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發(fā)表于 2009-3-24 23:20:02
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精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀
精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，又稱為特定區(qū)域農(nóng)作。它是依據(jù)特定區(qū)域的作物需求，運(yùn)用知識(shí)系統(tǒng)和多種現(xiàn)代信息技術(shù)，精確決定投入的可變比率，如化肥、農(nóng)藥、水、種子和其它方面的投入量，使作物達(dá)到最佳生長(zhǎng)量，提高作物的生產(chǎn)潛力，同時(shí)減少化學(xué)物質(zhì)使用，減少環(huán)境污染。
" W& ]" U; ?! x. q 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)由許多要素組成，其主要內(nèi)容包括：全球定位系統(tǒng)（GPS）；地理信息系統(tǒng)（GIS）；遙感；網(wǎng)絡(luò)抽樣技術(shù)；產(chǎn)量監(jiān)測(cè)器；可變比率發(fā)生器(VRA)；作物模擬模型。1 V2 o! ?: A- W, m4 Z
一、全球定位系統(tǒng)（GPS）
" f/ r: F- @; R, m/ V9 | 由美國(guó)國(guó)防部發(fā)射和經(jīng)管的24顆衛(wèi)星提供世界范圍的地表定位。九十年代初，其中有18顆衛(wèi)星提供了附加的地表定位能力。在GPS投入使用后不久，非軍事應(yīng)用于開(kāi)發(fā)進(jìn)展較快，提供的定位精度小于100m。而差分全球定位系統(tǒng)（DGPS－DifferentialGPS）開(kāi)發(fā)成功，使未知點(diǎn)定位的精確度達(dá)到1m以內(nèi)或更高。這個(gè)精確度對(duì)農(nóng)場(chǎng)機(jī)械速度的實(shí)時(shí)性來(lái)講是一巨大成就，它適用于田間產(chǎn)量監(jiān)測(cè)、土壤抽樣數(shù)據(jù)定位，以及農(nóng)業(yè)化學(xué)物質(zhì)和剎蟲(chóng)劑的使用等。這些數(shù)據(jù)和它們的GPS定位同時(shí)被輸入GPS的層圖中，用于長(zhǎng)期生產(chǎn)管理戰(zhàn)略。: v" {4 ?% C4 j
二、地理信息系統(tǒng)（GIS）7 V/ | H" \* v1 C7 p! u0 Y4 B3 {
長(zhǎng)期以來(lái)，模擬圖像用來(lái)描述空間信息，過(guò)去的30年中，隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷提高，導(dǎo)致用于捕捉、存儲(chǔ)、分析和顯示空間數(shù)據(jù)的特殊工具的發(fā)展，這些數(shù)字工具的集合形成一個(gè)GIS。
+ _& m0 ^' X. h' U: E/ A7 p# ? 儲(chǔ)存于GIS的信息可分為兩類：一類是空間參考數(shù)據(jù)（如樣點(diǎn)、道路、地界）；另一類是提供空間數(shù)據(jù)的屬性數(shù)據(jù)（如土壤類型描述、土壤排水等級(jí)）。空間信息可參照一個(gè)地理坐標(biāo)系統(tǒng)，通常以柵格（網(wǎng)格單元）或向量（弧段節(jié)點(diǎn)）格式存儲(chǔ)。屬性數(shù)據(jù)提供的信息用來(lái)描述一空間特征屬性。GIS的一個(gè)關(guān)鍵特征是利用坐標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)和空間特征數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行地理分析。
7 f m, L3 y- ^$ A3 F GIS在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的作用是為決策和管理去組織并分析空間數(shù)據(jù)，再用于決策支持系統(tǒng)的各類模型中，對(duì)田間的不同管理區(qū)求解結(jié)果和制定計(jì)劃。管理計(jì)劃要考慮影響農(nóng)場(chǎng)作業(yè)的特殊生物特性和環(huán)境特性的變化，如耕種、種植、施肥，以及草害、病害和蟲(chóng)害的控制等。產(chǎn)量監(jiān)測(cè)提供決定性的反饋信息，用以評(píng)價(jià)和調(diào)整下一作物生長(zhǎng)周期的管理計(jì)劃。) M2 G5 S- Z- N$ P
三、遙感- e5 D4 |$ [% e4 y$ p) y
遙感是通過(guò)數(shù)據(jù)分析獲取有關(guān)某一目標(biāo)、地域或現(xiàn)象信息的科學(xué)技術(shù)。用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最基本能力是空中攝影，它允許生產(chǎn)者觀測(cè)一系列重要的作物產(chǎn)量參數(shù)（如土壤變化、植物密度等），以及相應(yīng)的水、肥和化學(xué)物質(zhì)的投入。數(shù)據(jù)的及時(shí)性是作物管理的關(guān)鍵，從數(shù)據(jù)獲取到傳遞給農(nóng)場(chǎng)管理者的時(shí)間間隔是以小時(shí)計(jì)，而不是以月計(jì)。使用遙感信息的主要潛在經(jīng)濟(jì)效益是用精確信息對(duì)作物進(jìn)行直接的動(dòng)態(tài)搜尋，以發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題，這有助于幫助生產(chǎn)者制定管理決策，達(dá)到降耗增效的目的。' N2 \" m2 T, c) E, p0 W/ K
四、網(wǎng)絡(luò)抽樣技術(shù)/ s& A3 A! ~5 Q& q' A. V
