浅析我国精细农业常用的一些基本理论

邓兴华

摘要：我国人多地少，面对人口日益增加的巨大压力，对于资源的有效利用和环境保护的要求越来越高，因此，研究和发展适合我国国情的精细农业技术，推动我国农业生产持续稳定发展，是我国农业现代化的重要内容，也是机遇性的挑战，应当引起我国农业科技界的高度重视。本文首先介绍了国内外“精细农业”技术应用情况，而后对精细农业的一些基本理论进行总结，以供参考。

关键词:精细农业遥感技术全球定位系统地理信息系统

0 引言

“精细农业”的核心指导思想就是要利用现代地球空间信息技术获取农田内影响作物的生长和产量的各种因素的时空差异，避免因对农田的盲目投入所造成的浪费和过量施肥施药造成的环境污染。具体而言，就是利用卫星定位系统对采集的农田信息进行空间定位；利用遥感技术获取农田小区内作物生长环境、生长状况和空间变异的大量时空变化信息；利用地理信息系统建立农田土地管理、自然条件(土壤、地形、地貌、水分条件等)、作物产量的空间分布等的空间数据库，并对作物苗情、病虫害、墒情的发生发展趋势进行分析模拟，为分析农田内自然条件、资源有效利用状况、作物产量的时空差异性和实施调控提供处方信息；在获取上述信息的基础上，利用作物生产管理辅助决策支持系统对生产过程进行调控，合理地进行施肥、灌溉、施药、除草等耕作措施，以达到对田区内资源潜力的均衡利用和获取尽可能高的产量。精细农业技术是运用全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、传感器及检测系统、计算机控制器及变量执行设备等信息技术，对大田农作物生产和畜牧生产实施监控，从而提高作物和畜牧产量和质量，最大限度地保护生态环境，保证农业的可持续发展。

1 国内外“精细农业”技术的应用情况

1.1 国外“精细农业”技术的应用情况 在北美、欧洲和澳大利亚等地“精细农业”技术主要用于土地资源的详查及监测，农作物生长状况的监测和产量预测，灾害性天气、旱情、涝情和水情的监测，农作物病虫害的监测与精细防治和大地号农田的优化施肥等方面。

到了八十年代和九十年代，由于遥感技术(RS)、全球定位系统( GPS ) 和地理信息系统(GIS)的应用， 进行农情监测和产量预测已达到更加精确的程度，所用设备的数量和精度都在提高。目前全球已有20000 台“产量监测器”投入了使用，有的就装在收获机械上。

目前，在一些国家“可变比率洒施机”的试用引起了人们的极大兴趣。该机器的设计者试图借助于RS、GIS和GPS等技术获取田间信息(包括土壤参数和病虫害情况等)，同时机器自动控制农药、化肥和种子的施入量。由于优化施肥，农场主从中可能获得巨大的经济效益。

另一种“可变比率洒施机”名为“实时闭循环系统”(Real-time closed-loop System)，其设计者是想尽可能地摆脱对3S技术的依赖，田间信息直接由安在洒施机上的探测设备获取，并立即对数据进行分析并自动控制农药、化肥和种子的施入量。这种机器保证了所测得信息与所采取措施的地点的一致性。

1.2 国内“精细农业”技术的应用情况 我国是个农业大国，农业生产的自然条件十分复杂，自然灾害频繁，因此“精细农业”技术对我国农业生产来说是非常重要的。

我国利用地球资源技术卫星遥感资料进行土壤和水文调查开始于七十年代末和八十年代初，山西、内蒙等省(区)的土壤调查和农业区划工作就利用了卫星遥感资料。

1984-1986年，我国在京、津、冀地区，进行了大规模的冬小麦卫星遥感试验，取得了一定成果。1985和1986年小麦产量预报准确率分别为92％和95％。

可见，我国“精细农业”基本上还停留在卫星遥感、地理信息系统和产量预测方面。

2 “精细农业”的技术思想

精细农业其核心思想是通过对农田小区作物产量和影响作物生长的环境因素(如土壤结构、地形、土壤含水量、植物营养、病虫害、杂草等)实际存在的空间和时间差异性的分析，确定影响小区产量差异的原因，采取技术上可行、经济上有效的调控措施，区别对待，按需实施定位调控，以充分利用资源，实现最经济、最合理的投入，获得经济上和环境上的最大效益。精细农业之所以引起全世界广泛的关注，首先是因为它能显著提高产量，提高耕地资源利用潜力和保护环境；其次，是因为精细农业研究的意义已远远超出其技术系统应用发展本身的范围，它提供的技术思想和改造客观世界的认识思维方式，其影响更是深远的。

3 精细农业的技术构成

3.1 GPS——全球定位系统 推动精细农业发展的关键技术是在20世纪70年代末开始建立的全球定位系统。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，它可提供连续、定位和原子时钟信息。

3.2 GIS——地理信息系统 地理信息系统以地理空间数据库为基础，在计算机软、硬件的支持下，对有关空间数据按地量坐标或空间位置进行预处理、输入、存储、查询、检索、运算、分析、显示、更新和提供应用、研究，并处理各种空间实体和空间关系。它有如下特征：具有采集、管理、分析和输出多种空间信息的能力；具有空间分析、多要素信息分析和预测预报的能力，可为宏观决策管理服务；能实现快速、准确的空间分析和动态监测研究。将GIS用于精细农业中，可对农田小区的作物产量和各种影响因素进行存储、分析和管理。

3.3 RS——遥感技术 遥感技术可根据对遥感资料的解译，获得所研究区域内有关信息，具有宏观、快速、动态等特点。

不同含水量的土壤具有不同的地表温度，因而具有不同的热红外特性和热辐射特性。农作物不同生长期和不同生长情况均有不同的光谱反射曲线，所以结合研究区域内抽样调查的资料和GIS数据库，并依靠有关的专业基础知识，利用RS可获得土壤含水量、作物长势和产量等重要资料。

3.4 DSS——决策支持系统 决策支持系统是根据农业生产者和专家在长期生产中获得的知识，建立作物栽培与经济分析模型、空间分析与时间序列模型、统计趋势分析与预测模型和技术经济分析模型，利用GPS、RS获得的各种信息及GIS建立的数据库，针对小区内农作物生长环境和生长条件时间和空间上存在的差异作出分布式投入决策，即生成田间投入处方图。决策支持系统DSS综合了专家系统ES(expert system)和模拟系统SS(simulation system)，因而能为精细农业的实施提供正确的决策支持。

3.5 ST——信息采集与处理技术 信息采集与处理技术是获取各种信息的重要手段。精细农业的实现首先在于认识农田小区内农作物生长环境和生物情况的差异而这必须依赖于各种先进的传感器。随着现代科学技术的发展，各种非接触快速测量传感器和智能化传感器为精细农业提供了全新的技术支持。

3.6 IAM——智能化农业机械 智能化农业机械IAM是实现精细农业的重要设备。智能化农一机械首先必须利用DGPS技术实现精确定位，然后必须根据田间处方图生成的智能控制软件，针对农田小区存在的差异自动执行分布式投入决策。

我国人多地少，面对人口日益增加的巨大压力，对于资源的有效利用和环境保护的要求越来越高，因此，研究和发展适合我国国情的精细农业技术，推动我国农业生产持续稳定发展，是我国农业现代化的重要内容，也是机遇性的挑战，应当引起我国农业科技界的高度重视。