遙感技術(shù)在精確施肥管理中的應(yīng)用

1、遙感技術(shù)在精確施肥管理中的應(yīng)用 遙感技術(shù)在精確施肥管理中的應(yīng)用 【摘要】隨著科技的開(kāi)展，我國(guó)農(nóng)業(yè)的開(kāi)展有了很大的提高。遙感技術(shù)作為現(xiàn)代信息技術(shù)的先進(jìn)技術(shù),能快速準(zhǔn)確地收集農(nóng)業(yè)資源和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息,結(jié)合地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)等高新技術(shù),更好的促進(jìn)農(nóng)業(yè)的開(kāi)展。文章就遙感技術(shù)在精確施肥管理中的應(yīng)用進(jìn)行分析介紹。 【關(guān)鍵詞】遙感技術(shù)；精確施肥；管理；應(yīng)用 中圖分類(lèi)號(hào)：P237 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： 前言 文章對(duì)精確施肥的概念、理論體系和必要性進(jìn)行了詳細(xì)分析，對(duì)遙感在精確施肥管理中的應(yīng)用進(jìn)行了闡述，通過(guò)分析，并結(jié)合自身實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)理論知識(shí)，對(duì)遙感技術(shù)在精確施肥管理中的開(kāi)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討。 二

2、、精確施肥的概念 精確施肥的前身是定位養(yǎng)分管理(sitespecificnutrientmanagement,SSNM)。所謂定位,就是強(qiáng)調(diào)田間不同地點(diǎn)之間的差異性,克服肥料使用的不合理性。最早SSNM指的是按土區(qū)別氮肥管理系統(tǒng)(Soil-specificnitrogenmanagement),只是針對(duì)不同的土壤條件實(shí)行區(qū)別管理,隨著農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步,逐漸向系統(tǒng)工程研究方面開(kāi)展,不僅針對(duì)土壤,還包括作物、水文、微氣候等條件的時(shí)空變化,在作業(yè)管理中實(shí)行按需投入的原那么,變均勻投入為變量投入,優(yōu)化作業(yè)操作。 精確施肥的理論技術(shù)體系 精確施肥的理論技術(shù)體系主要包括以下4個(gè)方面: 1.土壤數(shù)據(jù)和作物營(yíng)

3、養(yǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集。這是精確施肥實(shí)施的關(guān)鍵,是確定基肥、追肥施用量的根底。與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集方法相比,遙感技術(shù)的開(kāi)展,為土壤數(shù)據(jù)和作物營(yíng)養(yǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集提供了一個(gè)非破壞性、快捷實(shí)用的新途徑,不僅節(jié)約了大量的人力和物力,也節(jié)約了大量財(cái)力。 2.差分全球定位系統(tǒng)(DGPS)。全球定位系統(tǒng)為精確施肥提供了根本條件。無(wú)論是田間作物和土壤信息的實(shí)時(shí)采集,還是肥料的精確施放,都以農(nóng)田空間定位為根底。 3.決策分析系統(tǒng)。決策分析系統(tǒng)是精確施肥的核心,直接影響精確施肥的技術(shù)實(shí)踐成果。決策分析系統(tǒng)包括地理信息系統(tǒng)(GIS)和模型專(zhuān)家系統(tǒng)二局部。GIS用于描述農(nóng)田空間屬性的差異性;作物生長(zhǎng)模型和作物營(yíng)養(yǎng)專(zhuān)家系統(tǒng)用于描

4、述作物的生長(zhǎng)過(guò)程及養(yǎng)分需求,并根據(jù)不同的施肥策略判斷施肥量的多少。 4.控制施肥。控制施肥是精確施肥的最終實(shí)現(xiàn),需要通過(guò)一定的工程裝備技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)施肥策略的不同而有兩種形式,一是處方信息控制施肥,根據(jù)決策分析后的電子地圖提供的處方施肥信息,對(duì)田塊中肥料的撒施量進(jìn)行定位調(diào)控。二是實(shí)時(shí)控制施肥,根據(jù)監(jiān)測(cè)土壤的實(shí)時(shí)傳感器信息,或根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的作物光譜信息或葉片SPAD值分析調(diào)節(jié)施肥量。 四、精確施肥的必要性 “土壤-作物-養(yǎng)分間的關(guān)系十分復(fù)雜。雖然我們已確定了作物生長(zhǎng)中必不可少的大量元素和微量元素,但作物需求養(yǎng)分的程度因植物的種類(lèi)不同而有差異。即使是同一種作物,不同的生長(zhǎng)期對(duì)各種養(yǎng)分的需求程度差

