遥感技术在精确施肥管理中的应用

【摘要】随着科技的发展，我国农业的发展有了很大的提高。遥感技术作为现代信息技术的先进技术,能快速准确地收集农业资源和农业生产的信息,结合地理信息系统和全球定位系统等高新技术,更好的促进农业的发展。文章就遥感技术在精确施肥管理中的应用进行分析介绍。

【关键词】遥感技术；精确施肥；管理；应用

中图分类号：P237 文献标识码：A 文章编号：

前言

文章对精确施肥的概念、理论体系和必要性进行了详细分析，对遥感在精确施肥管理中的应用进行了阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对遥感技术在精确施肥管理中的发展趋势进行了探讨。

二、精确施肥的概念

精确施肥的前身是定位养分管理(sitespecificnutrientmanagement,SSNM)。所谓定位,就是强调田间不同地点之间的差异性,克服肥料使用的不合理性。最早SSNM指的是按土区别氮肥管理系统(Soil-specificnitrogenmanagement),只是针对不同的土壤条件实行区别管理,随着农业科学技术进步,逐渐向系统工程研究方面发展,不仅针对土壤,还包括作物、水文、微气候等条件的时空变化,在作业管理中实行"按需投入"的原则,变均匀投入为变量投入,优化作业操作。

精确施肥的理论技术体系

精确施肥的理论技术体系主要包括以下4个方面:

1.土壤数据和作物营养实时数据的采集。这是精确施肥实施的关键,是确定基肥、追肥施用量的基础。与传统的数据收集方法相比,遥感技术的发展,为土壤数据和作物营养实时数据的采集提供了一个非破坏性、快捷实用的新途径,不仅节约了大量的人力和物力,也节约了大量财力。

2.差分全球定位系统(DGPS)。全球定位系统为精确施肥提供了基本条件。无论是田间作物和土壤信息的实时采集,还是肥料的精确施放,都以农田空间定位为基础。

3.决策分析系统。决策分析系统是精确施肥的核心,直接影响精确施肥的技术实践成果。决策分析系统包括地理信息系统(GIS)和模型专家系统二部分。GIS用于描述农田空间属性的差异性;作物生长模型和作物营养专家系统用于描述作物的生长过程及养分需求,并根据不同的施肥策略判断施肥量的多少。

4.控制施肥。控制施肥是精确施肥的最终实现,需要通过一定的工程装备技术来实现。根据施肥策略的不同而有两种形式,一是处方信息控制施肥,根据决策分析后的电子地图提供的处方施肥信息,对田块中肥料的撒施量进行定位调控。二是实时控制施肥,根据监测土壤的实时传感器信息,或根据实时监测的作物光谱信息或叶片SPAD值分析调节施肥量。

四、精确施肥的必要性

“土壤-作物-养分”间的关系十分复杂。虽然我们已确定了作物生长中必不可少的大量元素和微量元素,但作物需求养分的程度因植物的种类不同而有差别。即使是同一种作物,不同的生长期对各种养分的需求程度差别也很大。苗期是作物的“营养临界期”,虽然在养分数量方面要求不多,但是要求养分必须齐全和速效,而且数量足够。很多作物在营养“最大效率期”对某种养分需求数量最多,营养效果最好。同一作物不同养分的“最大效率期”不同,不同作物同一养分的“最大效率期”也不同。不同养分具有“养分不可替代性”,即作物的产量主要受最少养分含量那个养分所限制,而这个最少的养分不能被其他养分所代替。为消除“最小养分率”的限制,大量地使用化肥,而这又造成一系列的环境问题。所以为取得良好的经济效益和环境效益,适应不同地区、不同作物、不同土壤和不同作物生长环境的需要,变量处方施肥是未来施肥的重要发展方向。

五、遥感在精确施肥管理中的应用

1.估算农作物播种面积政府和社会公众历来高度重视

农作物播种面积的变化情况，它是国家制定粮食政策等经济政策的重要依据，及时、准确获取农作物种植面积对政府制定粮食政策、农业生产及农村发展政策具有重要的意义。遥感技术因其获得的信息客观准确、覆盖面积大以及省时、省力、费用低等优点，被广泛运用到农作物播种面积的估算上。利用遥感技术，能调查农作物覆盖面积，调查结束后得出准确的数据和分布图件，通过对这些数据的处理，可以估算出农作物的播种面积。

