中國農業現代化中科學儀器和分析測試技術的應用與展望
2014-05-15
農業包括種植業、林業、畜牧業、漁業和農副產品加工業(國外多將農業與食品歸為一個領域)。與其他領域一樣，科學儀器和檢控儀器，作為信息技術的源頭，也必然是農業科技發展的“摧化劑”、農業現代化和可持續發展的“倍增器”。如今科學測試和檢控儀器已滲透到現代農業的各領域和環節(見附表1)，既涉及動植物本體的性狀、生理、生態和環境因子及其產品品質的測試分析，也涉及產品在儲運、保鮮和加工中的檢控。過去有一種錯覺、多認為農業比較粗放，對儀器的技術要求不高、品種不多，其實農業各方面需分析測試和檢控的對象極廣泛，從動植物群體、個體到細胞、基因、分子，從有機到無機，從檢測生態環境到模擬甚至創造特定的生態環境，其對象多是生物體，而使用條件又比工業使用環境更惡劣的田間、現場。所以，在農口凡屬較深層次的科技項目和較大規模的精細農業生產，當今我國科學儀器的許多技術指標、性能、應用條件尚難滿足實際需求。但是，我國儀器儀表行業歷經波折和努力之后、還是取得了長足的發展。據我們對農業和食品業抽樣統計，按臺數計算、省級和地(市)級國產儀器占有率約占70%以上，而縣級部門幾乎都用國產儀器。現以農業幾個方面和我國已公布實施的農業和食品業的幾個標準為例，概述幾種通用的分析儀器在農業和食品業應用狀況和法定地位，提出農業現代化對科學儀器的新需求，以及振興我國科學儀器、研發農業專用儀器具體建議。
表1 各類科學測試、控制儀器在農業中的應用
2. 幾種通用分析儀器在農業中的應用狀況
2.1 通用分析儀器在農業常規分析測試中的應用。[2,3,4]
通用分析儀器仍然是農業常規分析測試的主體，附表2～6概述了5個方面的幾種主要分析儀器的應用狀況，該表是依據1999年以前的文獻歸納的，其中尚缺Icp發射光譜儀和原子熒光光譜儀的統計資料，但是從中仍可見出光譜儀和色譜儀是農業常規分析手段的主體地位。科學儀器在我國農業科技發展和農業生產中有著廣闊的市場。
表2 分析儀器在土壤肥料分析中的應用
表3 分析儀器在農藥及其殘留分析中的應用
表4 分析儀器在農、牧、魚業產品和食品分析中的應用
表5 分析儀器在植物生化分析和生物技術中的應用
表6 分析儀器在飼料分析中的應用
2.2 從我國已公布的與農業直接相關的幾個國家標準和行業標準、看科學儀器應用的法定地位。
有人說市場經濟就是用法律和法規調控和規范化的經濟。國內外制訂的一系列標準是規范生產、經營和消費的法規組成部分，與農業和食品有關的標準更是關系著國家經濟發展、人民身體健康和提高產品國際市場競爭力。這些標準中詳細地規定了應檢測的組分(成分)、分析測試的方法和儀器，然而無論是國際標準、還是國家或行業標準，都是最關鍵、最基本的要求，相關檢驗方法和儀器雖不代表當今的最新水平(需經充分驗證、認同、普及)，但必然是最經典的、公認的、各層次易實現的，也最具法定地位的。科學儀器在其中被譽為“物化法官”。現例舉4個標準中所確定的分析方法和儀器。隨著經濟和科技發展、技術監督和檢驗標準更加嚴密，相關的技術裝備和人員素質的提高，必須更多、更先進的現代科學儀器和分析方法列入國家標準之中。
2.2.1. 糧油作物檢驗標準中應用的分析方法與儀器
