试述现代精细农业的技术构成及其

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1、浅谈摘要：长期以来，农业生产都是以田浅谈摘要：长期以来，农业生产都是以田 块为基础，把耕地看作是具有作物均匀生块为基础，把耕地看作是具有作物均匀生 长条件的对象进行管理，如利用统一的耕长条件的对象进行管理，如利用统一的耕 作、播种、灌溉、施肥、喷药等农艺措施，作、播种、灌溉、施肥、喷药等农艺措施， 满足于获得农场或田块的平均产量。实际满足于获得农场或田块的平均产量。实际 上，在同一农田内，有许多因素影响着作上，在同一农田内，有许多因素影响着作 物的生长和产量，存在着明显的时空差异物的生长和产量，存在着明显的时空差异 性。性。 “精细农业精细农业”是综合应用地球空间信息是综合应用地球空间信息 技

2、术、计算机辅助决策技术、农业工程技技术、计算机辅助决策技术、农业工程技 术等现代高新科技，以获得农田术等现代高新科技，以获得农田“高产、优高产、优 质、高级质、高级”的现代化农业生产模式和技术体的现代化农业生产模式和技术体 系。本文在充分了解系。本文在充分了解“精细农业精细农业”技术组成技术组成 的基础上，探讨了的基础上，探讨了“精细农业精细农业”的应用范围，的应用范围， 结合我国国情，提出了在我国逐步实施结合我国国情，提出了在我国逐步实施“精精 细农业细农业”技术方案。技术方案。 关键词：精细农业关键词：精细农业 信息技术信息技术 卫星定位系卫星定位系 统统 0 引言引言 在过去的半个世纪中

3、，随着生物遗传在过去的半个世纪中，随着生物遗传 育种技术的进步育种技术的进步,耕地面积的扩大耕地面积的扩大,化学肥料化学肥料 及农药的大量使用，世界农业取得了长足及农药的大量使用，世界农业取得了长足 发展。但这种农业增长模式也同时带来了发展。但这种农业增长模式也同时带来了水土流失、生态环境恶化、水资源浪费、水土流失、生态环境恶化、水资源浪费、 生物多样性遭到破坏等一系列问题。为了生物多样性遭到破坏等一系列问题。为了 解决这些问题，解决这些问题， “精细农业精细农业”的概念和技术应的概念和技术应 运而生。运而生。 1 精细农业的含义精细农业的含义 “精细农业精细农业”的核心指导思想就是要利的核心

4、指导思想就是要利 用现代地球空间信息技术获取农田内影响用现代地球空间信息技术获取农田内影响 作物的生长和产量的各种因素的时空差异，作物的生长和产量的各种因素的时空差异， 避免因对农田的盲目投入所造成的浪费和避免因对农田的盲目投入所造成的浪费和 过量施肥施药造成的环境污染。具体而言，过量施肥施药造成的环境污染。具体而言， 就是利用卫星定位系统对采集的农田信息就是利用卫星定位系统对采集的农田信息 进行空间定位；利用遥感技术获取农田小进行空间定位；利用遥感技术获取农田小 区内作物生长环境、生长状况和空间变异区内作物生长环境、生长状况和空间变异 的大量时空变化信息；利用地理信息系统的大量时空变化信息；

5、利用地理信息系统 建立农田土地管理、自然条件建立农田土地管理、自然条件(土壤、地形、土壤、地形、 地貌、水分条件等地貌、水分条件等)、作物产量的空间分布、作物产量的空间分布 等的空间数据库，并对作物苗情、病虫害、等的空间数据库，并对作物苗情、病虫害、 墒情的发生发展趋势进行分析模拟，为分墒情的发生发展趋势进行分析模拟，为分 析农田内自然条件、资源有效利用状况、析农田内自然条件、资源有效利用状况、 作物产量的时空差异性和实施调控提供处作物产量的时空差异性和实施调控提供处 方信息；在获取上述信息的基础上，利用方信息；在获取上述信息的基础上，利用 作物生产管理辅助决策支持系统对生产过作物生产管理辅助

