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发表于 2009-3-24 23:20:02
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精准农业的发展现状
精准农业,又称为特定区域农作。它是依据特定区域的作物需求,运用知识系统和多种现代信息技术,精确决定投入的可变比率,如化肥、农药、水、种子和其它方面的投入量,使作物达到最佳生长量,提高作物的生产潜力,同时减少化学物质使用,减少环境污染。6 A) q& j; y) T8 t
精准农业由许多要素组成,其主要内容包括:全球定位系统(GPS);地理信息系统(GIS);遥感;网络抽样技术;产量监测器;可变比率发生器(VRA);作物模拟模型。, q. v) r7 |9 n X( {6 @4 M4 ~8 M7 B) e1 ~
一、全球定位系统(GPS)5 T o S5 ]* ]' O
由美国国防部发射和经管的24颗卫星提供世界范围的地表定位。九十年代初,其中有18颗卫星提供了附加的地表定位能力。在GPS投入使用后不久,非军事应用于开发进展较快,提供的定位精度小于100m。而差分全球定位系统(DGPS-DifferentialGPS)开发成功,使未知点定位的精确度达到1m以内或更高。这个精确度对农场机械速度的实时性来讲是一巨大成就,它适用于田间产量监测、土壤抽样数据定位,以及农业化学物质和刹虫剂的使用等。这些数据和它们的GPS定位同时被输入GPS的层图中,用于长期生产管理战略。
$ p2 r/ Y9 C( P- a8 i' j) r 二、地理信息系统(GIS)
. l2 C* ^; O& J" u& o 长期以来,模拟图像用来描述空间信息,过去的30年中,随着计算机性能的不断提高,导致用于捕捉、存储、分析和显示空间数据的特殊工具的发展,这些数字工具的集合形成一个GIS。
' o' V% f N7 T- Q4 Q+ `9 f7 ]# a 储存于GIS的信息可分为两类:一类是空间参考数据(如样点、道路、地界);另一类是提供空间数据的属性数据(如土壤类型描述、土壤排水等级)。空间信息可参照一个地理坐标系统,通常以栅格(网格单元)或向量(弧段节点)格式存储。属性数据提供的信息用来描述一空间特征属性。GIS的一个关键特征是利用坐标数据库和空间特征数据库进行地理分析。& I# h& z* X% J+ t n5 X
GIS在精准农业中的作用是为决策和管理去组织并分析空间数据,再用于决策支持系统的各类模型中,对田间的不同管理区求解结果和制定计划。管理计划要考虑影响农场作业的特殊生物特性和环境特性的变化,如耕种、种植、施肥,以及草害、病害和虫害的控制等。产量监测提供决定性的反馈信息,用以评价和调整下一作物生长周期的管理计划。# @+ |2 n3 r J; X
三、遥感8 ^1 S/ Q/ P! @% H
遥感是通过数据分析获取有关某一目标、地域或现象信息的科学技术。用于农业生产的最基本能力是空中摄影,它允许生产者观测一系列重要的作物产量参数(如土壤变化、植物密度等),以及相应的水、肥和化学物质的投入。数据的及时性是作物管理的关键,从数据获取到传递给农场管理者的时间间隔是以小时计,而不是以月计。使用遥感信息的主要潜在经济效益是用精确信息对作物进行直接的动态搜寻,以发现潜在的问题,这有助于帮助生产者制定管理决策,达到降耗增效的目的。* k0 }" E* T, @
四、网络抽样技术
W. i8 P0 B- O2 r+ g/ V 网格抽样是田间采集土壤样本的一种方法。一个网格是田间地图上的一部分。网格大小可随土壤变化、田块大小、抽样价格而变化。网格的样本应尽可能最充分地表达田间的变化。卫星图象、空中摄影、土壤地图、田间记录和模拟的应用能减少描述四门特性所需要的样本数量。这些图象特征变化不大,并被认为在某一季节是固定的数据。它还可用于描述或监测需要特别管理措施的环境区域。每一网格单元的样本点由GPS定位,几个样本可以直线取样,也可以圆形取样,圆的半径大约是3m。样本要在实验室里进行分析,测定土壤pH值、阳离子交换能力和土壤营养,其结果记录存贮在GIS软件和生成的土壤图象中。
, r0 ~/ M* W# } 五、产量监测器8 m! ~( A0 f% j, n I
绘制产量图经常是实施精准农业的第一步,产量图像使农场管理者对田间产量变化可视化,当把土壤类型、土壤肥料、杂草分布和排水等制成图像时,农场管理者就能够识别影响产量变化的因素。产量图像是由产量监测器采集的相关地理产量生成的。到目前为止,开发的大部分产量监测器主要用于监测籽粒作物产量,而极少用于地下根茎类产品如糖用甜菜和马铃薯等。- k9 t |$ Q/ ~% ?
六、可变比率发生器(VRA)7 K! w1 f8 u* U
VRA涉及整个田间特定条件和变化比率所使用的农业投入(化肥、种子和杀虫剂等)。其重要组成部分包括控制器、液体喷雾器、粒状物发生器、空气喷物机和撒播机,以及条播机和种植机。其中最重要的部分是控制器,这是一个微处理器或一台PC机,它直接控制应用设备。可变应用比率基于从GIS获取的信息和田间位置知识由控制器来指定,田间位置信息是通过实时差分GPS、地面速度或其他传感器提供的。
) P; ]4 b) T/ h k VRA技术大概是精准农业中开发最成功的部分,目前,VRA产品可提供给生产者和商人使用。 _( i( Z) s2 E% V2 n; X1 j
七、作物模拟模型
* ~- S3 R V# s0 c$ x9 f 作物模拟模型对农场经营者来说,在生产季节预测作物产量和分析不同管理实践的结果是非常重要的管理工具。利用这种决策工具,制定优化作物生长和产量的栽培实验方法,也可用于实验不同的管理方案,并为管理者提供信息,进一步认识气候、土壤类型和栽培实践对成熟期、最终产量和利润的影响。在给出土壤特性的初始数据和农场操作输入如耕作、种植、施肥、灌溉和实时天气数据后,模拟器能预测作物生长季期间的生长发展状况,结合一种经济模块、模型将计算不同管理方案下的利润。2 V; r6 a! `( n9 }* |7 l) I
模拟模型用于精准农业,首先把一个田块分割成若干个子地块,然后,作物模型被用于田间的每一特定于地块。由于作物模拟模型的许多输入数据是参考地理绘图信息,因此,利用GIS能改进数据准备的效率,模拟模型首先检索这些数据,再进行模拟,然后把输出结果送回GIS,以便显示和制定决策。
5 X1 t `. H2 `, z" C0 Q 精准农业目前仍然处于初级阶段,因此很少对其进行经济分析。在1996年12月召开的第三届精准农业国际会议上,专家指出,农场精准农业的利润水平,对低价值作物(如玉米、小麦和大豆)的生产者来说仍是难以捉摸的,而对高价值产品就较容易获取利润,如甜菜、土豆种子作物、水果和菜类作物。9 G" g* M6 u5 s7 R
精准农业的经济可行性和对环境及农村发展的影响仍需要做进一步探讨 |
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