SoilDection变量施肥系统

SoilDection变量施肥系统 一 概述 定义 农业变量施肥技术 它是精准农业的重要组成部分 是以不同空间单元的产量数据与土壤理化性质 病虫草害 气候等多层数据的综合分析为依据 以作物生长模型 作物营养专家系统为支持 以高产 优质 环保为目的的施肥技术 意义 通过对农业生态系统进行养分平衡研究 从而可以实现在每一操作单元上因土壤 因作物预计产量的差异而按需施肥 作用 能有效控制物质循环中养分的输入和输出 防止农作物品质变坏及化肥对环境的污染和破坏 大大提高了肥料的利用率 降低生产成本 减少了多余肥料对环境的不良影响 增加了农民收入 精准施肥对农作物增产的贡献率可达到40 60 1994年在明尼苏达州南部汉斯卡农场 明尼苏达大学按照传统的测土推荐施肥推荐的施氮量为146kg hm2氮素 而按照精准农业变量施肥技术实际施氮量变幅在0 202kg hm2 平均仅为100kg hm2 节省了约1 3的氮肥 同时提高了产量 1993年在明尼苏达州的扎卡比森甜菜农场 传统的施肥推荐是施纯氮191kg hm2 而精准施肥在35 167kg hm2范围之内 大大减少了氮肥用量 肥料投入每公顷减少了15 50美元 精准施肥的甜菜产量 46 2t hm2 比传统施肥方法稍有增加 44 5t hm2 含糖量从16 59 增加到17 89 每公顷产糖量从6069kg增加到6917kg 收入从1481 42美元增加到1839 72美元 二 国内外变量施肥技术研究进展 国外 20世纪90年代以来 精准农业在欧美发达国家发展很快 已初具规模 自1995年以来 每年召开一次 信息农业学术讨论会 重点研讨信息 GIS GPS 自动控制等与精准农业有关的技术 目前 精准农业已涉及施肥 植物保护 精量播种 耕作和水分管理等各有关领域 在实现精准施肥研究方面 国外已取得部分研究成果 1 对变量施用液态氮肥和磷肥做了研究 得出应用变量施肥技术可以减少产量变化的差异 提高产量和增加回报 2 研究开发了一个数字控制计量装置 用于水的灌溉和化学药剂的喷洒作业 3 研究开发了一个装备GPS的液态有机肥施用系统 该系统以开 关的形式控制肥料的使用 能够实现在水井 路障 河流等处控制不施肥 在耕作土地上控制施肥 4 研究了一个移动式的变量喷药系统 5 使用脉冲宽度来调节控制施用液态氨肥流量 已经商品化的有美国JohnDeere公司的变量撒肥机 Case公司的FlexiSoil变量施肥播种机等 国内 中国在20世纪90年代后期开始了对精准农业的关注和适当引入 近年来 中国在精准农业的示范研究方面发展速度较快 在引进 消化 吸收国外研究成果的基础上 研究和探讨适合中国国情的精准农业技术体系 精准农业的思想已经为科技界和社会广为接受 并在实践上有一些应用 吉林大学完成了精准农业农业田块网格的划分 为精准施肥的网格识别提供保证 北京农业技术信息研究中心提出了基于多维空间变异分析的自适应农艺处方单元策略 对精准农业技术体系中自动确定最佳农民处方单元大小提出了简便的解决方法 建立了精准农业智能决策支持平台 可以为用户播种 施肥等实现精确管理提供技术支持 并在小汤山建立了精准农业示范基地 浙江大学的何勇等建立了精准农业研究和开发的信息处理系统 中国科学院东北地理与农业生态研究所与吉林大学 在吉林省德惠市国家农业高新技术示范区 利用吉林大学生物与农业工程学院研制的变量深施肥机 进行了手动控制和自动变量控制的两种试验 黑龙江八一农垦大学精准农业研究中心在友谊农场的精准农业示范项目 已取得了阶段性研究成果 利用带有GPS接收信号的收获机 完成了友谊农场五分场二分队二号地 三号地大豆收获 小麦收获产量图的绘制 得到了两个地块的产量图 利用Ag132GPS型GPS接收机完成了二号地的土壤采样和样品分析报告 福建省农业科学院土壤肥料研究所 开展节 3S 技术在农业精准养分管理中的应用研究 提出了三元肥效模型非常典型式的计算机随机解的方法及编程技术 同时发现了常用的产量频率分析法存在的缺陷 即仅用几十组到一百多组的氮磷钾组合求平均值作为推荐施肥量 数值结果不稳定 采用随机可解决这一问题 