第六章精确农业技术体系

1、 PA专题专题 PA专题专题 nPA(precision agriculture,或,precision farming,或处方农 作,prescription farming,或英尺农作,farming-by-foot,或逐块区别管 理,site specific management,或称变量投入技术,variable rate technology) n精确农业是将遥感、地理信息系统、全球定位系统、计算机技术、 通讯和网络技术、自动化技术等高科技与地理学、农业、生态学、 植物生理学、土壤学等基础学科有机地结合，实现在农业生产全 过程中对农作物、土地、土壤从宏观到微观的实时监测，以实现 对

2、农作物生长、发育状况、病虫害、水肥状况以及相应的环境状 况进行定期信息获取和动态分析，通过诊断和决策，制定实施计 划，并在GPS和GIS集成系统支持下进行田间作业的信息化现代农 业 n具体含义：按照农业操作每一单元的具体条件,精细准确地调整各 项农业管理措施,在每一生产环节上最大限度地优化各项农业投入, 以获取最大经济效益和环境效益。 PA专题专题 n1、环境保护及节约能源要求 国际农业的发展经历了原始农业(游耕、游牧等)、 传统农业和现代农业个主要发展阶段。 本世纪以来,石油农业的发展在取得成就的同时,带 来了严重的环境问题。对此,人们提出了一系列的替代 农业对策,如回归型农业、生态农业、有

3、机农业、集约 农业、立体农业、持续型农业(持续农业、低投入农业)、 生态经济农业、综合农业、精久农业等农业发展模式。 PA专题专题 n随着农业机械化的实现及大功率拖拉机的使用，“石 油农业等传统作业方式给环境、土壤、水质及植物本 身造成了严重的危害，水源被污染，作物品质下降。 化肥的应用引起了水土流失、土壤板结和酸碱性失衡， 导致化肥与除草剂在土壤和地下水以及农产品中富集， 使环境受到污染，并带来全球性环境恶化、资源日益 短缺与生物多样性损失等诸多问题。 n传统的农业生产管理方式，已不再适应当今社会发展 的要求。 要寻找一种新的农业模式 PA专题专题 PA专题专题 3、用于精确农业研究与应用的

4、条件日臻完善 GPS解密。GPS全球卫星定位系统最初用于军事、 飞机及轮船导航，20世纪70年代后期开始转向民用。 定位技术及设备价格下降。由于用于GPS的卫星 数量不断增加，定位技术及其设备租用价格大幅度下 降，在农业生产中使用已不成问题。随着技术的不断 进步，其价格还会下降。 信息技术及其它电子技术的成熟。技术个人信息 技术、互联网络技术、机载电子技术(执行元件的检测 技术、传感器、变量控制等)的飞速发展以及集成块存 储器存储能力、计算机数据处理能力的提高，均为精 确农业技术研究和应用创造了必要的条件。 PA专题专题 三、精确农业发展现状 n美国乔治华盛顿大学2000年曾发布了一份关于新兴

5、科 技的预测报告。报告中举出了在未来十年改变人类生 活的十大高新技术,其中包括精确农业。 n 20世纪80年代末美国提出精确农业的概念,90年代初进 入生产实际应用。这种农业生产模式就迅速在美国、 英国、法国、德国、加拿大、日本、荷兰、以色列等 国掀起研究和实施推广的浪潮 PA专题专题 三、精确农业发展现状 n美国国家研究院1997年已建议将精确农业的研究与发 展纳入国家战略,欧洲各国也相继开始了精确农业的研 究与实践。日本政府还专门启动了“21世纪农业机械 紧急开发课题”的研究,也将精确农业的相关技术研究 列入计划”。 n1995年美国开始在联合收割机上装备全球卫星定位系 统,通过电子传感器

6、和卫星来定位,可以在一瞬间计算出 收成量,在整个收获季节可以连续地记录下单位土地面 积的产量及其它信息,如种子的湿度 PA专题专题 PA专题专题 PA专题专题 PA专题专题 PA专题专题 PA专题专题 n(一一)合理施用化肥合理施用化肥,降低生产成本降低生产成本,减少环境污染减少环境污染 精确农业采用因土、因作物、因时全面平衡施肥精确农业采用因土、因作物、因时全面平衡施肥,因此有明显因此有明显 的经济和环境效益。的经济和环境效益。 n(二二)减少和节约水资源减少和节约水资源 目前传统农业因大水漫灌和沟渠渗漏对灌溉水的利用率只有目前传统农业因大水漫灌和沟渠渗漏对灌溉水的利用率只有 40%左右左右

7、,精确农业可由作物动态监控技术定时定量供给水分精确农业可由作物动态监控技术定时定量供给水分,可通可通 过滴灌微灌等一系列新型灌溉技术过滴灌微灌等一系列新型灌溉技术,使水的消耗量减少到最低程度使水的消耗量减少到最低程度, 并能获取尽可能高的产量。并能获取尽可能高的产量。 n(三三)节本增效节本增效,省工省时省工省时,优质高产。优质高产。 精确农业采用精确播种精确农业采用精确播种,精确收获技术精确收获技术,并将精确种子工程与精并将精确种子工程与精 确播种技术有机地结合起来确播种技术有机地结合起来,使农业低耗、优质、高效成为现实。使农业低耗、优质、高效成为现实。 在一般情况下在一般情况下,精确播种比