5、異也很大。苗期是作物的“營(yíng)養(yǎng)臨界期,雖然在養(yǎng)分?jǐn)?shù)量方面要求不多,但是要求養(yǎng)分必須齊全和速效,而且數(shù)量足夠。很多作物在營(yíng)養(yǎng)“最大效率期對(duì)某種養(yǎng)分需求數(shù)量最多,營(yíng)養(yǎng)效果最好。同一作物不同養(yǎng)分的“最大效率期不同,不同作物同一養(yǎng)分的“最大效率期也不同。不同養(yǎng)分具有“養(yǎng)分不可替代性,即作物的產(chǎn)量主要受最少養(yǎng)分含量那個(gè)養(yǎng)分所限制,而這個(gè)最少的養(yǎng)分不能被其他養(yǎng)分所代替。為消除“最小養(yǎng)分率的限制,大量地使用化肥,而這又造成一系列的環(huán)境問(wèn)題。所以為取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益,適應(yīng)不同地區(qū)、不同作物、不同土壤和不同作物生長(zhǎng)環(huán)境的需要,變量處方施肥是未來(lái)施肥的重要開(kāi)展方向。 五、遙感在精確施肥管理中的應(yīng)用 1.估

6、算農(nóng)作物播種面積政府和社會(huì)公眾歷來(lái)高度重視 農(nóng)作物播種面積的變化情況，它是國(guó)家制定糧食政策等經(jīng)濟(jì)政策的重要依據(jù)，及時(shí)、準(zhǔn)確獲取農(nóng)作物種植面積對(duì)政府制定糧食政策、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)村開(kāi)展政策具有重要的意義。遙感技術(shù)因其獲得的信息客觀準(zhǔn)確、覆蓋面積大以及省時(shí)、省力、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用到農(nóng)作物播種面積的估算上。利用遙感技術(shù)，能調(diào)查農(nóng)作物覆蓋面積，調(diào)查結(jié)束后得出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和分布圖件，通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的處理，可以估算出農(nóng)作物的播種面積。 監(jiān)測(cè)作物長(zhǎng)勢(shì) 作物長(zhǎng)勢(shì)是作物生長(zhǎng)發(fā)育狀況評(píng)價(jià)的綜合參數(shù)，長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)是對(duì)作物苗情、生長(zhǎng)狀況與變化的宏觀監(jiān)測(cè)。利用遙感技術(shù)對(duì)作物生產(chǎn)的每個(gè)階段進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲得時(shí)間序列圖片、圖像，

7、對(duì)這些圖片、圖像進(jìn)行處理得到有用信息，能直觀顯示出作物生長(zhǎng)發(fā)育的節(jié)律特征和時(shí)空變異性的信息。生產(chǎn)者可以通過(guò)利用這些信息，了解不同生長(zhǎng)階段中作物的長(zhǎng)勢(shì)，采取相應(yīng)的措施進(jìn)行田間管理。 3.估算作物產(chǎn)量作物產(chǎn)量是重要的經(jīng)濟(jì)情報(bào)，因此每個(gè)國(guó)家都很重視作物產(chǎn)量的估算，并依托本國(guó)的技術(shù)水平和綜合國(guó)力，以其最快的速度在作物收獲的前后估算作物的產(chǎn)量。最初用于估產(chǎn)的遙感技術(shù)是農(nóng)學(xué)估產(chǎn)，在隨后的開(kāi)展過(guò)程中出現(xiàn)氣象學(xué)估產(chǎn)和統(tǒng)計(jì)估產(chǎn)的模式。20世紀(jì)70年代之后，歐美興旺國(guó)家率先將遙感技術(shù)應(yīng)用到作物產(chǎn)量估計(jì)這個(gè)領(lǐng)域上來(lái)，大大提高了作物估產(chǎn)的精確度。 4.作物生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè) 作物生長(zhǎng)需要從空氣、水和土壤中獲取營(yíng)養(yǎng)元素，不同