糧食作物約30多種、油料作物11種，相應的檢驗方法(標準)目前有90多個，其中除去涉及形態、色澤、純度等物理性狀和味感檢驗標準之外，針對不同作物、不同組份需用分析儀器檢驗的標準有50多個，如以檢驗組份歸納，即如表7所示。
表7 糧油作物檢驗標準中應用的分析方法與儀器
2.2.2 蔬菜及其制品檢驗標準中應用的分析方法與儀器
人們廣為食用的蔬菜有20多種、并有相應的脫水、速凍、鹽漬、油漬和罐頭制品、質檢標準中，除與種類有關的各不相同的形態、色澤、質地、成熟度以及其他感官指標之外，還有4大類具有共性的重要理化指標，即營養成份、有害元素、農藥殘留和特殊品種的特定標準，這些都需用分析儀器檢測，可概要歸納如表8所示。
表8 蔬菜及其制品檢驗標準中所運用的分析方法與儀器
2.2.3 畜禽產品、水產品檢驗標準中應用的分析方法與儀器
畜禽產品和水產品種類多、制成品更多，消費量也越來越大，所以對其營養價值、動物疫病、微生物、農藥和獸藥的殘留、環境污染等為當今世人十分關注， 除了仍重視感官指標的檢驗之外，將更多地依賴于用科學儀器檢驗，且其指標、方法不斷地修訂增補，所以檢驗中所運用的分析方法與儀器實難用有限篇幅說清，現僅選一些已廣為重視的理化指標的檢驗例子，予以簡釋，如表9所示。
表9 畜禽產品、水產品檢驗中應用的分析方法與儀器
2.2.4 獸藥檢驗和監督中現代分析方法和科學儀器的作用
我國最新獸藥典(2000年版)已頒布實施，收載了化藥、抗生素、生物制品469種和中藥材、成方制劑656種，詳細地規范了獸藥鑒別、檢查、含量(效價)測定等標準，表10和表11即為以化藥為例，列出了各種分析方法和儀器在鑒別獸藥的真偽及其有效成分(效價)測定時的應用情況。
表10 各種分析方法和儀器在化藥鑒別中被選用情況(種、次)
表11 各種分析方法和儀器在有效成份(效價)測定中被選用情況(種、次)
從表10和11中看，雖然一般化學鑒別法和化學分析法仍占主導地位，但正如該藥典前言中指出的“現代分析技術在本版藥典中得到進一步擴大應用，高效液相色譜法、氣相色譜法、薄層色譜法等、較第一版有大幅度增加”。這是與我國國情、基礎有關，隨著我國科技和經濟發展，技術裝備和藥檢人員素質提高，現代儀器分析方法必將成為主導地位，這已為“中華人民共和國藥典”中所規定采用現代儀器分析的發展(見表12)和美國FDA標準所證實。此外，中藥是我國祖傳之寶、為發楊光大，有待用現代分析儀器和方法，特別是用傅里葉變換光譜儀深入地、全面地鑒別、分析中藥材和成方藥，建立具有我國科技創新特色的中藥紅外指紋圖庫，必將引起我國學界和有關領導部門的高度重視。
表12 各版藥典規定使用現代儀器檢驗藥品種數
3. 農業科技發展和農業現代化對科學儀器的需求和展望
農業測試分析的對象從有機到無機面很廣，且多為天然樣品，多組份共存、背景干擾嚴重、生物樣品不均勻性，且測試分析的組份涉及人體健康，因而除常規分析之外，還有大量屬于微量級、痕量級甚至超痕量級的分析。此外，除組份分析，還需做結構分析，所以農業科技發展和農業現代化中所需用的科學儀器，可說涵蓋了當今所有分析測試儀器，現從農業現代化的需求出發，提出以下淺見和建議[5、6、8]。
3.1 色譜儀和光譜儀仍然是農業領域應用面廣、量大的科學儀器，建議運用已有基礎，抓住國產儀器薄弱的關鍵技術環節，進一步提高我國色譜儀和光譜儀的技術水平。
3.1.1 關于色譜儀有待進一步突破的關鍵技術的建議
