精細(xì)農(nóng)業(yè)的技術(shù)組織、決策分析及在我國的應(yīng)用實(shí)踐

摘 要 “精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)的核心是用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，在機(jī)械化基礎(chǔ)上，將地理信息系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、傳感技術(shù)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。實(shí)施這項(xiàng)技術(shù)，其結(jié)果必然會(huì)引起一場新的農(nóng)業(yè)科技革命，也必將會(huì)對我國未來農(nóng)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生重大影響。因此，在充分了解“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)組成的基礎(chǔ)上，探討了“精細(xì)農(nóng)業(yè)”的應(yīng)用范圍，尤其是結(jié)合我國國情，提出了在我國逐步實(shí)施“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)方案。

關(guān)鍵詞 精細(xì)農(nóng)業(yè)；地理信息系統(tǒng)；定位系統(tǒng)；決策支持系統(tǒng)；傳感技術(shù)

本世紀(jì)后半期世界農(nóng)業(yè)的高速發(fā)展，除了依靠生物遺傳育種技術(shù)的進(jìn)步，耕地和灌溉面積的擴(kuò)大以外，基本上是在化肥與農(nóng)藥等化學(xué)品的大量增加和機(jī)械動(dòng)力與礦物能源大量投入的條件下獲得的。由此引起的農(nóng)業(yè)水土流失、土壤生產(chǎn)力下降、農(nóng)產(chǎn)品和地下水污染、生態(tài)環(huán)境惡化等問題，已經(jīng)引起國際社會(huì)的廣泛關(guān)注，并成為實(shí)踐農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力。所謂可農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展是指在農(nóng)業(yè)資源和環(huán)境的持續(xù)支撐下的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長。即有效利用農(nóng)業(yè)資源，提高農(nóng)業(yè)利潤，減少農(nóng)業(yè)污染。

中國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，用占世界7％的耕地解決了世界22％人口的溫飽問題，取得了舉世矚目的成就。但是，我國面對的“人多地少，資源短缺，環(huán)境惡化，人增地減”的趨勢不可逆轉(zhuǎn)。保證21世紀(jì)我國16億人口的食物安全，關(guān)鍵在于推動(dòng)農(nóng)業(yè)科技的進(jìn)步。正如江澤民同志所指出的“中國的農(nóng)業(yè)問題，糧食問題要靠中國人自己解決。這就要求我們的農(nóng)業(yè)科技必須要有一個(gè)大的發(fā)展，必然要進(jìn)行一次新的農(nóng)業(yè)科技革命”�？v觀世界現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)，一個(gè)新的農(nóng)業(yè)科技革命的序幕已經(jīng)拉開。以生物技術(shù)、信息技術(shù)為先導(dǎo)的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展及其在農(nóng)業(yè)上的廣泛應(yīng)用，為世界各國農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了前所未有的機(jī)遇�！熬�細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)正是在這種環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生，成為農(nóng)業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要分支。其核心是用現(xiàn)代高新技術(shù)特別是信息技術(shù)來改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，在機(jī)械化的基礎(chǔ)上，把地理信息系統(tǒng)（GIS）、定位系統(tǒng)（GPS）、決策支持系統(tǒng)、傳感技術(shù)進(jìn)行集成，使作物生產(chǎn)更加科學(xué)，減少投入，提高產(chǎn)出，實(shí)現(xiàn)高效利用各種農(nóng)業(yè)資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

目前，我國化肥和農(nóng)藥的利用率都在30％左右，農(nóng)業(yè)灌溉水利用率不足35％，僅及發(fā)達(dá)國家的一半。以施用化肥為例，1978年到1995年，全國化肥用量增長了97％，而糧食僅增長了36％，糧食產(chǎn)量每增長1％，化肥施用量差不多要增長3％。這種化肥施用量遞增和過低的利用率，造成化肥報(bào)酬遞減和對土壤、地下水、谷物的嚴(yán)重污染。如果化肥利用率提高10個(gè)百分點(diǎn)，每年即可節(jié)約1000多萬噸化肥，相當(dāng)于節(jié)約近100億元人民幣。據(jù)有關(guān)國外報(bào)道，“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)將會(huì)使目前化肥和農(nóng)藥的施用量減少50％甚至更多。

1 “精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)組成

1.1 數(shù)據(jù)采集技術(shù)

