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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(chǎng)新的農(nóng)業(yè)科技革命,也必將會(huì)對(duì)我國(guó)未來(lái)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(guó)國(guó)情,提出了在我國(guó)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(guó)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(zhǎng)。即有效利用農(nóng)業(yè)資源,提高農(nóng)業(yè)利潤(rùn),減少農(nóng)業(yè)污染。
中國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó),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(guó)面對(duì)的“人多地少,資源短缺,環(huán)境惡化,人增地減”的趨勢(shì)不可逆轉(zhuǎn)。保證21世紀(jì)我國(guó)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。正如同志所指出的“中國(guó)的農(nóng)業(yè)問題,糧食問題要靠中國(guó)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”。縱觀世界現(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(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了前所未有的機(jī)遇。“精細(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(lái)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(guó)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(guó)家的一半。以施用化肥為例,1978年到1995年,全國(guó)化肥用量增長(zhǎng)了97%,而糧食僅增長(zhǎng)了36%,糧食產(chǎn)量每增長(zhǎng)1%,化肥施用量差不多要增長(zhǎng)3%。這種化肥施用量遞增和過(guò)低的利用率,造成化肥報(bào)酬遞減和對(duì)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(wàn)噸化肥,相當(dāng)于節(jié)約近100億元人民幣。據(jù)有關(guān)國(guó)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(guò)產(chǎn)量測(cè)量、作物監(jiān)測(cè)以及土壤采樣等方法來(lái)獲取數(shù)據(jù),以便了解整個(gè)田塊的作物生長(zhǎng)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(cè)量的谷物聯(lián)合收割機(jī)(如美國(guó)JohnDeree和英國(guó)MesseyFerguson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(cè)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(cè)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(cè)量精度有待于改進(jìn)。國(guó)外基于TDR技術(shù)的土壤水分測(cè)量?jī)x器、基于MR技術(shù)的多光譜SOM測(cè)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(zhǎng)勢(shì)或病蟲草害的分布情況。如監(jiān)測(cè)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(lái),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(cè)儀器不久將研制出來(lái),并投入使用。4)其它數(shù)據(jù)采集
地形邊緣測(cè)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(lái),經(jīng)過(guò)平滑形成邊界圖。另外,還要獲取近年來(lái)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(guò)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(lái)平滑數(shù)據(jù)曲面,它能消除采樣測(cè)試誤差,清晰地顯示區(qū)域性分布規(guī)律和變化趨勢(shì)。通過(guò)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(guò)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(cè)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(shì)面分析,即用某種形式的函數(shù)所代表的曲面來(lái)逼近該信息的空間分布。趨勢(shì)面分析從總體上反映了苗情、病蟲草害的空間變化性趨勢(shì)。
未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析統(tǒng)一起來(lái),將田間觀測(cè)者的地理位置和田間觀測(cè)數(shù)據(jù),通過(guò)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(guò)決策分析,來(lái)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(zhǎng)模擬技術(shù)用來(lái)描述某一位置上特定生長(zhǎng)環(huán)境下的生長(zhǎng)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(guò)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(zhǎng)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(zhǎng)過(guò)程。作物生長(zhǎng)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(zhǎng)時(shí)期的時(shí)空數(shù)據(jù),利用作物生長(zhǎng)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(cè)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(guò)量施用化肥、農(nóng)藥、水帶來(lái)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(guó)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(guó)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(guó)外一篇文章報(bào)道,以小麥?zhǔn)┓蕿槔鶕?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(guò)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(cè)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(guò)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(wú)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(cè)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(lái)說(shuō),作物生長(zhǎng)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(zhǎng)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(guó)國(guó)情的“精細(xì)農(nóng)業(yè)”技術(shù)實(shí)踐
在我國(guó),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(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程,但是,結(jié)合我國(guó)國(guó)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(guó)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(zhǎng)條件的空間差異可能不大,但就整個(gè)地塊來(lái)說(shuō),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(duì)坐標(biāo)定位的作物產(chǎn)量(以戶為單位)、作物長(zhǎng)勢(shì)、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(chǎng)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(zhǎng)勢(shì)和病蟲草害分布等作物生長(zhǎng)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(zhǎng)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(chǎng)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)模化經(jīng)營(yíng)和先進(jìn)的技術(shù)裝備優(yōu)勢(shì),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(guò)程是:帶DGPS和產(chǎn)量測(cè)量的谷物聯(lián)合收割機(jī)在田間定位和自動(dòng)采集對(duì)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(zhǎng)勢(shì),并利用計(jì)算機(jī)處理,生成作物生長(zhǎng)的空間差異分布圖;利用GIS的空間決策分析和作物生長(zhǎng)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(guò)“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(lái)源。RS獲取的是作物生長(zhǎng)過(guò)程中的時(shí)間序列圖象,提供的是農(nóng)田土壤和作物生長(zhǎng)的空間反映光譜,通過(guò)DGPS地面測(cè)量,尋找光譜與實(shí)地測(cè)量值之間的關(guān)系,推斷農(nóng)田土壤和作物生長(zhǎng)的時(shí)空變異性。另外,在作物生長(zhǎng)季節(jié),由于RS定期獲取土壤和作物生長(zhǎng)的基本數(shù)據(jù),可用于修正作物生長(zhǎng)模擬模型,使作物生長(zhǎng)模擬模型更加有效的反映作物生長(zhǎng)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(shuō)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(lái)的發(fā)展動(dòng)力。“精細(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(guò)量施用造成的生產(chǎn)成本增長(zhǎng)、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(guó)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(zhǎng)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(lái)更好的建立作物產(chǎn)量差異與作物生長(zhǎng)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(duì)作物產(chǎn)量可以忽略不計(jì)。但是,經(jīng)過(guò)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(zhǎng)信息,利用“反饋”方法,反復(fù)修正作物生長(zhǎng)條件,使作物生長(zhǎng)達(dá)到良性循環(huán)。
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