農業分析測試對象大量屬有機物，故色譜儀及其分析方法應用得很廣，需求量將不斷增加，問題是須更新進樣、泵、氣路、柱等技術性能，以提高分離能力和穩定性的基礎上，應著力提高檢測器的靈敏度和檢出限的水平，要研發近幾年來國外已商品化的多種高靈敏度檢測器，例如氣相色譜中的Micro-ECD，檢出水平已達fg級;PFPD檢測器對P、N、S的靈敏度都提高了10-100倍。液相色譜中高靈敏度掃描熒光檢測器、示差檢測器、電化學檢測器，以及農業和食品業中特有需求的氨基酸分析儀等，我國都急待研發和商品化。
3.1.2 原子吸收光譜儀的性能有待進一步提高
原子吸收分光光度計的石墨爐自動進樣器、塞曼背景校正和聯合扣背景技術以及多元素分析等技術都有待迅速趕上國外水平。
3.1.3 急待研發Icp發射光譜儀：
鑒于Icp發射光譜儀精度高、元素的檢出限比傳統的元素分析方法低1-2個數量級，而微量元素既是生物不可缺的養分之一，但是過量了則為毒害，故當今人們對微量有毒的重金屬元素十分關注。目前農業和食品業也正在裝備Icp發射光譜儀，可是國產品近乎空白，所以研發采用中階梯光柵和CCD(或CID、SCD)固體陳列檢測器的全譜直讀Icp儀，在國內是很有市場前景的。
3.1.4應進一步完善紫外可見光分光光度計的技術指標和功能
紫外可見光分光光度計是應用面最廣的儀器，近幾年來國產品的技術躍進喜人，建議進一步降低雜散光和噪聲，提高吸光度測量范圍和精度，并在進樣系統和分析軟件等方面下功夫，如同BECMAM、P-E、UNICAM等廠家那樣，開發、衍生出生物技術等專用的紫外分光光度計。
3.1.5. 應將熒光分光光度計產業化
鑒于熒火分光光度計如今也已成為實驗室常規儀器之一，而國內的研發起步較晚，僅有少數大學和科研單位研究過此產品、也出了一些研究成果，但未見成功的產業化，建議予以重視。
3.1.6. 應走出紅外光譜儀的延誤區，發展傅里葉變換紅外光譜儀
近幾年來、隨著光的干涉機制和計算機技術的迅速發展，色散型紅外分光光度將很快地被高分辨率、高精度、低噪音、高速掃描、信息含量豐富的傅里葉變換紅外光譜儀所代替，國內瑞利分析儀器廠早已起步研發和小批量生產，可惜其進展和水平的提高與國際上的迅猛發展以及國內需求不大相適應，以農、林口而言、近幾年為了進行藥物、毒物的分析以及近紅外區的農產品品質分析、大約引進了50多臺(其中部份包含近紅外配置)，所以發展傅里葉變換紅外光譜儀應是大勢所趨。
3.2. 農、林口也在呼喚質譜儀和聯用儀
5年前我國只有少數農業科研單位應用質譜儀和聯用儀，隨著農、林業科技發展，為測定生物大分子，研究天然產物中化合物結構，研究代謝產物，檢測農、林、牧、漁業產品中有害的有機物污染，測定農藥獸藥殘留和超微量級重金屬對農、林業環保和人身健康的影響、都十分引人關注，例如1999年震驚世界的劇毒致癌物二噁英污染畜禽產品事件，近來世界上又爆出有關多氯聯苯(PCB)等致病化合物、以及導致內分泌紊亂的化合物(EDC)等等，都促使世界各國對質譜儀、色譜/質譜聯用以及MS與光譜儀聯儀的急切需求，所以研發新型質譜儀(MS)、突破接口技術、進而完善GC/MS、LC/MS、GC/MS/MS、LC/MS/MS以及ICP/MS將是國內外研發大型科學儀器的熱點之一。
3.3 應盡快地將生命科學專用儀器設備的空白補上[5.9]