“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)是通過產(chǎn)量測量、作物監(jiān)測以及土壤采樣等方法來獲取數(shù)據(jù)，以便了解整個(gè)田塊的作物生長環(huán)境的空間變異特性。

1) 產(chǎn)量數(shù)據(jù)采集

帶定位系統(tǒng)和產(chǎn)量測量的谷物聯(lián)合收割機(jī)（如美國John Deree和英國Messey Ferguson等），在收獲的同時(shí)，每隔1.2秒記錄當(dāng)?shù)氐漠a(chǎn)量，記錄數(shù)據(jù)以文本形式（經(jīng)度、緯度、產(chǎn)量和谷物含水量）存儲(chǔ)在磁卡中，然后讀入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。影響產(chǎn)量精度的主要原因是GPS（或DGPS）定位精度、產(chǎn)量傳感器的測量精度、實(shí)際割幅和前進(jìn)速度的準(zhǔn)確性。

2) 土壤數(shù)據(jù)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(shí)、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(shí)驗(yàn)室處理分析，耗資費(fèi)時(shí)，成為實(shí)施“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)實(shí)踐的瓶頸。目前商品化的土壤養(yǎng)分快速測試儀器還是基于傳統(tǒng)化學(xué)分析技術(shù)，其可操作性和測量精度有待于改進(jìn)。國外基于TDR技術(shù)的土壤水分測量儀器、基于MR技術(shù)的多光譜SOM測試儀器已經(jīng)商品化，但其價(jià)格昂貴，不適于大面積推廣使用。

3) 苗情、病蟲草害數(shù)據(jù)采集

利用機(jī)載GPS或人工攜帶GPS，在田間行走中隨時(shí)可定位，記錄位置，并記錄作物長勢或病蟲草害的分布情況。如監(jiān)測病蟲草害分布，一般人為可定性分為輕、較輕、中、較重、重，以1、2、3、4、5代表。該數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性很大程度上依賴于人的判斷能力。近年來，由于NIR視覺技術(shù)、圖象模式識(shí)別、多光譜識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，有關(guān)苗情、雜草識(shí)別快速監(jiān)測儀器不久將研制出來，并投入使用。 4) 其它數(shù)據(jù)采集

地形邊緣測量，一般利用帶GPS的機(jī)動(dòng)車或人工攜帶GPS在田間邊界循環(huán)行走一圈，就能將邊界上的點(diǎn)記錄下來，經(jīng)過平滑形成邊界圖。另外，還要獲取近年來輪作情況、平均產(chǎn)量、耕作情況、施肥情況，作物品種、化肥、農(nóng)藥、氣候條件等有關(guān)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)用于進(jìn)行決策分析。

數(shù)據(jù)分析
一般采集的數(shù)據(jù)都是以文本表形式表示，需要利用一些數(shù)學(xué)方法進(jìn)行處理，生成分布圖。

1) 產(chǎn)量數(shù)據(jù)分布圖

由于產(chǎn)量數(shù)據(jù)是通過連續(xù)采樣獲得的，一般使用平滑技術(shù)（實(shí)際上是一種低通濾波方法）。通常使用移動(dòng)平均法來平滑數(shù)據(jù)曲面，它能消除采樣測試誤差，清晰地顯示區(qū)域性分布規(guī)律和變化趨勢。通過聚類分析生成具有不同產(chǎn)量區(qū)間的產(chǎn)量分布圖。

2) 土壤數(shù)據(jù)分布圖

由于土壤采樣是非連續(xù)的采集土樣，需要估計(jì)采樣點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)，這種估計(jì)過程稱為插值。即用已知采樣點(diǎn)的土壤數(shù)據(jù)估計(jì)相鄰未采樣點(diǎn)的土壤數(shù)據(jù)的一種方法。常用的插值方法有：最近相鄰、局部平均、距離倒數(shù)加權(quán)、等高線和克里格等。當(dāng)土壤采樣點(diǎn)數(shù)較多時(shí)，克里格方法是最好的插值方法。該方法利用半方差圖確定土壤數(shù)據(jù)變化程度和合理的采樣間距。當(dāng)實(shí)際采樣間距大于合理的采樣間距時(shí)，就不能保證插值精度，這時(shí)可用其它方法處理。 3) 苗情、病蟲害分布圖