该编程方法可同时求解水肥螯合运移模式 为国内外首创 中国农业科学院土壤肥料研究所应用GIS结合土壤养分状况系统研究法 探讨了一定农业生产条件下棉田土壤养分空间变异及其在推荐施肥中的应用 中国科学院东北地理与农业生态研究所与吉林大学机械工程学院合作进行精准施肥的研究 主要研究内容包括 1 研究土壤肥力变化与精准施肥的方法 以提高肥料利用率 2 建立精准施肥专家系统 中国应用精准施肥专家系统进行推荐施肥决策出现在20世纪80年代中后期 影响较大的有中国科学院安徽人工智能所提出的 砂姜黑土小麦施肥专家系统 中国农业科学院土肥所 土壤肥料试验和农业统计程序包 江苏扬州市土肥站研制的 土壤肥料信息管理系统 综合推荐施肥系统 ISRS 的构建 等 进入20世纪90年代以来 信息技术的快速进步也给中国土壤养分管理和施肥技术带来了新的发展机遇 中国学者纷纷利用信息平台开展土壤养分管理研究 积极探索符合中国国情精准养分管理模式和体系 如 区域微机土壤信息系统的建立与应用 红壤资源信息系统的研制及其初步应用 等 重庆市农业科学院开始了中国 加拿大政府合作的平衡施肥与农田养分精准管理项目 主要进行水稻 小麦平衡施肥 小麦磷肥效益 有机肥料与无公害蔬菜 蔬菜平衡施肥等试验研究 目前已在梁平县仁贤镇凉水村建立了平衡施肥监测村 监测面积达1km2 涉及农户345户 该项目为重庆丘陵地区精准施肥 平衡施肥提供技术支撑 并推动长寿 垫江和梁平地区22万公顷粮食作物实现科学施肥 三 原理 在美国和加拿大的大型农场上 农场主在农业技术人员指导下 应用GPS取样器将田块按坐标分格取样 约0 5 2公顷取一土壤样品 分析各取土单元格 田间操作单元 内土壤理化性状和各大 中 微量养分含量 应用GPS和GIS技术 做成该地块的地形图 土壤图 各年土壤养分图等 同时在联合收割机上装上GPS接收器和产量测定仪 在收获的同时每隔1 2sGPS定点一次 同时记载当时当地的产量 然后用GIS做成当季产量图 所有这些资料 均用来作为下一年施肥各类和数量的决策参考 做施肥决策时 调用数据库内所有相关资料进行分析 主要按照每一操作单元 0 5 2公顷 的养分状况和上一季产量水平 参考其他因素 确定这一单元内的各种养分施肥量 应用GIS做成各种肥料施用的施肥操作系统 GIS施肥操作图层 然后转移到施肥机具上 指挥变量平衡施肥 变量施肥机有用传统的施肥机改装的一次作业施一种肥料的简易型和新研制的大型多种肥料同时变量施肥的机具两种类型 吉林大学完成了精准农业农业田块网格的划分 为精准施肥的网格识别提供保证 北京农业技术信息研究中心提出了基于多维空间变异分析的自适应农艺处方单元策略 对精准农业技术体系中自动确定最佳农民处方单元大小提出了简便的解决方法 建立了精准农业智能决策支持平台 可以为用户播种 施肥等实现精确管理提供技术支持 并在小汤山建立了精准农业示范基地 浙江大学的何勇等建立了精准农业研究和开发的信息处理系统 中国科学院东北地理与农业生态研究所与吉林大学 在吉林省德惠市国家农业高新技术示范区 利用吉林大学生物与农业工程学院研制的变量深施肥机 进行了手动控制和自动变量控制的两种试验 试验结果表明 该施肥机能够实现精准农业意义上的精准施肥操作 三 变量施肥技术存在的问题 目前的精准施肥技术体系不可避免地存在一些问题 如土壤数据采集仪器价格最贵 性能较差 不能分析一些缓效营养元素的含量 而遥感由于空间分辨率和光谱分辨率问题 使遥感信息和土壤性质 作物营养胁迫的对应关系很不明确 不能满足实际应用的需要 四 中国实施精准农业变量施肥技术的必要性 施肥方式的落后 盲目粗放施肥和过量偏施已经造成某些农作物有害物质超标 品质下降和环境污染 严重影响了食品安全 极不利于中国加入世界贸易组织后的农产品国际竞争 随着人们环境意识的加强和农产品由数量型向质量型的转变 精准施肥将是提高土壤环境质量 减少水和土壤污染 提高作物产量和质量的有效途径 因此 中国种植业呼唤精准施肥 中国农业生产呼唤精准农业 中国是世界上化肥施用最多的国家之一 化肥投入的突出问题是结构不合理 利用率相当低 造成养分投入比例失调 氮肥利用率为30 35 磷肥为10 25 钾肥为35 55