醫療和農業是生命科學的二大領域，當今發達國家都在爭奪21世紀生命科學的制高點，許多專家預言，農業生物技術將引發第二次綠色革命，它是可持續性發展、優質、高產、高抗、高效農業的技術支柱之一，但是生命科學和產業，從上游基礎研究到下游產業化，都依托于一系列生物技術專用儀器設備，其發展很快、技術含量高、也很貴，我國僅處起步階段。為迎接這一世紀性的學科和產業，我國也應將其中常用的儀器列入研發和產業化計劃，例如：CO2培養箱、分子雜交箱，發酵罐(生物反應器)等培養設備;各種離心機、層析儀、膜分離等分離純化儀器;DNA擴增儀、各種電泳儀及圖像處理系統、DNA測序儀等分析、表達儀器;以及細胞融合儀、基因槍、顯微操作系統等基因導入儀器。
近幾年來生物芯片技術突飛猛進[10]，它是將成千上萬種具有生物識別功能的分子，有序地陳列在面積很小的基片上，與標記的檢驗分子反應或雜交，再通放射自顯影、光化學、電化學、酶標顯示或活性檢測，即可取得大量的十分豐富有用的生物信息，在農業上有著廣闊的應用天地。例如通過平行監測基因表達譜進行功能分析，能更確切地了解環境因子、抗病能力的基因表達影響，最終有可能免除進行費時、費錢的大田試驗。另外生物芯片用于基因測序，可大大加快基因多態性鑒定，縮短了動植物育種和新品種產生周期。
4. 為了進一步轉變農業增長模式，優化農業生產結構，走優質、高效、精細農業之路，全面提高農產品質量，發展綠色農業、滿足國內需求、確保人民身體健康和迎接入世，急需引用已成熟的分析儀器和技術，加以外延、衍化、簡化從而研發出一批實用、價廉、便攜式的農業專用儀器。
縱觀世界農業發展進程，可說經歷了3個過程，即：一是為了吃飽、追求高產;二是為了吃好，追求農產品有營養價值和口感;三是為了全面確保人們身體健康、則要求農產品不僅優質，而且無公害。另外從迎接“入世”而言，我國農產品面臨的挑戰就是品質不如國外同類產品，且農藥、獸藥殘留和有害重金屬等安全指標又常超標，而其價格則不見得比國外低，所以形勢是很嚴峻。
為確保農產品高產、高效、優質、無公害、各國國情不一、措施也不同，在西方發達國家是加大農業科研力度，培育新品種，推行科學種植和養殖措施，并以完整的法治體系確保產品優質和無害。我國正處在計劃經濟向市場經濟轉軌期、無序、不講法制和道德，甚至野蠻經營運作等負面現象相當嚴重、暫且難免，所以我國農業領域從品種到產品，再到餐桌上的食品，假、冒、偽、劣、害真是五毒俱全，從種子、生產環境、到農藥獸藥的違禁生產和使用，以及超標施用。政府對此極重視、正大力加強法治建設和執法力度，但就我國國情而言，還必須有相應簡便、實用的檢驗儀器和方法，以利于在源頭，即在生產、收購、加工和營銷現場進行檢測，這也許可稱為具有發展中國家特色的“物化法官”吧!為實現農業現代化，除了上面已敘的對通用科學儀器有更高需求之外，還應重視以下農業專用儀器的研發和產業化。
4.1. 農產品品質速測儀
4.1.1優質小麥品質速測儀
我國小麥年產量已達1億多噸，居世界之首。但品種多而雜，且大多僅適于做饅頭、面條，缺乏做面包和餅干、糕點的強筋和弱筋小麥，所以出現了國產小麥市場疲軟，而每年進口優質小麥300-500萬噸，對此只有從育種、繁種、種植、收購和加工全面實施優質優價措施，關鍵之一就是要有品質速測儀代替當今憑感官、經驗的檢驗辦法。近年引進的小麥品質測定儀品種很多，也很昂貴，我認為可借用已成熟的粘度計和糊化特性測定的機理、研發小麥品質速測儀，也許是捷徑之一。
