精准农业论文
2020-03-02 17:51:36 来源：范文大全收藏下载本文
农业信息技术论文
题目：精准农业—3S技术的应用 姓名： 班级： 学号： 日期：
摘要：精准农业就是利用RS作宏观控制；用GPS精确定位地面位置；用GIS将地面信息(地形、地貌、作物种类和长势、土壤质地和养分、水分状况等)进行储存，按区内要素的空间变量数据，精确设定最佳耕作、施肥、播种、灌溉、喷药等多种操作，变传统的粗放经营为精细生产．精准农业不仅可以充分利用资源、降低不必要的投入、减少环境污染和取得最大的社会经济效益，而且，象工业一样，可望使农产品生产成为可控化、标准化、批量化． 关键词：持续农业；3S技术
Abstract：Precision agriculture makes use of RS to macro—control，of GPS to locate precisely ground position and of GIS to store ground information．It precisely establishes various operation，such as the best tillage，application of fertilizer，sowing，irrigation，spurting etc，turns traditional extensive production to intensive production according to space variable data．Precision agriculture not only may utilize fully resources，reduce investment，decrease pollution of the environment and get the most of social and economic efficiency，but also makes farm products，the same as industry，become controllable，and be produced in standards and batches．
Key words：precision agriculture；3s technique
农业的影响因素多，人类控制力差，土地资源又分散，因此农业生产往往随意性大、准确性低，而农业机械的要求又不高，人们常常把“黑、大、粗、笨”与之联系在一起。然而随着科学技术的不断发展，农业的这种情况正在逐步发生变化，当前正在世界发达国家兴起的精准农业就是突出的一例。精准农业不仅可以充分利用资源、降低不必要的投入、减少环境污染和取得最大的社会经济效益，而且今后世界农业有望像工业一样，逐步成为可控化、标准化、批量化。 1 精准农业的概念及技术 1．1精准农业的概念
精准农业(Precision Agriculture，Precision Farming，Precision Crop Management)又称精细农业、精确农业、精准农作和处方农作。是近年来国际上农业科学研究的热点领域，实际上是主要应用3S技术，还有作物生产管理辅助决策支持系统和智能化农业机械装备技术，在定位采集地块信息的基础上，根据各地块土壤、水肥、作物病虫害、杂草、产量等在时间与空间上的差异，进行相适宜地耕种、施肥、灌水、用药，其目的是以合理的投入获得最好的经济效益，并保护环境，确保农业可持续发展。通俗地说：精准农业就是利用RS作宏观控制；用GPS精确定位地面位置；用GIS将地面信息(地形、地貌、作物种类和长势、土壤质地和养分、水分状况等)进行储存，按区内要素的空间变量数据，精确设定最佳耕作、施肥、播种、灌溉、喷药等多种操作，变传统的粗放型经营为精细生产。例如在喷洒农药时通过传感器获得不同田块不同程度病虫害的具体数据，实地调整喷药量，对症下药．有效降低农业成本，使每一寸土地都得到最优化使用，使每一份资源都发挥应有的作用，以经济的投人获得最佳的产出；又能有效地减少对环境的污染，保护农业的生态环境，走可持续发展之路。 1．2精准农业的基本技术
精准农业技术实际上就是一种以信息为基础的农业管理系统，它利用传感器及监测技术可以方便、准确、及时、完整地获得当时土地的必要数据，再根据各因素在控制作物生长中的作用及其相互关系，迅速做出恰当的管理决策，进而控制对作物的投入和作业，针对大面积的土地决策，用卫星或飞机遥测，遥感图像技术可能更经济适用．现代信息技术在精准农业上的应用路径是：应用地理信息系统将土壤和作物信息资料整理分析，制成具有时效性和可操作性的田间管理信息系统，在此基础上通过全球定位系统、遥感技术以及计算机自动控制技术，按每一地块的具体条件，调节资源的投入量，达到增加产量、减少投入、保护农业资源和环境质量的目的；在农田经营管理决策上可根据不同情况选择“以单纯获取高产”、“以适量投入，获取较好经营利润”、“减少资源消耗，保护生态环境”等多种不同优化目标。
1．2．1遥感(Remote Sensing，简称RS)技术
