程度不高，同时人工成本开始加大，整体质量不高，且棉花种植市场管理机制不够完善，品种审核不到位，许多棉花种子不良卖家为了自身的利益，通过各种不当渠道售卖质量较差的棉花种子，既浪费了他的精力与财力，又浪费了土地资源。生产管理、技术落后、销路阻塞等一系列问题导致木萨艾力在一年的辛苦劳作后得到的是植棉收入的惨淡，每亩收益只有几百块钱，难以维系家里最基本的开支，这个问题一直困扰着木萨艾力。

　　团队根据南疆特殊的自然与经济状况，因地制宜制定扶贫方案，以“支部+企业+农户+基地”的模式推进棉花“种”“管”“收”精准监测体系进程，带领贫困户、低收入家庭和无收入来源家庭，按照符合自身特点的方式因户施策，展开精准扶贫工作。

　　1.制定学校+企业+农户+试验基地的扶贫策略和技术指导

　　目前南疆体现出棉花种植杂乱，部分棉花种植大县种植品种多达 30个，容易导致对棉花生长特性、种植要点不了解，也直接导致出苗差、棉花的病虫害严重。其次，机械化种植程度不高也成为种植收益的重要限制性因素。团队以木萨艾力家中的农田为基础进行考察分析，发现棉花管理状况较差，病虫害情况严重。针对这一情况，团队制定了“支部+企业+农户+试验基地”的扶贫策略和技术指导，在田间考察种植作物情况，为棉农免费施用棉花精准管理技术服务、主要监测棉花生产全程多源信息融合的农情信息监测技术及系统，建立无人机航空植保精准喷药技术，棉花全程机械化率提高10%，农药使用量减少20-30%，在棉花生产全程农情信息精准监测技术与多源信息融合的农情信息监测技术及平台的尝试施用下，初步解决了棉花精准施药处方依据不科学、施药位置定不准、药量控制不精确的技术难题，为增加棉花收益提供了有效途径。

　　2.制定有效措施，突破瓶颈制约

　　团队主要采取了两项措施鼓励木萨艾力突破棉花种植瓶颈。一是加强技术培训，每年都结合新型职业农民技术培训等工作，大力宣传及推广精准棉花监测技术的使用方法，并无偿提供部分需要的服务设备，同时给每个棉农发放《棉花生产管理技术手册》，内容包括棉花生产智慧精准与管理技术规范与要点，让生产者做到心里有数。二是专家团队护航，在专家团队的大力支持下，针对农情信息监测不精确、生产管理决策不科学、生产控制不精准等制约瓶颈，指导南疆贫困地区进行棉花规模化生产精准监控技术普及，及时召开现场观摩推进会，推广成功经验，为规模化生产监测种植与利用打下良好基础。

　　3.以点带面，建立长效扶贫机制

　　通过合理种植和农户的积极配合，棉花长势喜人，农户的收益情况明显好转。基于此，团队深入实施贫困地区棉产业播种、监测与收割提升改化行动，为其他地区的农民提供农业信息技术指导，进行仪器设备使用培训，渗透精准农业理念。

　　三、取得的成效

　　团队经过多年推广技术指导，近三年在新疆棉区累计推广582.97万亩，主要包括新疆兵团第一师，应用规模达57万亩，辐射3团、6团、7团等，累计获益农户2345户；新疆兵团第三师，应用规模达22.85万亩，辐射44团、51团等，累计获益农户2349户；新疆兵团第五师，应用规模达61.55万亩，辐射82团、87团、90团等，累计获益农户1653户；新疆兵团第七师，应用规模达37.68亩，辐射127团、130团、131团等。2019年，木萨艾力带动周围的六户贫困户共额外增加了12万元收入，为三师51团全体脱贫起了关键性的带头作用，为整个连队脱贫摘帽作出了巨大贡献。团队的工作既解决了村庄的收成问题，又增强了当地的“造血”功能，在实现双赢的同时，棉花产业的精准扶贫与各地乡村产业振兴有效衔接，引导村庄由注重产业覆盖向注重产业长效发展转变，持续推进扶贫产业提质增效、提档升级，起到了促进农村组织和农民增收、帮助新疆特色产业结构优化的效果，让就业岗位和增值收益更多留在贫困地区、留给村庄的贫困群众。

　　项目改变了传统的生产管理模式，使用完全自主研发的精准监控技术与装备，替代了国外产品，利用规模化植棉精准监控新技术，增加了植棉效益，实现节本增效，促进了棉花生产技术进步。近几年来棉花生产效益提高，棉花生产智慧精准管理技术得到周济院士、陈学庚院士及相关评价专家组的一致好评。专家组认为该项目具有广泛的推广应用价值，项目成果达到国内领先水平。《科技日报》《兵团日报》等相继报道了项目取得的重大突破，通过精准施肥，农机云服务等，改变了当前农情信息检测不精确、生产管理决策不科学等问题。