由于該數(shù)據(jù)采樣即不象產(chǎn)量測量連續(xù)采樣，也不象土壤采樣以柵格采集土樣，而是在行走中，人為定點(diǎn)，記錄數(shù)據(jù)。這樣的數(shù)據(jù)處理一般采用趨勢面分析，即用某種形式的函數(shù)所代表的曲面來逼近該信息的空間分布。趨勢面分析從總體上反映了苗情、病蟲草害的空間變化性趨勢。

未來的發(fā)展趨勢是數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析統(tǒng)一起來，將田間觀測者的地理位置和田間觀測數(shù)據(jù)，通過便攜PC和天線發(fā)往辦公室PC，利用軟件自動(dòng)生成田間數(shù)據(jù)分布圖。

決策分析
“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)是根據(jù)田間采集到的不均衡空間分布數(shù)據(jù)及有關(guān)作物其它信息，經(jīng)過決策分析，來控制投入方式和施用量。決策分析是“精細(xì)農(nóng)業(yè)”的核心，直接影響“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)的實(shí)踐效果。GIS用于描述農(nóng)田空間上的差異性，而作物生長模擬技術(shù)用來描述某一位置上特定生長環(huán)境下的生長狀態(tài)。只有將GIS與模擬技術(shù)緊密地結(jié)合在一起，才能制定出切實(shí)可行的決策方案。二者結(jié)合可按以下三種形式操作：一是GIS和模擬模型單獨(dú)運(yùn)行，通過數(shù)據(jù)文件進(jìn)行通訊。二是建立一個(gè)通用接口，實(shí)現(xiàn)文件、數(shù)據(jù)的共享和傳輸。

三是將模擬模型作為GIS的一個(gè)分析功能。GIS作為存儲(chǔ)、分析、處理、表達(dá)地理空間信息的計(jì)算機(jī)軟件平臺(tái)，其空間決策分析一般包括網(wǎng)絡(luò)分析、疊加分析、緩沖區(qū)分析等。作物生長模擬技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)程序模擬在自然環(huán)境條件下作物生長過程。作物生長環(huán)境除了不可控制的氣候因素外，還有土壤肥力、墑情等可控因素。GIS提供田間任一小區(qū)、不同生長時(shí)期的時(shí)空數(shù)據(jù)，利用作物生長模擬模型，在決策者的參與下，提供科學(xué)的管理方法，形成田間管理處方圖，指導(dǎo)田間作業(yè)。

控制實(shí)施
“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)的目的是科學(xué)管理田間小區(qū)，降低投入，提高生產(chǎn)效率。作為支持“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備，除了帶有定位系統(tǒng)和產(chǎn)量測量的聯(lián)合收割機(jī)外，按處方圖進(jìn)行作業(yè)的農(nóng)業(yè)機(jī)械還有：帶有定位系統(tǒng)和處方圖讀入設(shè)備，控制播深和播量的谷物精密播種機(jī)；控制施肥量的施肥機(jī)；控制劑量的噴藥機(jī)；控制噴水量的噴灌機(jī)；控制耕深的翻耕機(jī)等。例如，當(dāng)駕駛拖拉機(jī)在田間噴施農(nóng)藥時(shí)，駕駛室中安裝的監(jiān)視器顯示噴藥處方圖和拖拉機(jī)所在的位置。駕駛員監(jiān)視行走軌跡的同時(shí)，數(shù)據(jù)處理器根據(jù)處方圖上的噴藥量，隨時(shí)向噴藥機(jī)下達(dá)命令，控制噴灑。

2 “精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)應(yīng)用

2.1 “精細(xì)農(nóng)業(yè)”具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1) 提高收益

按照土壤特性、作物需求，實(shí)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(nóng)藥的投入，也能增加作物產(chǎn)量。 2) 保護(hù)環(huán)境

根據(jù)農(nóng)田作物定點(diǎn)需求，控制化學(xué)物品的施用量，即能降低土壤、地下水、作物品質(zhì)的污染，也能保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

3) 提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量

根據(jù)作物的實(shí)際需求，即能避免因過量施用化肥、農(nóng)藥、水帶來的副作用，造成作物減產(chǎn)，品質(zhì)下降，也能改善因缺少養(yǎng)分造成的減產(chǎn)和降低作物品質(zhì)。