卫星遥感技术的主要作用是采集信息，对异常的作物生长状况和产量的变化提供早期预测，以便及时调整美国的农业政策和战略(如调整农产品价格等)，使美国农场主得到最大的利益，同时对国际粮食援助提供参考。
1．2．2地理信息系统(Geography Information System，简称GIS) 地理信息系统可以比喻为精准农业的大脑，精准农业的技术核心是地理信息系统，应用该系统可以将土地边界、土壤类型、地形地貌、灌水系统、历年的土壤测试结果、化肥和农药等使用情况以及历年产量结果做成各自的地理信息系统图管理起来．通过历年产量图的分析，可以看出田间产量变异情况，找出低产区域，然后通过产量图与其他因素图的比较分析，找出影响产量的主要限制因素，在此基础上制定出该地块的优化管理信息系统，用于指导当年的播种、施肥、除草、防治病虫害、中耕、灌水等管理措施．同时，当前的各项管理措施又作为一个新的地理信息系统图层储存起来，用于下一季作物管理的决策参考．地理信息系统在精准农业技术中主要用于建立农田土地管理、土壤数据、自然条件、作物苗情、病虫害发生发展趋势、作物产量的空间分布等的空间信息数据库和进行空间信息的地理统计处理、图形转换与表达等，为分析差异性和实施调控提供处方信息。 1．2．3全球定位系统(Global Positioning System，简称GPS) 精准农业的关键技术之一是确定作业者或机器的瞬间位置，并将此信息转变成计算机可接受的格式，其中最好的系统就是GPS．全球定位系统是1973年美国为改进原有的海军导航卫星系统而研制的，它能准确地回答“我在哪里”这个简单的问题，其精度可精确到一颗玉米的距离，每一点采点时间只需5 S．全球定位系统采用了多星、高轨、高频、测时一测距体制，实现了全球覆盖、全天候、高精度、实时导航定位。
2 精准农业对持续农业的作用和意义 2．1作用和意义
从世界近代农业发展史可见，本世纪中期以前，发达国家要由第三世界国家进口粮食和农产品，然而到了本世纪后期，情况出现了逆转，发达国家却大量出口粮食和农产品到第三世界国家．其中发达国家的耕地面积并无明显增加，主要依靠科学技术，包括逐步发展起来的精准农业等技术投入，不断提高了农业劳动生产率和农资利用率，在大力挖掘潜力、降低成本的同时，减少了化肥、农药、石油对环境的污染，达到经济效益、社会效益、生态效益的同步增长、持续发展。 我国是世界上最主要的农业国家，用占世界7％的耕地解决了世界22％人口的温饱问题，取得了举世瞩目的成就．但是人El增长和土地资源减少的矛盾不可逆转，为了满足经济和人民生活水平日益提高的要求，必须保持农业的持续发展．解决问题的根本出路在于科学技术，形势迫使我们应该启动精准农业技术，寻找发展高效农业的途径。因此精准农业在减少投入、降低成本、减轻环境污染、农产品可控化、标准化和批量化、便于加工、出口等方面均有积极的作用和意义。 2．2对环境的影响
农业环境问题主要包括水、空气和食品的质量，以及自然资源的消耗．传统的均量施肥意味着田间一些地方施肥过量而另一些地方施肥不足．超过植物所需的过量施用造成过多部分进入地下水或地表水．如果像一些专家认为的那样，在精准农业下生产者一般少施肥料，那么养分流失就有可能减少．然而，肥料用量不可能减少很多，因为常规的恒量施肥经常在对肥料反应大的小区施肥不足．在这些地方，肥料用量会增加．但节约农药会比节约化肥更普遍，因为生产者常常只在需局部处理的大田上施用农药。一些经营者已成功地在大田中用一种农药杀死一种杂草或害虫，而用另一些农药杀死另一种害虫。感应器及制图可以根据特定地点的需要更好地确定农药施用的类型、数量和位置．精准农业有可能通过提高土地生产力，降低以满足衣食之需．这可以腾出地来用于物种保护、野生动物、树、放牧和有利于土壤保护及美化环境的其他用途．用精准农业所提供的精准控制技术可以较好地改善环境热点中的化学品施用问题．根据美国环保署(EPA)的一项调查，农村有2％的井硝酸根含量及0．6％的井农药含量超过了EPA的安全标准．精准农业可能在对水质有不良影响的地点为减少施用提供一种手段。 3 精准农业的应用
3．1精准农业在国外的应用
1993年美国开始试行精准农业模式，目前美国的20％的耕地、80％的大农场都已实行精准农业操作，将在2010年前得到普及．1996年，北美约19％的300 hm2以上的规模化农场已经利用GPS，目前已有2 000台联合收割机安装了产量传感器．近两年来欧美等若干国家已开始对玉米、甜菜、土豆、甘蔗、棉花等联合收割机产量传感器的研究，以及小麦精密播种机、自动施肥机、可控喷水量的喷灌机等均有商品化生产。 3．2精准农业在我国的应用
我国对精准农业的应用尚处于初级阶段，主要表现为借助航空与航天遥感，以高空间和高光谱分辨率，及时提供农作物长势、水肥状况和病虫害情况的“征兆图”（ｓｙｍｐｔｏｍＭａｐｓ）供诊断、决策和估产等使用。通过与航空遥感或小卫星群建立全球数据采集网，可获取实时数据。利用已存贮的土壤背景数据库、农田灌溉、施肥、种子等数据库以及新获取的“征兆图”，进行分析、判断，形成“诊断图”，将这些结果与ＧＩＳ相结合进行综合分析，并做出投入产出估算，提出实施计划或方案；将ＧＰS与ＧＩS集成系统装载在农业机械上，实现农田作业的自动指挥和控制，如自动播种、施肥、除草、灌溉、培土以及收割等工作。为了保证作业的精确性，需要建立相应的专题电子地图和广域，局域ＧＰＳ差分服务网。全球定位系统的优势是精确定位，地理信息系统的优势是管理与分析，遥感的优势是快速提供各种作物生长与农业生态环境在地表的分布信息，它们可以做到优势互补，促进精细农业的发展。 3．3精准农业可以精确播种
