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出版者:CRC Press

作者:Douglas S. Clark

出品人:

页数:716

译者:

出版时间:1997-2-14

价格:GBP 50.99

装帧:Paperback

isbn号码:9780824700997

丛书系列:

图书标签:

textbook
生物化工
化工工程
生物工程
化学工程
生物技术
工业微生物学
酶工程
代谢工程
生物反应器
分离工程

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具体描述

This work provides comprehensive coverage of modern biochemical engineering, detailing the basic concepts underlying the behavior of bioprocesses as well as advances in bioprocess and biochemical engineering science. It includes discussions of topics such as enzyme kinetics and biocatalysis, microbial growth and product formation, bioreactor design, transport in bioreactors, bioproduct recovery and bioprocess economics and design.

精准农业的未来：数据驱动的作物管理与可持续发展书籍名称：精准农业的未来：数据驱动的作物管理与可持续发展作者： [此处可填入虚构作者姓名] 出版社： [此处可填入虚构出版社名称] ISBN： [此处可填入虚构ISBN] --- 内容提要在日益严峻的全球粮食安全挑战与气候变化背景下，传统的粗放式农业模式已难以为继。本书《精准农业的未来：数据驱动的作物管理与可持续发展》深入剖析了以信息技术为核心驱动力的新一代农业革命。它并非聚焦于生物化学反应或生物反应器设计，而是全面构建了一个从数据采集、分析到智能决策执行的完整精准农业（Precision Agriculture, PA）生态系统。本书的核心论点在于：农业的未来在于对时间和空间变异性的精确理解和管理。通过整合遥感技术（卫星、无人机）、地面物联网（IoT）传感器网络、人工智能（AI）算法以及地理信息系统（GIS），现代农业正在从“一刀切”的管理转向“田块内变率管理”。全书共分为六大部分，涵盖了精准农业的理论基础、关键技术、应用实践、经济效益、环境影响以及未来的发展趋势。 --- 第一部分：精准农业的基础与必要性（The Foundations and Imperatives of PA）本部分首先界定了精准农业的范畴，明确区分了传统农业实践与数据驱动型管理的根本差异。我们探讨了驱动精准农业发展的宏观环境因素：人口增长带来的粮食需求压力、水资源短缺的加剧、农业劳动力成本的上升，以及对环境可持续性的严格要求。关键议题： 1. 时空变异性（Spatio-temporal Variability）：深入分析了农田中土壤肥力、水分、病虫害压力等因子在不同时间和空间尺度上的非均质性，这是精准干预的理论基础。 2. 技术融合的驱动力：阐述了全球定位系统（GPS/GNSS）、地理信息系统（GIS）和遥感技术（RS）这三大支柱如何构建起精准农业的空间框架。 3. 可持续性目标：强调精准农业如何通过优化投入品（化肥、农药、水）的使用效率，减少径流污染，从而实现更高的环境效益和经济效益的平衡。 --- 第二部分：数据采集与感知层技术（Data Acquisition and Sensing Technologies）本部分详细介绍了支撑精准农业决策制定的关键“眼睛”和“耳朵”。重点在于描述如何高效、准确地获取田间环境和作物健康数据。技术详解： 1. 遥感技术应用：卫星遥感（如Sentinel, Landsat）：介绍其在宏观尺度上进行植被指数（NDVI, EVI）监测、作物长势评估和旱灾预警中的应用。无人机（UAV）遥感：深入探讨多光谱、高光谱和热红外传感器在小地块、高频次监测中的优势，尤其是在早期病虫害识别和水胁迫诊断中的精确度。 2. 