8、传统播种增产精确播种比传统播种增产18%30%,省工省工23个。个。 n(四四)使农作物的物质营养得到合理利用使农作物的物质营养得到合理利用,保证了农产品的产质量保证了农产品的产质量 n PA专题专题 PA专题专题 精细农业的思想体系精细农业的思想体系 发达国家开始重视需要兼顾农业生产力、资源、环境问发达国家开始重视需要兼顾农业生产力、资源、环境问 题以及有效利用农业投入、节约成本、提高利润、提高农产题以及有效利用农业投入、节约成本、提高利润、提高农产 品市场竞争力的要求，为精细农业技术体系的形成准备了思品市场竞争力的要求，为精细农业技术体系的形成准备了思 想基础。想基础。 PA专题专题 PA

9、专题专题 PA专题专题 PA专题专题 PA专题专题 PA专题专题 PA专题专题 PA专题专题 PA专题专题 nDGPS- (differential global positioning system)卫星部分的误差,主要是卫星 星历误差、卫星钟误差和设备误差;信号在空间传播的误差;用户接收机 的误差;人为的误差,为提高定位精度,现广泛采用一种DGPS,即差分GPS n（DGPS（Differential GPS，DGPS）就是把一部地理位置已知的接收机 作为基准站，由基准站确定所有视界以上卫星伪距的偏差值并发送改正 值，由用户接收机接收并对其测量结果进行改正，以获得精确的定位结 果。差分GP

10、S发送改正的信息不同，包括位置差分、伪距差分、相位平 滑伪距差分、相位差分4种工作方式，其定位精度也不相同。） PA专题专题 n农田数据库管理 GIS主要用于建立农田土地管理、土壤数据、自然条 件、生产条件、作物苗情、病虫草害发生发展趋势、 作物产量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 n农业专题地图分析。 通过提供的覆合叠加功能将不同农业专题 数据组合在一起,形成新的数据集。例如,将土壤类型、 地形、作物覆盖数据采用覆合叠加,建立三者在空间上 的联系,可以很容易分析出土壤类型、地形、作物覆盖 之间的关系。 PA专题专题 PA专题专题 PA专题专题 n（Remot

11、e SensingRS） n遥感是精细农业技术体系中支持大面积快速获 得田间数据的重要工具。遥感技术可以利用高 分辨率（米级分辨率）传感器，在不同的作物 生长期，实施全面监测，根据光谱信息，进行 空间定性、定位分析，为定位处方农作提供大 量的田间时空变化信息 PA专题专题 PA专题专题 PA专题专题 PA专题专题 PA专题专题 PA专题专题 PA专题专题 PA专题专题 PA专题专题 PA专题专题 PA专题专题 PA专题专题 n农业机械IAM是实现精细农业的重要设备。智能化农 业机械首先必须利用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

12、分布式投入决策。 n各种智能化农业机械: n带DGPS和产量传感器的联合收割机 n自动控制精度平地机 n自动控制精密播种机 n自动控制施肥机 n自动控制施药机 PA专题专题 PA专题专题 PA专题专题 播种密度图播种密度图 PA专题专题 PA专题专题 PA专题专题 PA专题专题 PA专题专题 n中国农业大学成立了“精细农业研究中心”,北京市、 东北等地区正在准备进行精细农业的实践。 n河北农大设立了精确农业专业 PA专题专题 n（1)中国农田类型多样,分布零星。中国大部分农田处 在丘陵地区,虽有大片的平原,但不多,主要集中在北方; 南方农田分散在丘陵、山区或半山区间,田块破碎,高 低不平,由拖

13、拉机牵引及灌溉、翻耕、施肥于一体的联 合作业机械在这样的地区很难实施。 n（2）农户组织松散，农户土地经营规模小,人均耕地 数量少,很难实现某个作物的大面积种植。 PA专题专题 n(3)精确农业投资巨大。目前,中国农业基础薄弱,农村 贫困,相当长的时期内仍然是小农经济占主导成分,这 种情况下,高投入的精确农业在中国的绝大部分农业区 还难以付诸实施。 n(4)我国农业信息化水平有待于发展，相应的组件要进 口，费用高，农业机械化水平低,一时很难全面推广精 确农业技术。 n(5)缺乏相应的配套政策来实行精确农业后解决农业劳 动力的安置。 PA专题专题 n中国实施精确农业可以分为三个阶段,采用三种模式。 n三个阶段: n第一阶段,引进、试验、示范阶段。要根据中国实际, 引进必要的技术和装备,建立试验示范点,探索精确农 业规律和技术,摸索经验; n第二阶段将试验示范工作扩展到大型国营农场和种植 业专业户或种田能手,特别要注重灌输实施精确农业的 概念和方法,进一步探索规律和积累经验; n第三阶段,在多点试验示范基础上,形成中国特色的 “精确农业模式”,并在部分地区形成实用化和产业化。 PA专题专题 n1、利用GIS技术,在空间定位数据框架下将每块地的土 壤类型、质地、pH值