6、决策支持系统对生产过程进行调控，合理地进行施肥、灌溉、施程进行调控，合理地进行施肥、灌溉、施 药、除草等耕作措施药、除草等耕作措施,以达到对田区内资源以达到对田区内资源 潜力的均衡利用和获取尽可能高的产量。潜力的均衡利用和获取尽可能高的产量。 2 精细农业技术组成精细农业技术组成 2.1 数据采集技术数据采集技术 “精细农业精细农业”技术是通过产量测量、作技术是通过产量测量、作 物监测以及土壤采样等方法来获取数据，物监测以及土壤采样等方法来获取数据， 以便了解整个田块的作物生长环境的空间以便了解整个田块的作物生长环境的空间 变异特性。变异特性。 2.1.1 产量数据采集产量数据采集 带定位系统

7、和产带定位系统和产 量测量的谷物联合收割机在收获的同时，量测量的谷物联合收割机在收获的同时， 每隔每隔 1.2 秒记录当地的产量，记录数据以秒记录当地的产量，记录数据以 文本形式（经度、纬度、产量和谷物含水文本形式（经度、纬度、产量和谷物含水 量）存储在磁卡中，然后读入计算机进行量）存储在磁卡中，然后读入计算机进行 处理。影响产量精度的主要原因是处理。影响产量精度的主要原因是 gps（或（或 dgps）定位精度、产量传感器的）定位精度、产量传感器的 测量精度、实际割幅和前进速度的准确性。测量精度、实际割幅和前进速度的准确性。2.1.2 土壤数据采集土壤数据采集 土壤信息一般包土壤信息一般包 括

8、土壤含水量、土壤肥力、括土壤含水量、土壤肥力、som、ph、土、土 壤压实、耕作层深度等。利用壤压实、耕作层深度等。利用 gps 在田间在田间 定位，采集土样。由于采集的土样一般还定位，采集土样。由于采集的土样一般还要送到实验室处理分析，耗资费时，成为要送到实验室处理分析，耗资费时，成为 实施实施“精细农业精细农业”技术实践的瓶颈。技术实践的瓶颈。 2.1.3 苗情、病虫草害数据采集苗情、病虫草害数据采集 利用利用 机载机载 gps 或人工携带或人工携带 gps，在田间行走中，在田间行走中 随时可定位，记录位置，并记录作物长势随时可定位，记录位置，并记录作物长势 或病虫草害的分布情况。或病虫草

9、害的分布情况。 2.2 数据分析数据分析 一般采集的数据都是以一般采集的数据都是以 文本表形式表示，需要利用一些数学方法文本表形式表示，需要利用一些数学方法 进行处理，生成分布图。未来的发展趋势进行处理，生成分布图。未来的发展趋势 是数据采集和数据分析统一起来，将田间是数据采集和数据分析统一起来，将田间 观测者的地理位置和田间观测数据，通过观测者的地理位置和田间观测数据，通过 便携便携 pc 和天线发往办公室和天线发往办公室 pc，利用软件，利用软件 自动生成田间数据分布图。自动生成田间数据分布图。 2.3 决策分析决策分析 “精细农业精细农业”技术是根据技术是根据 田间采集到的不均衡空间分布

10、数据及有关田间采集到的不均衡空间分布数据及有关 作物其它信息，经过决策分析，来控制投作物其它信息，经过决策分析，来控制投 入方式和施用量。决策分析是入方式和施用量。决策分析是“精细农业精细农业” 的核心，直接影响的核心，直接影响“精细农业精细农业”技术的实践技术的实践 效果。效果。gis 用于描述农田空间上的差异性，用于描述农田空间上的差异性， 而作物生长模拟技术用来描述某一位置上而作物生长模拟技术用来描述某一位置上 特定生长环境下的生长状态。只有将特定生长环境下的生长状态。只有将 gis 与模拟技术紧密地结合在一起，才能制定与模拟技术紧密地结合在一起，才能制定出切实可行的决策方案。出切实可行

11、的决策方案。 2.4 控制实控制实 施施 “精细农业精细农业”技术的目的是科学管理田间技术的目的是科学管理田间 小区，降低投入，提高生产效率。作为支小区，降低投入，提高生产效率。作为支 持持“精细农业精细农业”技术的农业机械设备，除了技术的农业机械设备，除了 带有定位系统和产量测量的联合收割机外，带有定位系统和产量测量的联合收割机外， 按处方图进行作业的农业机械还有：带有按处方图进行作业的农业机械还有：带有 定位系统和处方图读入设备，控制播深和定位系统和处方图读入设备，控制播深和 播量的谷物精密播种机；控制施肥量的施播量的谷物精密播种机；控制施肥量的施 肥机；控制剂量的喷药机；控制喷水量的肥机