监测作物长势

作物长势是作物生长发育状况评价的综合参数，长势监测是对作物苗情、生长状况与变化的宏观监测。利用遥感技术对作物生产的每个阶段进行监测，获得时间序列图片、图像，对这些图片、图像进行处理得到有用信息，能直观显示出作物生长发育的节律特征和时空变异性的信息。生产者可以通过利用这些信息，了解不同生长阶段中作物的长势，采取相应的措施进行田间管理。

3.估算作物产量作物产量是重要的经济情报，因此每个国家都很重视作物产量的估算，并依托本国的技术水平和综合国力，以其最快的速度在作物收获的前后估算作物的产量。最初用于估产的遥感技术是农学估产，在随后的发展过程中出现气象学估产和统计估产的模式。20世纪70年代之后，欧美发达国家率先将遥感技术应用到作物产量估计这个领域上来，大大提高了作物估产的精确度。

4.作物生态环境监测

作物生长需要从空气、水和土壤中获取营养元素，不同作物在不同时期对光、温、水、气、土、肥的要求各不相同，这就要求生产者密切关注作物生长发育的生态环境。遥感技术能实时监测土壤侵蚀面积、土地盐碱化程度及其变化趋势，也可以对土壤水分养分和水体环境及水体污染等作物生态环境进行动态监测，生产者能根据气象卫星所提供的资料和该作物在某一些地区的生长特点采取相关措施，提高作物的产量和质量。

六、遥感技术在精确施肥管理中的发展趋势

1.资源的时间、空间异质分布及定量化。众多研究结果表明,田间作物的长势、土壤特性(肥力、水分含量、有机质含量、质地)等存在着较大的时空变异,因此如何了解这些时空差异的分布并量化这些差异,是精确施肥体系的基础。这就要求充分发挥遥感的优点,结合其它先进的技术(如GPS、GIS等),快速准确地探测出田间信息的时空变异。

2.数据分析处理和解译技术等。如何对遥感获取的大量田间信息进行分析处理,从而提取出最终有用的东西,是遥感技术成功地应用于精确施肥的关键。特别是卫星、航空遥感图像的解译、大气校准等方法,有待于进一步提高完善。

3.能直接检测农作物和土壤状况的遥感技术。尽管目前这方面的研究已经不少,但是由于所用遥感数据来源的不统一以及作物生长的时空差异等一系列原因,造成研究结果不尽一致,甚至有相悖的结果产生。因此,要切实加强环境胁迫作用下的遥感机理和遥感标志研究,遥感与GIS的集成对作物胁迫作用的诊断理论以及作物生长环境和收获产量实际分布的空间差异性机理和环境胁迫作用与产量形成的遥感定量关系等方面的研究,从而建立一整套可用于不同遥感数据来源、不同作物、不同环境条件下的农作物和土壤遥感诊断技术。

4.开发可获取田间(农作物和土壤)实时信息的传感设备。实时、便捷、可靠的作物和土壤营养传感器是进行科学的作物肥料管理所必需的,也是精确施肥的关键设备之一。南京土壤所等在这方面已经做了一些研究工作,已研制出了可根据土壤湿度调节控制灌溉的开关式土壤水分传感器。

5.关于遥感技术探测氮缺乏的研究已经比较成熟,但要真正用于指导实践,还需一个成熟可靠的氮肥决策算法及相应的施肥管理系统。尽管目前已经有了一些基于遥感技术的氮肥用量算法,但这些算法具有一定的地区性,在其他地区的表现还有待于进一步验证和完善。因此,通用的氮肥决策算法的研究将是近几年精确施肥研究的热点和重点。

七、结束语

遥感技术对精确农业的发展起着决定性的作用。甚至可以说，没有遥感技术，就没有精确农业。随着科技的发展，遥感技术在精确施肥管理中的应用将进一步深化，创造更好的经济效益，让我们拭目以待吧。

参考文献：

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