　　四、典型案例

　　石河子大学农学院天山云海棉花生产智慧精准管理技术服务团队致力于推广棉花精准智慧管理技术和装备，针对棉花管理水平低、质量把控弱等植棉问题，为农户提供棉花从播种到收获一体化精准管理的技术服务，实现规模化棉花精准生产，为棉农增产致富。团队于2021年荣获第七届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛总决赛“青年红色筑梦之旅”赛道全国金奖（新疆唯一）。

　　1.情况

　　天山云海团队依托绿洲生态重点实验室研发的从棉花播种到销售一体化的智慧精准管理技术与装备，突破传统棉花产业主观性太强的种植瓶颈，实现规模化棉花精准生产的提质增效。项目成果经中国农学会认证，已经达到国际领先水平。团队形成以“科研院校+企业”为核心，“团场技术部部门+农业合作社”为辅助，棉农为主要服务对象的多元化技术服务体系。

　　创建棉花规模化生产关键环节精准监控技术体系，引领了全国作物精准技术的创新和应用。近三年，在新疆生产建设兵团第一师、第二师、第三师、第七师、第八师、沙湾县、奇台县等地区，累计推广棉花精准管理技术应用面积582.97万亩，棉花增产45万吨，节本效益高达4738万元。

　　2.效果

　　棉花是兵团第三师51团的支柱产业，但在种植管理棉花过程中，棉农一直是长期粗放种植，产量低、效益差。

　　2015年，当陈翔宇到达这个漫漫黄沙、热浪灼人的51团，他有想过离开，但他看到了连队棉花生产粗放种植的问题，棉田杂草丛生、虫害泛滥，与在大学、在家里看到的棉花地截然不同。团队重点服务对象之一的木萨艾力，拥有50亩棉花地，亩产只有280公斤，年收入只有仅仅5000元左右，难以维持家里五个孩子和两位老人的生计，这深深触动了陈翔宇的心。改变这里的植棉问题，解决像木萨艾力这样面临困境的棉农脱贫问题，是他留在这里的动力。

　　几年里，天山云海团队，在51团建立了6个农业技术推广核心示范基地。其中以木萨艾力的棉田建立的核心示范基地，通过利用精量播种系统、水肥一体化管理系统和精准病虫害监测系统等精准农业技术，使种植棉花效益显著提升。“非常感谢陈翔宇和天山云海团队。这几年，陈翔宇去地里的次数不比我去得少，刚看到他的时候是一个白净帅气的小伙，现在跟我们农民一样黑了。我打心底感谢他，能感受到他们真心实意地为我们做事情，解决我们的困难。”木萨艾力真诚地说道。通过这些技术，减少了不少人力、物力，木萨艾力家的棉花产量也从当年的280公斤提升到580公斤，过上了不愁吃穿的好日子。

　　2019年，在团队助力下，51团实现了全面脱贫，当前的51团4连样貌焕然一新。连队霍书记感谢团队几年的辛苦付出，最后的239户贫困户也终于实现脱贫，这少不了团队带来的新技术、新知识和诚挚的帮扶行动，为连队提供良好的智力支持，扩大连队农户的棉花精准种植管理知识，有效提高棉农的精细管理意识，连队棉花亩产从2015年的260公斤增产至450公斤，实现棉农的增产增收。

　　2017年起，依托吕新教授精准农业团队研发的棉花全生产精准管理技术与装备，陈翔宇创建天山云海精准农业服务团队，与当地农业合作社共建乡村精准农业技术服务站，开展培训，周期性地为农户进行指导培训，通过技术的互相传承，实现“自我造血，自我发展”，为振兴乡村产业，加快农业农村实现现代化，助力乡村振兴，实现农业农村的高质量发展作出突出贡献。

　　五、下一步计划

　　绿洲农业信息技术与智慧农业创新团队遵循农业科技发展自身的规律和特点，围绕智慧农业的技术特征及我国发展现代农业的战略需求，在科技创新方面，团队将以提高农业劳动生产率、降低成本、增加综合效益为目标，针对农情信息实时监测难度大、时效性差、决策依据不充分的技术难题，研发基于5G、人工智能等新一代信息技术的农业信息实时监测技术，突破农业生产环境信息智能感知技术；创新作物全生育期生长模拟模型，研发基于大数据的作物生产决策管理方法，增强决策模型的科学性和适用性。在农业生产精准管理技术与装备方面，基于农业精准传感技术研究，研发一批适用于规模化农业生产的自动控制装备；在农业大数据与云服务研究方面，开展农业信息流监测、农业数据关联预测、农业数据预警多维模拟等关键技术研究，建立天空地一体化农情监测和农业生产大数据管理系统，实现农业大数据产业化应用。

　　在成果转化方面，团队将进一步建立完善的校企合作成果转化机制，形成以高校和科研院所为技术支撑，企业为成果转化平台，兵团为核心示范基地，辐射至全国其他棉花主产区的科技成果推广体系，建立“攻关—集成—示范—推广”的协同联动机制，将农业生产环境信息智能感知、作物全生育期生长模拟模型、农业生产全程精准管理、天空地一体化农情监测以及农业生产环境监测与控制等技术成果应用于实际生产中，进一步提升农业种植管理水平和效率。