第六章精确农业技术体系

第六章精确农业及其技术体系PA专题内容一、精确农业的含义二、精确农业产生的背景三、精确农业发展现状四、精确农业的技术体系五、我国精确农业的现状和发展方向PA专题一、精确农业的含义PA(precisionagriculture,或,precisionfarming,或处方农作,prescriptionfarming,或英尺农作,farming-by-foot,或逐块区别管理,sitespecificmanagement,或称变量投入技术,variableratetechnology)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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专题二、精确农业产生的背景1、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３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专题二、精确农业产生的背景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。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2、经济方面的问题最近几年，西方一些国家的农业土地面积开垦量不断增加，而农产品价格却逐年下降。原因：产品质量下降所至。基于欧洲农业交易市场的质量要求，农场经营者认为农产品质量对毛利率的增加是非常重要的。应用精确农业技术对作物的准确投入、精确管理以及适时的检测可有效地提高产品的质量，从而获得较高的交易价格PA专题3、用于精确农业研究与应用的条件日臻完善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专题三、精确农业发展现状美国乔治华盛顿大学2000年曾发布了一份关于新兴科技的预测报告。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。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专题三、精确农业发展现状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”。1995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,如种子的湿度等。PA专题1996年:北美约19%的300hm2以上规模的农场利用了GPS,到2000年达90%。目前北美已有2万台谷物联合收割机安装有产量传感器1994年美国精确农业的作业面积达到41万hm2,而1998年则猛增到1000多万hm2,已有5%的农家实际引入了精确农业技术。预计2005年5000万hm2的玉米带可实现精确农业普及50%,而甜菜的普及率近期就可能达到50%。PA专题1、AFS（AdvancedFarmingSystem）—凯斯先进农作系统AFS是美国CaseIH公司开发的一个支持精细农业技术的先进农业管理系统。PA专题2、FieldStar—AGCO农田之星系统Fieldstar是英国MasseyFerguson公司研制开发的支持精细农业技术体系的一个农田信息管理系统。它利用先进的传感技术和GPS技术自动记录产量和其他有关数据，自动控制和优化实施播种、施肥和喷药作业。其最终目标是获取最大利润，改善对环境的影响。PA专题3、GreenStar—JohnDeere绿色之星系统GreenStar是美国JohnDeree公司研制开发的支持精细农业技术体系的一个农业管理系统。它能够“按需投入”实施农田作业，即在农田低产区避免过多的投入，而在高产区满足作物需求，以提高经济效益和环境效益为目的管理好作物生产。GreenStar分四个部分，即精细农作、农机管理、计划管理和农艺管理PA专题四、精确农业的技术体系技术之一：GPS——全球定位系统技术之二：GIS——地理信息系统技术之三：RS——遥感系统技术之四：DSS——决策支持系统技术之五：CDS——信息采集与处理技术技术之六：智能化农业机械智能化（IAM）技术之七：变率处理技术(VRT)PA专题精确农业的优势(一)合理施用化肥,降低生产成本,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,,因此有明显的经济和环境效益。(二)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40%左右,精确农业可由作物动态监控技术定时定量供给水分,可通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,并能获取尽可能高的产量。(三)节本增效,省工省时,优质高产。精确农业采用精确播种,精确收获技术,并将精确种子工程与精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。在一般情况下,精确播种比传统播种增产18%～30%,省工2～3个。(四)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PA专题精确农业的技术路线通过全球卫星定位系统(GPS)－－－－确定农业作业者或农业机械在田间的瞬时位置；通过设置在田间不同位置的用途各异的传感器及监测系统－－－－随时随地采集田间数据(土质、性状、含水率、肥力、杂草量、病虫害和分布状况等)－－－－将这些数据输入地理信息系统(GIS)。结合事先储存在GIS中定期输入的或持久性数据、专家系统及其他决策支持系统，对信息进行加工处理，瞬间做出适当的农业作业决策－－－－再通过农业作业者或农业机械携带的计算机控制系统，自动控制其变量执行设备或元器件，实现对作物或目标区的变量投入和变量操作PA专题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想基础。PA专题思想体系的实践依据,约每15m2面积为一采样小区,测得平均单产为6.6t/hm2,图中不同颜色代表不同单产,最高单产为8t/hm2,最低单产为4t/hm2,小区单产差异达100%。该小区原预计目标产量为75t/hm2,但实际上只有69%的面积达到和超过了预期目标。造成这种差异的原因可能是:土质、土壤耕作层深度、病虫害、杂草状况不一致,土壤含水量不均匀,栽培技术不当,以及施肥和病虫害、草害防治不能按需实施定位调控等。正是基于对农田小区内作物生长情况和收获产量时间和空间差异的认识，人们就提出“处方耕作”的思想。PA专题技术之一：GPS——全球定位系统GPS（Globalpositioningsystem）是一种高精度、全天候、全球性的无线电导航、定位、定时系统。系统组成：包括24颗地球卫星组成的空间部分，地面监控部分以及和用户接收机3个主要部分组成。两大系统：目前已建成投入运行的全球卫星定位系统有美国国防部建设的GPS系统和俄罗斯建设的GLONASS（GlobalavigationSatelliteSystem）系统,。PA专题GPS的作用GPS应用于导航1.船舶远洋导航和进港引水2.飞机航路引导和进场降落3.汽车自主导航4.地面车辆跟踪和城市智能交通管理5.个人旅游及野外探险6.个人通讯终端（与手机，PDA，电子地图等集成一体）GPS应用于授时校频1.电力，邮电，通讯等网络的时间同步2.准确时间的授入3.准确频率的授入GPS应用于高精度测量1.各种等级的大地测量，控制测量2.道路和各种线路放样3.水下地形测量4.地壳形变测量，大坝和大型建筑物变形监测5.GIS应用6.工程机械（轮胎吊，推土机等）控制7.精细农业PA专题美国海军核潜艇配备GPS的士兵PA专题GPS应用领域GPS导航的舰载飞弹车辆导航管理PA专题对航空器的定位及导航农业监控PA专题生态研究给动物戴的GPS项圈自助旅游土地测量工程配备GPS的巡警PA专题土壤采样、苗情监测、距离测量及采样点导航PA专题GPS在精确农业中的作用DGPS-(differentialglobalpositioningsystem)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（DGPS（DifferentialGPS，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GPS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。）ＧＰＳ接收机在精细农业中的作用：精确定位。农业机械可以将作物需要的肥料送到准确位置,也可以将农药喷洒到准确位置。田间作业自动导航测量地形起伏状况。它通过差分ＧＰＳ系统进行精确定位和高度测量,利用ＧＩＳ记录与显示联合收割机当前作业位置和土地单位面积的产量和微地形起伏状况。PA专题技术之二：GIS——地理信息系统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绘制作物产量分布图。农业专题地图分析。通过ＧＩＳ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专题技术之二：GIS——地理信息系统作为精确农业的核心组件：GIS将专家系统、决策支持系统等组合起来，作为容器的作用。GIS综合处理通过RS、GPS获得的环境及相关数据和各种环境监测数据。PA专题土壤速效氮的空间分布图北京昌平精细农业示范区土地利用现状图、土壤采样布局图和示范区土地利用规划图PA专题技术之三：RS——遥感系统（RemoteSensing—RS）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遥感技术可根据对遥感资料的解