4) 提供更多有用信息

由于可以獲取農(nóng)田更多的信息，能夠使作物生產(chǎn)管理人員制定出更準(zhǔn)確、合理的管理決策。

2.2 實(shí)施“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)實(shí)踐，一般需要滿足的條件

1) 農(nóng)田大小

農(nóng)田大小的概念主要取決于外部環(huán)境。不同國家，適于“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)實(shí)踐的農(nóng)田大小不一樣。一般需要一個(gè)全面的經(jīng)濟(jì)分析，可以計(jì)算出一個(gè)國家適于“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)實(shí)踐的最小農(nóng)田范圍。根據(jù)國外一篇文章報(bào)道，以小麥?zhǔn)┓蕿槔�，根�?jù)產(chǎn)量分布圖顯示，若按均一施肥200kg/ha，平均產(chǎn)量為6.85t/ha，保守提出一個(gè)產(chǎn)量目標(biāo)7t/ha，假定ⅰ) 由于農(nóng)田起頭土壤壓實(shí)度較大，使得20％的農(nóng)田平均產(chǎn)量為5t/ha或更低，通過三年的深耕，可改善土壤壓實(shí)，使小麥產(chǎn)量提高10％（0.5t/ha）。ⅱ) 有15％農(nóng)田產(chǎn)量為6t/ha，由于土質(zhì)問題，不會(huì)達(dá)到7t/ha，因此，連同上面的20％的農(nóng)田，再少施30kg/ha氮。ⅲ) 20％農(nóng)田能夠提高產(chǎn)量到8t/ha，因此，再多施40kg/ha 氮，可將7t/ha提高到8t/ha。根據(jù)當(dāng)前小麥、氮的時(shí)價(jià)，深耕費(fèi)用，DGPS服務(wù)費(fèi)用，辦公軟件費(fèi)用，帶定位系統(tǒng)和產(chǎn)量測量的聯(lián)合收割機(jī)和定位變量施肥機(jī)的使用費(fèi)用，利息等，通過費(fèi)用－利益分析，適于“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)實(shí)踐的最小面積約為85.6ha。

2) 農(nóng)機(jī)化程度

農(nóng)田可大可小，但是，農(nóng)業(yè)作業(yè)若不是機(jī)械化，“精細(xì)農(nóng)業(yè)”就無法實(shí)施。如聯(lián)合收割機(jī)、播種機(jī)、施肥機(jī)、噴藥機(jī)、噴灌機(jī)等。另外，還需要GIS、GPS（DGPS）；信息采集、分析設(shè)備；隨農(nóng)業(yè)機(jī)械配備的定位系統(tǒng)、控制設(shè)備、監(jiān)測設(shè)備等。總之，機(jī)械化、自動(dòng)化程度越高，越利于實(shí)施“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)實(shí)踐。 3) 農(nóng)田差異

一般來說，作物生長沒有空間差異的農(nóng)田，實(shí)施“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)實(shí)踐，是不會(huì)有經(jīng)濟(jì)效益的。農(nóng)田的空間差異首先表現(xiàn)在產(chǎn)量的空間差異上。產(chǎn)量的差異可能是由于土壤墑情、土壤肥力、病蟲草害分布等因素的差異性造成的。但是，一塊農(nóng)田出現(xiàn)差異并不意味著有益于“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)實(shí)踐。首先，必須確定田間存在的差異有多大；其次，能否尋找到作物生長空間差異與作物產(chǎn)量空間差異之間的關(guān)系；再次，根據(jù)目前的作業(yè)條件，能否解決這些差異問題。

2.3 開展適合我國國情的“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)實(shí)踐

在我國，農(nóng)田規(guī)模較小，機(jī)械化水平比較落后，實(shí)施廣域的“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)實(shí)踐尚需較長的發(fā)展過程，但是，結(jié)合我國國情，在某些具體條件下，開展“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)實(shí)踐或“精細(xì)農(nóng)業(yè)”單項(xiàng)技術(shù)實(shí)踐是可行的。