4.1.2 稻米品質速測儀
我國稻谷產量已達2億多噸，居世界首位，但因品質欠佳、產稻大省積壓稻米達1500多萬噸，而市場走俏的是泰國米，其中除營養成份略有差別外，主要的是直、支鏈淀粉比例差異較大，也即粳性和糯性口感差異很大，在國標中確定用碘試劑與淀粉反應，根據直鏈淀粉生成藍色復合物，而支鏈淀粉生成棕紅色復合物，用分光光度計即可測定二者比例，確定稻米品質，故依此機理，完全可研發出專用的分光光度計，作為稻米品質速測儀。
4.1.3 賴氨酸測定儀
賴氨酸是人體和畜禽必需從食物和飼料中吸取最重要的氨基酸養分之一，也是評價稻、麥、豆類作物、糧食和飼料的重要指標之一，國標中確定用染料結合法測定，即運用偶氮磺酸作為染料與樣品中賴氨酸結合、顯色，用分光光度進行測定。80年代初國內運用上述機理研發和小批量生產過這種儀器，但因未能及時更新結構和性能陳舊而停產，現在應有足夠條件研發新一代儀器了。
4.1.4 優質油菜速測儀
傳統的油菜品種中含有較高的芥酸和硫甙，不利于人們健康，且餅粕也不能代替糧食用作飼料，經典的檢驗方法是采用氣相和液相色譜儀，顯然是不適用于油菜生產、收購、加工等基層單位。為此，中國農科院油料所和院儀器設施技術服務中心聯手，運用了特征酶顯色反應比色法和比濁法，研發并小批量生產了優質油菜速測儀。
4.1.5近外品質分析儀
自從70年代美國農業部實驗室研發了近紅外品質分析儀以來，由于具有不需進行繁雜的樣品前處理，即可快速分析測試農產品各種組份，甚至能直接測試完整的籽粒，不久該儀器和技術又延伸到化工產品分析、并實現工業在線分析，所以它成為近十多年來光譜儀和分析技術的熱點之一，顯示出強勁的勢頭。我國從80年代初期至今經歷了開始引進→有些失望→滿懷期望→受外商欺騙→進入低谷→重新認識→確切掌握→爭相引進的四起三落的過程。鑒于其特有的優點，且應用領域不斷拓寬，所以當今國際上生產近紅外光譜儀的廠家都已在我國搶灘登陸、推出不同的類型、檔次、用途的系列產品，這也帶動了國內的研發熱潮，石化研究院在陸婉珍院士主持下成功地研發并批量生產了應用于石化系統的近外光譜儀，并對近紅外分析方法作了系統研究[11] ，但適用于農產品近紅外快速品質分析儀至今國內尚未見成熟的、可產業化的樣機，據有關部門透露、約有7-8家企業和單位涉足此項研發工作，按說“眾人拾柴、火焰高”是件好事，但我建議應力戒“一擁而上，定位不準、收效甚微”的弊病，特呼請有關方面扎扎實實地推進此項研發工作。在實施方案上，我和中國農大嚴衍祿教授多次商議并建議在硬件研發上宜分3個層次：
(1) 先研發面向基層的農產品品質近紅外分析儀，為簡便、實用和價廉，可采用發光二極管，配以干涉濾光片的長光程、透射式、短波近紅外光譜儀;
(2) 以第一個層次為基礎、配合不同探頭技術，研發適用于快速測定蔬菜、瓜果、牛奶、畜禽和水產品鮮樣的速測品質儀;
(3) 采用聲光調制或傅里葉變換等新技術，研發農業科研教育單位實驗室用的研究型近紅外品質儀。
在軟件方面，應充分運用我國已有一定優勢[12]，且已先后被國外多廠家和國內十多單位應用的數學模型、分析軟件，包括已收集了5000多份農產品近紅外光譜庫，建立面向用戶和生產廠家的建模中心(或稱農業近紅外分析技術協作網)。
