研究現代精細農業的技術構成及其應用

研究現代精細農業的技術構成及其應用

摘要：長期以來，農業生產都是以田塊為基礎，把耕地看作是具有作物均勻生長條件的對象進行管理，如利用統一的耕作、播種、灌溉、施肥、噴藥等農藝措施，滿足于獲得農場或田塊的平均產量。實際上，在同一農田內，有許多因素影響著作物的生長和產量，存在著明顯的時空差異性。 “精細農業”是綜合應用地球空間信息技術、計算機輔助決策技術、農業工程技術等現代高新科技，以獲得農田“高產、優質、高級”的現代化農業生產模式和技術體系。本文在充分了解“精細農業”技術組成的基礎上，探討了“精細農業”的應用范圍，結合我國國情，提出了在我國逐步實施“精細農業”技術方案。

關鍵詞：精細農業 信息技術 衛星定位系統

0 引言
在過去的半個世紀中，隨著生物遺傳育種技術的進步,耕地面積的擴大,化學肥料及農藥的大量使用，世界農業取得了長足發展。但這種農業增長模式也同時帶來了水土流失、生態環境惡化、水資源浪費、生物多樣性遭到破壞等一系列問題。為了解決這些問題，“精細農業”的概念和技術應運而生。
1 精細農業的含義
“精細農業”的核心指導思想就是要利用現代地球空間信息技術獲取農田內影響作物的生長和產量的各種因素的時空差異，避免因對農田的盲目投入所造成的浪費和過量施肥施藥造成的環境污染。具體而言，就是利用衛星定位系統對采集的農田信息進行空間定位；利用遙感技術獲取農田小區內作物生長環境、生長狀況和空間變異的大量時空變化信息；利用地理信息系統建立農田土地管理、自然條件(土壤、地形、地貌、水分條件等)、作物產量的空間分布等的空間數據庫，并對作物苗情、病蟲害、墑情的發生發展趨勢進行分析模擬，為分析農田內自然條件、資源有效利用狀況、作物產量的時空差異性和實施調控提供處方信息；在獲取上述信息的基礎上，利用作物生產管理輔助決策支持系統對生產過程進行調控，合理地進行施肥、灌溉、施藥、除草等耕作措施,以達到對田區內資源潛力的均衡利用和獲取盡可能高的產量。
2 精細農業技術組成
2.1 數據采集技術
“精細農業”技術是通過產量測量、作物監測以及土壤采樣等方法來獲取數據，以便了解整個田塊的作物生長環境的空間變異特性。
2.1.1 產量數據采集 帶定位系統和產量測量的谷物聯合收割機在收獲的同時，每隔1.2秒記錄當地的產量，記錄數據以文本形式（經度、緯度、產量和谷物含水量）存儲在磁卡中，然后讀入計算機進行處理。影響產量精度的主要原因是GPS（或DGPS）定位精度、產量傳感器的測量精度、實際割幅和前進速度的準確性。
2.1.2 土壤數據采集 土壤信息一般包括土壤含水量、土壤肥力、SOM、PH、土壤壓實、耕作層深度等。利用GPS在田間定位，采集土樣。由于采集的土樣一般還要送到實驗室處理分析，耗資費時，成為實施“精細農業”技術實踐的瓶頸。
2.1.3 苗情、病蟲草害數據采集 利用機載GPS或人工攜帶GPS，在田間行走中隨時可定位，記錄位置，并記錄作物長勢或病蟲草害的分布情況。
2.2 數據分析 一般采集的數據都是以文本表形式表示，需要利用一些數學方法進行處理，生成分布圖。未來的發展趨勢是數據采集和數據分析統一起來，將田間觀測者的地理位置和田間觀測數據，通過便攜PC和天線發往辦公室PC，利用軟件自動生成田間數據分布圖。
2.3 決策分析 “精細農業”技術是根據田間采集到的不均衡空間分布數據及有關作物其它信息，經過決策分析，來控制投入方式和施用量。決策分析是“精細農業”的核心，直接影響“精細農業”技術的實踐效果。GIS用于描述農田空間上的差異性，而作物生長模擬技術用來描述某一位置上特定生長環境下的生長狀態。只有將GIS與模擬技術緊密地結合在一起，才能制定出切實可行的決策方案。

2.4 控制實施 “精細農業”技術的目的是科學管理田間小區，降低投入，提高生產效率。作為支持“精細農業”技術的農業機械設備，除了帶有定位系統和產量測量的聯合收割機外，按處方圖進行作業的農業機械還有：帶有定位系統和處方圖讀入設備，控制播深和播量的谷物精密播種機；控制施肥量的施肥機；控制劑量的噴藥機；控制噴水量的噴灌機；控制耕深的翻耕機等。例如，當駕駛拖拉機在田間噴施農藥時，駕駛室中安裝的監視器顯示噴藥處方圖和拖拉機所在的位置。駕駛員監視行走軌跡的同時，數據處理器根據處方圖上的噴藥量，隨時向噴藥機下達命令，控制噴灑。
3 精細農業技術的應用
3.1 “精細農業”具有以下優點：
3.1.1 提高收益 按照土壤特性、作物需求，實施灌溉、施肥、播種和病蟲草害防治，即能降低用水、肥料、種子、農藥的投入，也能增加作物產量。
3.1.2 保護環境 根據農田作物定點需求，控制化學物品的施用量，即能降低土壤、地下水、作物品質的污染，也能保護生態環境。
3.1.3 提高作物產量和質量 根據作物的實際需求，即能避免因過量施用化肥、農藥、水帶來的副作用，造成作物減產，品質下降，也能改善因缺少養分造成的減產和降低作物品質。

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