地面物联网（IoT）传感器网络：详述土壤水分传感器、土壤养分传感器、气象站网络在实时、点位数据采集方面的部署策略和数据传输协议（如LoRaWAN, NB-IoT）。 3. 数据预处理与质量控制：探讨如何对不同来源（异构数据源）的数据进行清洗、校准和融合，以确保输入分析模型的原始数据具备高可靠性。 --- 第三部分：数据分析与智能决策（Data Analytics and Intelligent Decision Support）这是全书的核心，聚焦于如何将海量、复杂的田间数据转化为可执行的农事建议。本书摒弃了简单的阈值判断，转向深度学习和复杂模型集成。核心方法论： 1. 地理统计学与空间插值：介绍克里金法（Kriging）等高级空间分析技术在创建高精度土壤肥力图和产量潜力图中的应用。 2. 机器学习在作物建模中的应用：重点介绍如何利用回归模型和深度神经网络（DNN）预测作物产量、估算氮素需求以及模拟病虫害爆发的概率。 3. 变率施肥与变量灌溉（VRT）：阐述如何基于管理分区（Management Zones）和实时传感器数据，生成可直接输入到智能农机设备中的可变速率处方图（Prescription Maps）。详细解析了基于实时蒸散量计算的闭环灌溉系统。 4. 农机自动化与路径规划：讨论GPS引导的自动驾驶系统、自动播种和精准变量施肥机械的操作逻辑和数据接口标准（如ISOBUS）。 --- 第四部分：精准农业的经济效益与风险评估（Economic Viability and Risk Assessment）精准农业的推广不仅依赖于技术可行性，更取决于其经济上的回报率。本部分对投入产出比进行了量化分析。经济模型： 1. 投入品优化与成本节约：通过案例研究展示在特定作物（如玉米、水稻、果园）中，通过精准施肥和灌溉带来的化肥、水资源和人工成本的实际节约百分比。 2. 产量提升的量化：分析精准管理如何通过减少田间非生产性损失（如局部干旱、营养胁迫）来稳定和提高整体产量。 3. 投资回报期（ROI）分析：探讨初始购置高精度传感器和软件平台的资本支出，并提供不同规模农场（小型、中型、大型）的典型投资回收周期模型。 4. 数据安全与所有权：讨论在数据驱动的农业生态中，农民数据隐私、数据安全存储以及不同利益相关者（农资供应商、技术服务商）之间的数据共享伦理与法律框架。 --- 第五部分：面向可持续性的环境影响（Environmental Implications for Sustainability）精准农业被视为实现农业绿色转型的核心工具。本部分侧重于其对生态系统的积极影响。环境效益聚焦： 1. 水资源管理的优化：深入探讨如何通过土壤水分监测和预测模型，实现按需供水，显著减少农业用水总量，尤其是在水资源稀缺地区。 2. 养分淋失与径流控制：分析精准的氮钾平衡管理如何有效减少硝酸盐渗滤到地下水以及磷酸盐随地表径流进入水体，减轻富营养化风险。 3. 农药减量化策略：介绍基于AI图像识别的靶向喷洒技术（See & Spray），展示其如何将农药使用量减少30%至90%，降低对非目标生物的毒害。 4. 碳汇与气候适应：探讨精准整地和优化耕作实践（如变率免耕）如何减少土壤扰动，增加土壤有机质含量，从而增强农业生态系统的碳汇能力。 --- 第六部分：未来趋势与集成化挑战（Future Trends and Integration Challenges）展望精准农业的下一阶段发展，重点讨论前沿技术的融合与当前实施面临的结构性挑战。前瞻性议题： 1. 农业机器人与自主系统：探讨轻量化、低能耗农业机器人（如小型除草机器人、采摘机器人）与精准决策系统的集成，实现田间作业的完全自主化。 2. 数字孪生（Digital Twins in Agriculture）：构建农场数字孪生的概念，即在虚拟空间中模拟农场环境、作物生理过程和管理措施的相互作用，用于“假设情景”分析和最佳策略预演。 3. 跨尺度集成：讨论如何有效地将区域级气候模型、国家级政策信号与田间尺度的实时数据连接起来，形成更具韧性的农业管理网络。 4. 普及化的挑战：深入分析当前推广精准农业面临的障碍，包括技术成本门槛、农民的数字素养差距（Digital Divide）、缺乏统一的数据标准以及对外部技术服务的高度依赖性。 --- 目标读者本书面向农业院校高年级本科生、研究生、农业技术推广人员、农业科技公司研发人员、农场管理者以及关注可持续发展和食品供应链现代化的政策制定者。本书侧重于应用科学和工程思维，强调数据处理和系统集成能力，而非基础生物化学原理的推导。关键词：精准农业、遥感、物联网、智能决策、变率管理、可持续农业、农场自动化、地理信息系统。