此外國家標準中，還確定利用糧食與對苯二胺反應，根據顯色(即活性)可檢驗糧食新舊;利用谷物中色氨酸與二甲胺基甲醛反應生成藍色化合物，即可用光度法測定色氨酸。由此可推想、許多農產品品質速測儀，即由簡易的輸液泵(輸入樣品和試劑)、反應器皿、不同光程的比色皿，固定波長的單色器、配以單片機完成曲線擬合、固化、校正、輸出等，即可構成單組份或多組份傻瓜機式的品質速測儀。
4. 2. 農藥、獸藥殘留速測儀
農藥、獸藥殘留對人們身體健康構成的威脅是當今世人關心的熱門問題，我國這方面出現的問題也相當嚴重。據報導[13]，由于我國茶葉中農藥殘留超標，將影響我國二分之一出口量，僅閩、蘇、浙3省茶農收入將損失10～20億元。又如某省對5個菜市場檢驗、48個菜樣中竟有44個不合格，其中高毒農殘檢出率達30%。北京市部分市場檢測，有18%的農產品有害物殘留量超過國家標準，京郊自產蔬菜中有機磷農藥殘留超標率為17%，而外埠進京蔬菜超標率達69%。近年來政府三令五申禁止在飼料中濫用促生激素、抗生素和一些化學合成物，但對5個省調查，發現違禁藥品檢出率仍高達19.8%。由于吃了用激素、生長素飼養的畜、禽、水產品和農殘超標的蔬菜、糧食，會導致婦女更年期紊亂、孩子性成熟加快，男人生育能力降低，以及引發出其他病變和中毒事件。鑒于藥殘和其他有毒物的檢出限要求很低，要檢測痕量，甚至超痕量級藥殘和違禁藥物確需要GC、HPLC，甚至色/質聯用儀[8]，但是為了實施從生產、加工、營銷等源頭和現場檢測，全面實施無公害、無污染的綠色農業、綠色食品。對我們發展中國家來說，確實急需研發和生產便攜式、實用、快速且價廉的速測儀，這是帶有中國特色的要求，難度也較大。估計最有前途的是利用微型色譜、微型毛細管電泳以及生物芯片、特種生物傳感器等。但是最現實可行的、且國內已有一些科研單位和企業已經研發和投入使用的是利用專一性、特征性酶反應(顯色反應)和運用酶催化動力學光度法，以及試用薄層析等方法，這些方案和方法，都已顯示出儀器設備和試劑成本低、測定快速的優點，進一步工作應使儀器使用更簡便、傻瓜機化，且檢出限應與我國和國際標準接近。
4.3. 土壤肥料速測儀
這也是發展高產、精細、高效農業所需的儀器。土壤主要養分是指氨態氮、硝態氮、速效磷、速效鉀以及酸堿度，含鹽量等，利用通用儀器是可構成實驗室土肥分析系統，但不僅價高，且操作復雜，難于普及。早在80年代初國內就將光電比色計、酸度計組合成土肥速測儀，但因當時數據處理部件太昂貴，難于采用，故上述簡單組合的儀器并未體現出簡便、實用、價廉的特點，故未得到普及和提高。但是國外卻不斷更新并推出兩類土壤養分速測儀。
(1) 將分光光度計與酸度有機地組合和簡化，配以單片機完成簡單的數據處理，構成傻瓜機式的直讀土壤養分速測儀。其機理仍然采用奈氏試劑比色法測定銨態氮;采用硝酸酚比色法測定硝態氮;采用磷鉬藍比色法測定速效磷;采用4苯硼鉀比濁法測定速效鉀;運用酸度計和復合電極測定酸堿度。
(2) 與上述機理相類似，但做成與檢測組份相對應20多種檢測試紙條，通過試紙條與樣品溶液中不同組份產生不同的顯色反應，再用反射式光度表定量判讀出測定結果。這種由顯色試制紙與反射式光度表構成的養分速測儀，可在現場實時地測定數十種有機物和無機離子，除適用于土壤養成測定之外還可速測水質。
