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1、精准农业技术及其发展前景摘要:基于精准农业的本质和核心,对精准农业实施过程中的关键技术进行了介绍。主要从农田信息获取的传感器技术、/3S0空间技术、开展农田信息空间变异研究的地统计学技术、智能化变量投入技术和多种技术的集成研究等方面阐述了精准农业研究的现状,探讨了精准农业技术的发展前景。关键词:精准农业;关键技术;前景精准农业是基于信息和知识支持的现代农业,和农业信息化的关系密切,本质是一种以知识为基础的农业管理系统。核心是动态、实时地获取农田小区土壤和农作物的信息,诊断作物长势和产量时空差异的原因,并对小区进行准确的灌溉、施肥、喷药,最大限度地提高水、肥和杀虫剂的利用效率,减少环境污
2、染,获得最佳的经济效益和生态效益。精准农业技术从实施过程来看大致包括农田信息获取、农田信息管理和分析、决策分析、决策的田间实施四大部分。在这个实施过程中,一些关键性的技术贯穿其中,统一在变量施用机具这个精准农业技术系统的载体上。其RS(遥感)是属于农田信息的获取手段,GPS(全球定位系统)是地理位置信息的获取段,GIS(地理信息系统)是农田信息的管理和分析手段,DSS(决策支持系统)和ES(专家系统)是策支持系统的核心,VRT(变量投入技术)体现在决策的田间实施过程中。现将精准农业实施过程中的关键技术及其发展前景分述如下。1农情数据采集的传感器技术农情信息主要包括地理环境、土壤环境、小
3、气候、水环境、与作物生长状况相关的信息以及管理信息六大要素。快速有效地采集和描述影响作物生长功能的空间变量信息,是精准农业实践的重要基础。在精准农业研究中,目前优先要考虑的是土壤养分(N、P、K等)、水分、电导率、pH值等要素的快速采集。监测土壤信息的各种传感器对于指标的测量精度很重要,土壤水分传感器技术的研究与发展直接关系到精准农业变量灌溉技术研究与发展。从目前来看,无论是基于时域反射仪(TDR)原理的测量方法(成本太高),基于中子法技术的测量方法(测量精度不太高),还是基于土壤水分张力的测量方法(测量响应速度较慢),在获取土壤水分时仍存在不足,需要进一步开发研制精度高、价位合理、能
4、连续测量的传感器来测定土壤水分。获取其它土壤信息的传感器也需要进一步的完善。总的来看,目前农情信息快速采集技术的研究落后于支持精准农业的其它技术(如产量传感器技术)的发展,并且现有的农田信息采集方法基于定点采样与实验室分析相结合,耗资费时、空间尺度大,难以较精细地描述农田小区信息的空间变异性。因此研究农田的快速定位测量技术,开发成熟的低成本、高密度、高精度、高可靠性的获取农田信息的技术,有利于提高采样密度、测量精度并能满足实际生产要求的新型传感器技术的研究利用。这不仅能改变传统的农田信息采集手段,为实施精准农业创造条件,同时测量的农田信息能很快应用到生产实践中。在精准农业获取农田信息研
5、究中,针对农情信息的数据采集,应重点开展联合收获机测产系统以及土壤环境信息快速测量仪器的研究与产品开发,把相关领域的新理论和新方法融合到农信息的采集技术研究中,提高设备的采集精度和速度,降低数据采集的成本,并能定位、快速、精确、连续地测量。__2农田信息空间变异研究的地统计学技术目前,国内外开展精准农业的实践研究,大多是从研究农田土壤特性的空间变异性开始的。地统计学以其对既有随机性又有结构性的变量进行统计学研究的优势,成为土壤和作物信息空间变异性研究、从点到面的数学分析工具。从农田信息采集方式来看,基于多平台的遥感信息获取技术是一个非常有研究和应用前景的农田信息获取手段,但由于目前遥感
6、技术在精准农业中的应用尚不成熟,主要体现在遥感信息分辨率、获取信息的及时性及遥感信息的解析等方面,因此多平台遥感这一获取面状信息的手段还没有被广泛应用。虽然提高传感器的监测精度能提高土壤信息的获取速度和质量,但获取的土壤信息仍然是点状的,而研究需要的往往是面状信息。对于点状土壤信息扩展为面状信息的研究,一般基于地统计学原理并结合GIS方法,实现采样点土壤特性数据点到区域尺度的合理扩展,获取研究尺度范围内土壤特性数据无缝的、连续的空间分布,得到各种土壤特性信息的空间分布图。这不仅可以深刻认识农业生产的复杂性和时空变异性,也是获取农业精准耕作/处方图0的重要基础和实施精准农业变量施肥的重要
7、参考。由于采集技术和采样成本的限制,传统样点土壤特性信息测定方法是进一步研究其空间变异性的重要基础,因此研究开发集成GIS的地统计软件,是当前和将来一段时间内农田信息分析研究的一项重要内容。3/3S0空间技术建立一个完整的精准农业技术体系,需要多种技术知识和先进技术装备的集成支持。GPS技术是精准农业技术体系的关键技术之一,它是一种高精度、全天候、全球性的无线电导航、定位、定时系统,用来准确地确定测量点的经度、纬度和高程。在精准农业实施过程中,