12、；控制剂量的喷药机；控制喷水量的 喷灌机；控制耕深的翻耕机等。例如，当喷灌机；控制耕深的翻耕机等。例如，当 驾驶拖拉机在田间喷施农药时，驾驶室中驾驶拖拉机在田间喷施农药时，驾驶室中 安装的监视器显示喷药处方图和拖拉机所安装的监视器显示喷药处方图和拖拉机所 在的位置。驾驶员监视行走轨迹的同时，在的位置。驾驶员监视行走轨迹的同时， 数据处理器根据处方图上的喷药量，随时数据处理器根据处方图上的喷药量，随时 向喷药机下达命令，控制喷洒。向喷药机下达命令，控制喷洒。 3 精细农业技术的应用精细农业技术的应用 3.1 “精细农业精细农业”具有以下优点：具有以下优点： 3.1.1 提高收益提高收益 按照土壤

13、特性、作物按照土壤特性、作物 需求，实施灌溉、施肥、播种和病虫草害需求，实施灌溉、施肥、播种和病虫草害 防治，即能降低用水、肥料、种子、农药防治，即能降低用水、肥料、种子、农药 的投入，也能增加作物产量。的投入，也能增加作物产量。 3.1.2 保护环境保护环境 根据农田作物定点需根据农田作物定点需求，控制化学物品的施用量，即能降低土求，控制化学物品的施用量，即能降低土 壤、地下水、作物品质的污染，也能保护壤、地下水、作物品质的污染，也能保护 生态环境。生态环境。 3.1.3 提高作物产量和质量提高作物产量和质量 根据作物根据作物 的实际需求，即能避免因过量施用化肥、的实际需求，即能避免因过量施

14、用化肥、 农药、水带来的副作用，造成作物减产，农药、水带来的副作用，造成作物减产， 品质下降，也能改善因缺少养分造成的减品质下降，也能改善因缺少养分造成的减 产和降低作物品质。产和降低作物品质。 3.1.4 提供更多有用信息提供更多有用信息 由于可以获由于可以获 取农田更多的信息，能够使作物生产管理取农田更多的信息，能够使作物生产管理 人员制定出更准确、合理的管理决策。人员制定出更准确、合理的管理决策。 3.2 需要满足的条件需要满足的条件 3.2.1 农田大小农田大小 农田大小的概念主要农田大小的概念主要 取决于外部环境。不同国家，适于取决于外部环境。不同国家，适于“精细农精细农 业业”技术

15、实践的农田大小不一样。一般需要技术实践的农田大小不一样。一般需要 一个全面的经济分析，可以计算出一个国一个全面的经济分析，可以计算出一个国 家适于家适于“精细农业精细农业”技术实践的最小农田范技术实践的最小农田范 围。围。 3.2.2 农机化程度农机化程度 农田可大可小，但农田可大可小，但 是，农业作业若不是机械化，是，农业作业若不是机械化， “精细农业精细农业”就就 无法实施。如联合收割机、播种机、施肥无法实施。如联合收割机、播种机、施肥 机、喷药机、喷灌机等。另外，还需要机、喷药机、喷灌机等。另外，还需要gis、gps（dgps） ；信息采集、分析设备；信息采集、分析设备； 随农业机械配备

16、的定位系统、控制设备、随农业机械配备的定位系统、控制设备、 监测设备等。总之，机械化、自动化程度监测设备等。总之，机械化、自动化程度 越高，越利于实施越高，越利于实施“精细农业精细农业”技术实践。技术实践。 3.2.3 农田差异农田差异 一般来说，作物生长一般来说，作物生长 没有空间差异的农田，实施没有空间差异的农田，实施“精细农业精细农业”技技 术实践，是不会有经济效益的。农田的空术实践，是不会有经济效益的。农田的空 间差异首先表现在产量的空间差异上。产间差异首先表现在产量的空间差异上。产 量的差异可能是由于土壤墒情、土壤肥力、量的差异可能是由于土壤墒情、土壤肥力、 病虫草害分布等因素的差异性造成的。病虫草害分布等因素的差异性造成的。 在我国，农田规模较小，机械化水平在我国，农田规模较小，机械化水平 比较落后，实施广域的比较落后，实施广域的“精细农业精细农业”技术实技术实 践尚需较长的发展过程，但是，结合我国践尚需较长的发展过程，但是，结合我国 国情，在某些具体条件下，开展国情，在某些具体条件下，开展“精细农业精细农业” 技术实践或技术实践