将精确种子工程和精确播种工程有机结合起来，要求精确播种机具有播种均匀、精良播种、深浅一致，精确播种技术既可节约大量优良种子，又能使作物在田间获得最佳分布，从而提高作物对营养和太阳能的利用率。 3．4精准农业可以精确施肥
能根据不同地区、不同土壤类型以及土壤中各种养分的盈亏情况、作物类别及产量水平，将N、P、K及多种可促进作物生长的微量元素与有机肥料加以科学配方，从而做到有目的地科学施肥，既减少因过量施肥而造成的环境污染和农产品质量下降，又能降低成本。 3．5精准农业可以精确灌溉
根据不同作物不同生育期间土壤墒情和作物需水量，实施实时实量灌溉，节约水资源，提高水资源生产效率。 3．6精准农业可以精确收获
利用精确收获机械不但可以做到颗粒归仓，同时也能根据一定标准，准确分级．以往对农作物产量的估算和长势的了解历来都是采取实地观测的方法，依靠自下而上的统计报表进行的．工作量大、时间长、其准确性的人为因素多，利用遥感技术可以估算农作物的种植面积、单产和长势，其精确度为90％。 3．7精准农业技术不仅适用于种植业也适用于养殖业和加工业
设施园艺、养殖业和农产品加工业在室内进行作业，受自然影响小，类似于工业生产的条件，对GPS仪的要求低，因此其精确化要比大田容易,起步先于大田种植。
3.8精准农业技术的效果和推广现状
目前国际上精准农业技术的推广处于徘徊期,普遍推广的还是一些单项技术,如DGPS定位下的精准播种、精准喷药等,澳大利亚精准农业中心的研究人员对基于产量变异、土壤养分变异的变量施肥技术的效果进行研究后的结论是,变量施肥并没有导致增产,只是降低了施肥量。从不同作物看,甜菜、烟草、甘蔗等品质要求高对施肥比较敏感的作物,变量施肥效果较好,例如根据美国明尼苏达大学Crookston和North Dakota State University在199
4、1995两年的结果,基于4～5英亩网格取样的变量施氮可使每英亩甜菜的利润增加50～70美元。其它大田作物的效果不确定性很大,即使显示纯经济效益的,也很有限。在美国,农户对精准农业变量施肥技术的采纳率在1999年达到顶点后,2000年、2001年连续两年有明显下降,国际市场农产品价格的持续低迷是大环境的原因,但主要的原因是目前的精准农业的技术体系所产生的经济效益还不够明显,采纳目前的精准农业技术体系后,生产成本一般不会下降,作物产量和质量的增加只有几个特例,大部分的实验结果,产量并没有明显的增加。我们认为,目前的精准农业技术体系的增产作用不够明显,一是所能考虑的农田变异的空间尺度太大,在1hm2以上,基于这种采样间距的精准农业技术体系不仅在中国没有推广前景,在美国、加拿大、澳大利亚等西方国家也难以推广。作物产量在很小尺度就会有很大的差异,例如我们测定的高产田小麦的一个30m2小区内,每平方米产量变化幅度达30%左右,对这个尺度的产量变异原因进行分析并进一步提出改进措施是作物大幅度增产的基础。二是支持精准农业实施的决策支持系统还没有完善,以目前的变量施肥决策为例,主要是基于土壤养分测定数据和产量图,对于作物本身性状如吸肥特性、叶面积指数和干物质积累的空间变化等不进行考虑,这是由于目前的精准农业的研究者大多数是土壤肥料学科方面的背景,农艺学家的参与不多,我国的作物栽培学在世界上来讲拥有最系统的学科体系,研究水平可以说是世界领先,栽培学家的主动参与将使精准农业的增产增质降本效果在我国显示出来。 3.9精准农业的研究方向
精准农业的变量实施技术不是难点,目前精准农业技术体系碰到的困境,主要是由于基础研究不足,推广有些超前造成的,一些理论依据不是特别充分和量化的技术,如单纯基于土壤网格采样和目标产量的变量施肥技术被不适当地过分重视和推广。前边已经提到,农田高密度信息的获取是精准农业发展的瓶颈,而在这些高密度的农田信息获取后,怎样根据这些不同角度的农田信息,推出一整套具有可实施性的精准管理措施,将是另一个需要多学科交叉的研究课题,以变量施肥为例,不仅是土壤养分和目标产量,土壤其它性状、品种特性、环境条件等许多要素都影响施肥决策。一个信息获取,一个可靠的决策支持系统，是精准农业研究的两个主要难点,也是精准农业未来至少10多年的主要研究内容和突破口。
参考文献：
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[6]严泰来．精确农业的由来与发展及其在我国的应用策略[J]．计算机与农业，2000，(1)：3—5． [7]王克林，李文祥．精确农业发展与农业生态工程创新[J]．农业工程学报，2000，(1)：5—8．
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