8、作物在不同時(shí)期對(duì)光、溫、水、氣、土、肥的要求各不相同，這就要求生產(chǎn)者密切關(guān)注作物生長(zhǎng)發(fā)育的生態(tài)環(huán)境。遙感技術(shù)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤侵蝕面積、土地鹽堿化程度及其變化趨勢(shì)，也可以對(duì)土壤水分養(yǎng)分和水體環(huán)境及水體污染等作物生態(tài)環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，生產(chǎn)者能根據(jù)氣象衛(wèi)星所提供的資料和該作物在某一些地區(qū)的生長(zhǎng)特點(diǎn)采取相關(guān)措施，提高作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。 六、遙感技術(shù)在精確施肥管理中的開(kāi)展趨勢(shì) 1.資源的時(shí)間、空間異質(zhì)分布及定量化。眾多研究結(jié)果說(shuō)明,田間作物的長(zhǎng)勢(shì)、土壤特性(肥力、水分含量、有機(jī)質(zhì)含量、質(zhì)地)等存在著較大的時(shí)空變異,因此如何了解這些時(shí)空差異的分布并量化這些差異,是精確施肥體系的根底。這就要求充分發(fā)揮遙感的優(yōu)

9、點(diǎn),結(jié)合其它先進(jìn)的技術(shù)(如GPS、GIS等),快速準(zhǔn)確地探測(cè)出田間信息的時(shí)空變異。 2.數(shù)據(jù)分析處理和解譯技術(shù)等。如何對(duì)遙感獲取的大量田間信息進(jìn)行分析處理,從而提取出最終有用的東西,是遙感技術(shù)成功地應(yīng)用于精確施肥的關(guān)鍵。特別是衛(wèi)星、航空遙感圖像的解譯、大氣校準(zhǔn)等方法,有待于進(jìn)一步提高完善。 3.能直接檢測(cè)農(nóng)作物和土壤狀況的遙感技術(shù)。盡管目前這方面的研究已經(jīng)不少,但是由于所用遙感數(shù)據(jù)來(lái)源的不統(tǒng)一以及作物生長(zhǎng)的時(shí)空差異等一系列原因,造成研究結(jié)果不盡一致,甚至有相悖的結(jié)果產(chǎn)生。因此,要切實(shí)加強(qiáng)環(huán)境脅迫作用下的遙感機(jī)理和遙感標(biāo)志研究,遙感與GIS的集成對(duì)作物脅迫作用的診斷理論以及作物生長(zhǎng)環(huán)境和收獲產(chǎn)量

10、實(shí)際分布的空間差異性機(jī)理和環(huán)境脅迫作用與產(chǎn)量形成的遙感定量關(guān)系等方面的研究,從而建立一整套可用于不同遙感數(shù)據(jù)來(lái)源、不同作物、不同環(huán)境條件下的農(nóng)作物和土壤遙感診斷技術(shù)。 4.開(kāi)發(fā)可獲取田間(農(nóng)作物和土壤)實(shí)時(shí)信息的傳感設(shè)備。實(shí)時(shí)、便捷、可靠的作物和土壤營(yíng)養(yǎng)傳感器是進(jìn)行科學(xué)的作物肥料管理所必需的,也是精確施肥的關(guān)鍵設(shè)備之一。南京土壤所等在這方面已經(jīng)做了一些研究工作,已研制出了可根據(jù)土壤濕度調(diào)節(jié)控制灌溉的開(kāi)關(guān)式土壤水分傳感器。 5.關(guān)于遙感技術(shù)探測(cè)氮缺乏的研究已經(jīng)比擬成熟,但要真正用于指導(dǎo)實(shí)踐,還需一個(gè)成熟可靠的氮肥決策算法及相應(yīng)的施肥管理系統(tǒng)。盡管目前已經(jīng)有了一些基于遙感技術(shù)的氮肥用量算法,但這些算法具有一定的地區(qū)性,在其他地區(qū)的表現(xiàn)還有待于進(jìn)一步驗(yàn)證和完善。因此,通用的氮肥決策算法的研究將是近幾年精確施肥研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。 七、結(jié)束語(yǔ) 遙感技術(shù)對(duì)精確農(nóng)業(yè)的開(kāi)展起著決定性的作用。甚至可以說(shuō)，沒(méi)有遙感技術(shù)，就沒(méi)有精確農(nóng)業(yè)。隨著科技的開(kāi)展，遙感技術(shù)在精確施肥管理中的應(yīng)用將進(jìn)一步深化，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益，