網(wǎng)格抽樣是田間采集土壤樣本的一種方法。一個(gè)網(wǎng)格是田間地圖上的一部分。網(wǎng)格大小可隨土壤變化、田塊大小、抽樣價(jià)格而變化。網(wǎng)格的樣本應(yīng)盡可能最充分地表達(dá)田間的變化。衛(wèi)星圖象、空中攝影、土壤地圖、田間記錄和模擬的應(yīng)用能減少描述四門特性所需要的樣本數(shù)量。這些圖象特征變化不大，并被認(rèn)為在某一季節(jié)是固定的數(shù)據(jù)。它還可用于描述或監(jiān)測(cè)需要特別管理措施的環(huán)境區(qū)域。每一網(wǎng)格單元的樣本點(diǎn)由GPS定位，幾個(gè)樣本可以直線取樣，也可以圓形取樣，圓的半徑大約是3m。樣本要在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行分析，測(cè)定土壤pH值、陽(yáng)離子交換能力和土壤營(yíng)養(yǎng)，其結(jié)果記錄存貯在GIS軟件和生成的土壤圖象中。
0 q* B; @$ L) M! C3 Y; s/ q 五、產(chǎn)量監(jiān)測(cè)器
7 p" f; w! `1 H9 V& H! L9 W1 r 繪制產(chǎn)量圖經(jīng)常是實(shí)施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的第一步，產(chǎn)量圖像使農(nóng)場(chǎng)管理者對(duì)田間產(chǎn)量變化可視化，當(dāng)把土壤類型、土壤肥料、雜草分布和排水等制成圖像時(shí)，農(nóng)場(chǎng)管理者就能夠識(shí)別影響產(chǎn)量變化的因素。產(chǎn)量圖像是由產(chǎn)量監(jiān)測(cè)器采集的相關(guān)地理產(chǎn)量生成的。到目前為止，開(kāi)發(fā)的大部分產(chǎn)量監(jiān)測(cè)器主要用于監(jiān)測(cè)籽粒作物產(chǎn)量，而極少用于地下根莖類產(chǎn)品如糖用甜菜和馬鈴薯等。
! S2 D# U, V& r' E2 q" G6 t 六、可變比率發(fā)生器（VRA）, J$ J" U# d/ P* k2 S; G/ {
VRA涉及整個(gè)田間特定條件和變化比率所使用的農(nóng)業(yè)投入（化肥、種子和殺蟲(chóng)劑等）。其重要組成部分包括控制器、液體噴霧器、粒狀物發(fā)生器、空氣噴物機(jī)和撒播機(jī)，以及條播機(jī)和種植機(jī)。其中最重要的部分是控制器，這是一個(gè)微處理器或一臺(tái)PC機(jī)，它直接控制應(yīng)用設(shè)備。可變應(yīng)用比率基于從GIS獲取的信息和田間位置知識(shí)由控制器來(lái)指定，田間位置信息是通過(guò)實(shí)時(shí)差分GPS、地面速度或其他傳感器提供的。
/ j) A% D- Q9 }& T4 T VRA技術(shù)大概是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中開(kāi)發(fā)最成功的部分，目前，VRA產(chǎn)品可提供給生產(chǎn)者和商人使用。
2 K' C- K7 {6 G# P: K! a8 X4 B' T 七、作物模擬模型
`( {# d* l0 X6 l: e) W3 }! q 作物模擬模型對(duì)農(nóng)場(chǎng)經(jīng)營(yíng)者來(lái)說(shuō)，在生產(chǎn)季節(jié)預(yù)測(cè)作物產(chǎn)量和分析不同管理實(shí)踐的結(jié)果是非常重要的管理工具。利用這種決策工具，制定優(yōu)化作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量的栽培實(shí)驗(yàn)方法，也可用于實(shí)驗(yàn)不同的管理方案，并為管理者提供信息，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)氣候、土壤類型和栽培實(shí)踐對(duì)成熟期、最終產(chǎn)量和利潤(rùn)的影響。在給出土壤特性的初始數(shù)據(jù)和農(nóng)場(chǎng)操作輸入如耕作、種植、施肥、灌溉和實(shí)時(shí)天氣數(shù)據(jù)后，模擬器能預(yù)測(cè)作物生長(zhǎng)季期間的生長(zhǎng)發(fā)展?fàn)顩r，結(jié)合一種經(jīng)濟(jì)模塊、模型將計(jì)算不同管理方案下的利潤(rùn)。) j! Z$ ~6 a* B0 Y$ P* |/ T
模擬模型用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，首先把一個(gè)田塊分割成若干個(gè)子地塊，然后，作物模型被用于田間的每一特定于地塊。由于作物模擬模型的許多輸入數(shù)據(jù)是參考地理繪圖信息，因此，利用GIS能改進(jìn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備的效率，模擬模型首先檢索這些數(shù)據(jù)，再進(jìn)行模擬，然后把輸出結(jié)果送回GIS，以便顯示和制定決策。
, K7 T3 ]/ L9 g( G 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)目前仍然處于初級(jí)階段，因此很少對(duì)其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。在1996年12月召開(kāi)的第三屆精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)國(guó)際會(huì)議上，專家指出，農(nóng)場(chǎng)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的利潤(rùn)水平，對(duì)低價(jià)值作物（如玉米、小麥和大豆）的生產(chǎn)者來(lái)說(shuō)仍是難以捉摸的，而對(duì)高價(jià)值產(chǎn)品就較容易獲取利潤(rùn)，如甜菜、土豆種子作物、水果和菜類作物。$ }2 A5 V0 A8 a& W
精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟(jì)可行性和對(duì)環(huán)境及農(nóng)村發(fā)展的影響仍需要做進(jìn)一步探討 |
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發(fā)表于 2009-3-24 23:15:01
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