4.4農作物生理、生態、環境因子測試分析儀[8]
這類儀器是農業現代化必備的農業專用儀器，既是培育新品種、研究不同生態環境下的栽培技術所必需、也是研究作物抗性(抗旱、澇、鹽、堿、蟲、病)所必需。我國開發大西北、發展旱地農業，恢復植被和林木所必需，計有：有效光合作用輻射儀，光合作用測定儀、積溫儀、積光儀、葉面積儀、植物冠層分析儀，葉綠素測定儀，紅外遙測葉面/植被/地表面溫度計、蒸騰儀、植物效能儀、莖流儀、植物/土壤水勢儀、土壤水分計、農用小型氣象站等。這些儀器技術難度并不大，國外均已商品化，我國幾乎一片空白，建議政府提供鼓勵性補貼或貸款，以形成精干的專業化廠家。
4.5 農用自動化總線系統
發展工廠化農業，包括工廠化育苗、種植、養殖和水產品生產，是對傳統農業進行革命化轉變，使農業擺脫自然環境制約，實施技術密集型精細農業，實現優質、高產、高效的有力手段，這是農業科技發展的大趨勢。近幾年來我國塑料大棚、日光溫室、大規模集約式畜禽養殖和人工水產養殖場發展很快，但其自動化水平和技術含量都比較低，多數仍延用工業上已逐步淘汰的、自動化儀表組合的方式。近年來國內外工業自動化領域、現場總線技術迅猛發展，其具有開放性、分散性、全數字通信以及測控智能化和優化決策優點，是過去組合式自動化儀表所不可比的。為了促進技術密集型的工廠化農業，極需研發和生產農用自動化總線系統，其中包含兩層內容：
(1) 去繁就實、研發和生產簡便、價廉、實用的農業自動化總線系統，包括相應的實用硬件和適用于不同應用目的軟件和專家系統。
(2) 研發和生產適用于比工業使用環境更惡劣(如高濕、高溫、多塵…)、適應性強、穩定性好、性能價格比優良的傳感器，例如：溫度、濕度、光照、土壤干燥度，CO2、有機質、pH值、氮、磷、鉀、溶氧值、風速等等……傳感器。
4.6 農、林、牧、漁專用儀器的研發前景是直接獲取和利用動植物本身散發(表達)出來的信息[8]
農作物、樹木、畜禽、魚類等動植物在其發育和生長的過程中，無時無刻地發散信息，其本身就是豐富的信息源，探索、獲取至今尚未被重視或未弄清的，然而卻是大量的、非常有意義的生物信息。研究這些信息的內涵及各種相關性，并利用它們開發出新一代的農業專用儀器，這將有力地推動農業現代化。近十多年來，國內外都有不少探索和嘗試，如以研究植物生命臨界溫度構成植物凍害儀;利用昆蟲觸角電位信息，研究昆蟲信息素結構和藥理反應;利用獲取不同昆蟲聲信息(頻譜)、研制昆蟲計;依據獲取植物體內水分傳導產生的微小震波，研制出植物呼吸儀、檢測植物缺水性;也有研究生物體內微小恒電流，并擬加以利用;而植物色信息利用，則早在我國50年代水稻專家陳永康總結出的栽培技術中，就有色信息的運用;近來國內已有學者議論、從植物莖、葉等活體液中，快速提取與植物生理、生態、病變、養份積累以及品質預測等有關的豐富生物信息的設想;近年來又出現了電子鼻。總之這方面目前尚處起步階段，但前景很廣闊。
以上種種事例說明農、林、牧、漁業科研和生產中依靠人們感官獲取信息、人工處理信息的時代，必將為運用科學儀器(包括傳感器)獲取信息，用計算機技術加工、處理和運用的信息時代所代替，以科學儀器為信息源頭的信息技術將有力地推動農業現代化的進程。
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