1) 了解差異，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

在我國廣大農(nóng)村，實(shí)行聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制的情況下，個(gè)體農(nóng)民主要是根據(jù)自己的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)實(shí)施農(nóng)業(yè)作業(yè)。盡管每戶的責(zé)任田范圍內(nèi)作物生長條件的空間差異可能不大，但就整個(gè)地塊來說，其空間的差異性是顯而易見的。所以，以鄉(xiāng)、村范圍內(nèi)，建立以GIS為開發(fā)平臺(tái)的田間地理信息系統(tǒng)，其目的是讓農(nóng)民了解田間的差異分布，為農(nóng)民提供合理的管理支持。該系統(tǒng)可以生成以地塊為單位、以相對坐標(biāo)定位的作物產(chǎn)量（以戶為單位）、作物長勢、土壤肥力、作物病蟲草害的分布圖。

2) 建立基于GIS、DGPS技術(shù)的作物管理輔助決策支持系統(tǒng)

在以縣或大農(nóng)場范圍內(nèi)，計(jì)算機(jī)及一些農(nóng)業(yè)信息技術(shù)具有了一定基礎(chǔ)。如果建立DGPS，基本上能夠覆蓋整個(gè)作業(yè)范圍。主要內(nèi)容包括：建立DGPS基準(zhǔn)站；定位采集土壤墑情、土壤肥力、作物長勢和病蟲草害分布等作物生長空間數(shù)據(jù)；收集有關(guān)農(nóng)田地籍、土壤類型、耕作史、產(chǎn)量史、輪作史以及作物品種、肥料、農(nóng)藥、灌井分布等知識(shí)。在GIS軟件開發(fā)平臺(tái)中利用作物生長模擬模型和空間決策分析模型，制定出科學(xué)的農(nóng)田作業(yè)處方，為農(nóng)田資源合理利用和作物生產(chǎn)管理決策服務(wù)。 3) 建立“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)體系試驗(yàn)示范工程

在墾區(qū)農(nóng)場或大面積作物生產(chǎn)平原地區(qū)建立“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)體系試驗(yàn)示范工程，充分利用該地農(nóng)業(yè)規(guī)�；�經(jīng)營和先進(jìn)的技術(shù)裝備優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)工程技術(shù)集成應(yīng)用。其基本過程是：帶DGPS和產(chǎn)量測量的谷物聯(lián)合收割機(jī)在田間定位和自動(dòng)采集對應(yīng)小區(qū)的平均產(chǎn)量數(shù)據(jù)，并利用計(jì)算機(jī)處理，生成作物產(chǎn)量分布圖；定位采集土壤肥力、墑情、病蟲草害分布、作物長勢，并利用計(jì)算機(jī)處理，生成作物生長的空間差異分布圖；利用GIS的空間決策分析和作物生長模擬模型，建立作物管理輔助決策支持系統(tǒng)，并在決策者的參與下生成作物管理處方圖；實(shí)施按處方圖控制農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行田間作業(yè)，如帶DGPS和處方圖讀入設(shè)備，可調(diào)節(jié)播量和播深的谷物精密播種機(jī)、可調(diào)節(jié)施肥量的定位施肥機(jī)和噴藥機(jī)、可控制噴水量的定位噴灌機(jī)等。通過“精細(xì)農(nóng)業(yè)”示范工程，不但能夠帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，而且還能夠因地制宜地推動(dòng)應(yīng)用規(guī)模和范圍，逐步在較大面積和范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、高效生產(chǎn)。

3 遠(yuǎn)景與討論

1) 目前，由于遙感（RS）技術(shù)應(yīng)用于“精細(xì)農(nóng)業(yè)”的主要限制因素是空間分辨率太低。隨著RS技術(shù)的迅速發(fā)展，分辨率的不斷提高，必將成為“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)中獲取田間信息的重要來源。RS獲

取的是作物生長過程中的時(shí)間序列圖象，提供的是農(nóng)田土壤和作物生長的空間反映光譜，通過DGPS地面測量，尋找光譜與實(shí)地測量值之間的關(guān)系，推斷農(nóng)田土壤和作物生長的時(shí)空變異性。另外，在作物生長季節(jié)，由于RS定期獲取土壤和作物生長的基本數(shù)據(jù)，可用于修正作物生長模擬模型，使作物生長模擬模型更加有效的反映作物生長規(guī)律，從而更好地服務(wù)于“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)實(shí)踐。

2) 如果說今天實(shí)施“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)的主要?jiǎng)恿κ浅鲇诮?jīng)濟(jì)效益考慮，那么，環(huán)境問題將是未來的發(fā)展動(dòng)力�！熬�細(xì)農(nóng)業(yè)”的目標(biāo)是提高耕地資源的產(chǎn)量潛力，實(shí)施合理投入，科學(xué)管理，謀求作物生產(chǎn)最好的經(jīng)濟(jì)效益。其中，尤以減少化肥和農(nóng)藥的投入引起特別重視。傳統(tǒng)的以整塊農(nóng)田平均施用化肥和農(nóng)田內(nèi)土壤養(yǎng)分時(shí)空需求、平均施用農(nóng)藥與病蟲草害時(shí)空變化的明顯差異相矛盾。既不能保證作物生產(chǎn)潛力的充分發(fā)揮，也會(huì)導(dǎo)致過量施用造成的生產(chǎn)成本增長、農(nóng)田和地下水資源污染、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降的嚴(yán)重后果。九十年代后期，歐盟大多數(shù)國家都實(shí)施了限制使用化肥和農(nóng)藥的立法，規(guī)定到2000年，要減少農(nóng)業(yè)化學(xué)品施用量50％，并開始征收高效農(nóng)業(yè)化學(xué)品使用稅，這更刺激了尋求新的科學(xué)調(diào)控農(nóng)業(yè)投入，降低作物生產(chǎn)成本的迫切需求。

3) 實(shí)施“精細(xì)農(nóng)業(yè)”的前提是田間土壤和作物生長的空間差異性。這些特性不僅沿水平方向和垂直方向變化，而且也隨時(shí)間變化。有些特征是很穩(wěn)定的，隨時(shí)間變化很慢，如土壤質(zhì)地、SOM等，而有些特性如N和濕度變化較快。所以，在實(shí)施“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)實(shí)踐中還要解決：主要采集哪些信息；怎樣采集這些信息；采集時(shí)間間隔；怎樣反映空間差異性等許多問題。例如，采樣方法不同，采樣和分析費(fèi)用不同；采樣時(shí)間間隔的大小直接影響管理費(fèi)用等。另外，即便獲取了大量的空間數(shù)據(jù)，怎樣更有效利用這些數(shù)據(jù)制定合理的作物管理決策往往是很困難的。一些研究者們已經(jīng)利用統(tǒng)計(jì)的方法來更好的建立作物產(chǎn)量差異與作物生長空間差異之間的關(guān)系。然而，作物生產(chǎn)不僅受到空間因素的影響，而且受到時(shí)間變化的影響。氣候因素的變化往往比空間差異更重要，尤其是降雨和溫度。有時(shí)，在某些年份，空間差異對作物產(chǎn)量可以忽略不計(jì)。但是，經(jīng)過多年“精細(xì)農(nóng)業(yè)”實(shí)踐，可收集大量的有關(guān)作物生長信息，利用“反饋”方法，反復(fù)修正作物生長條件，使作物生長達(dá)到良性循環(huán)。

　

參 考 文 獻(xiàn)

J.K. Schueller. Technilogy for precision agriculture. Proceedings of the First European Conference on Precision Agriculture,Warwick University,U.K. 8~10,September 1997
C.J. Dawson. Management for spatial variability. Proceedings of the First European Conference on Precision Agriculture,Warwick University,U.K. 8~10,September 1997
Richard Earl, Paul Wheeler, Simon Blackmore, et al. Precision farming – the management of variability. Landwords, Winter 1996
Ian J Yule, Edward Crooks. Precision farming: the price of imperfection. Landwords, Winter 1996
汪懋華. “精細(xì)農(nóng)業(yè)”發(fā)展與工程技術(shù)創(chuàng)新. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 1999, 56 (1): 1~8
　

Main technique , decision-making and application of

precision agriculture in China

Liu Gang

(Research Centre for Precision Agriculture China Agricultural University

Beijing 100083)

Abstract The kernel of precision agriculture technology is the alteration of traditional farming by the information system. With the integration of geographic information system, position system, decision support system, sensing technology based on mechanization, the goal of agriculture sustainable development will come true. If this technology is put in practice, a new agriculture science and technology revolution will take place, and a important effect on agricultural development will be brought in our country. Therefore, this paper summarizes the components and applied scope of precision agri culture technology, especially on the basis of the situation of our country, some schemes to implement precision agriculture technology are taken.

Key words precision agricuture; geographic information system; position system; decision support system; sensing technology

 

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