精準農業變量施肥技術初探

一、精準農業變量施肥技術的概念

精準農業是相對于傳統、粗放、盲目農業而言的，簡單的說就是綜合應用地球空間信息技術、計算機輔助決策技術、農業工程技術等現代高新技術，以獲得農田高產、優質、高效的現代農業生產模式和技術體系。變量施肥技術是精準農業的一部分，也是重要的核心技術部分，是以不同空間單元的產量數據與土壤理化性質、病蟲草害、氣候等多層數據的疊合分析為依據，以作物生長模型、作物營養專家系統為支持，以高產、優質、環保為目的的變量處方施肥理論和技術。精準變量施肥提倡根據種植的作物和土壤情況，進行氮、磷、鉀和有機肥的合理配方，使得施肥變得針對性強，從根本上改變了傳統農業大面積、大樣本平均投入的資源浪費作法，對作物栽培管理實施定位，按需變量投入。不僅大大提高了肥料的利用率，降低生產成本，增加了農民收入，而且還減少了多余肥料對環境的不良影響。

二、變量施肥技術的實施體系

(一)相關數據的實時采集

1、采集作物營養數據

作物營養數據的采集可通過遙感(RS)技術和地面分析結合獲得生長期作物養分豐缺情況。基于光譜探測和遙感理論的作物營養監測技術研究也取得了一定的進展。用植物光譜分析方法診斷植物營養水平具有快速、自動化、非破壞性等優點，但診斷專一性不夠，解譯精度也有待提高。隨著科學技術的進步，影像空間分辨率和光譜分辨率的提高，遙感作業成本的降低，遙感技術將在作物營養監測的中起到重要的作用。

2、采集土壤養分數據

對于長期相對穩定的土壤變量參數，比如土壤質地、地形、地貌、微量元素含量等，可一次分析長期受益或多年后再對這些參數做抽樣復測，可引用以往土壤普查數據做參考。對于中短期土壤變量參數，象N，P，K，PH值、有機質、微量元素、土壤水分含量等，這些參數時空變異性大，應以GPS定位進行土壤取樣，對取回的土樣進行化驗分析，輸入計算機建立田間土壤養分數據庫，并利用田間地理信息GIS軟件生成土壤養分層圖(如N層圖、P層圖、K層圖、有機質層圖等)。

3、采集作物產量數據

土壤養分在線實時檢測技術目前還未應用于生產實際，因而采集作物產量數據就成為精確施肥決策分析的主要依據之一。目前有些試驗基地引進了CASE2366收獲機，該收獲機由美國CASE公司生產，安裝有基于GPS接收機的產量監視儀，用于作物產量數據的采集。采集到的作物產量數據存入PCMCIA數據卡中，然后將數據卡插入到與計算機相見連接的讀卡器中，將數據卡中的數據傳輸到計算機內，使用AFS軟件處理，生成糧食產量分布圖、糧食水分分布圖、田間海拔高度分布圖，為精確施肥決策分析提供依據。

(二)變量施肥決策分析系統

決策分析系統，它包括地理信息系統(GIS)、作物生長模型和土壤養分專家決策分析系統三部分，它是精確施肥的核心。GIS用于描述農田空間屬性的差異性，用于建立土壤數據、自然條件、作物苗情等空間信息數據庫和進行空間屬性數據的地理統計、處理、分析、圖形轉換和模型集成等。作物生長模型用于描述作物的生長過程及養分需求，將作物及氣象和土壤等環境作為一個整體，應用系統分析的原理和方法，綜合農學領域內多個學科的理論和研究成果，對作物的生長發育與土壤環境的關系加以理論概括和數量分析，建立相應的數學模型。土壤養分專家決策分析系統是利用農業專家長期積累的經驗和知識，通過計算機專家系統軟件，對土壤養分的含量及平衡作出決策，并以土壤養分決策層圖(電子施肥地圖)的形式，通過讀卡器存入FLASH數據卡中。

(三)差分全球定位系統(DGPS)

無論是田間實時土樣分析，還是精確施肥機的運作，都是以農田空間定位為基礎的。全球定位系統(GPS)為精確施肥提供了基本條件。GPS接收機可以在地球表面的任何地方、任何時間、任何氣象條件下至少獲得4顆以上的GPS衛星發出的定位定時信號，而每一衛星的軌道信息由地面監測中心監測而精確知道，GPS接受機根據時間和光速信號通過三角測量法確定自己的位置。但由于衛星信號受電離層和大氣層的干擾，會產生定位誤差，美國提供的GPS定位誤差可達100米，所以為滿足精確施肥或精確農作需要，須給GPS接受機提供差分信號即差分定位系統(DGPS)。DGPS除了接收全球定位衛星信號外，還需接收信標臺或衛星轉發的差分校正信號。這樣可使定位精度大大提高。我們在實驗中用的美國GARMIN公司的GPS12XL接受機，接收差分輸入后可達到1～5的定位精度。現在民用DGPS已完全能滿足精確施肥的需要。現在的研究正向著GPS-GIS-Rs一體化，GPS－智能機械一體化方向發展。日本最近實驗利用GPS定位插秧機、GPS定位自動施肥機，誤差在10cm以內[14，15]。

(四)變量施肥控制技術

變量施肥控制技術現在有二種形式，一是實時控制施肥，或根據實時監測的作物光譜信息分析調節施肥量。目前該技術還處于研究階段，尚未用于生產實踐。二是處方信息控制施肥，此技術比較成熟。根據專家決策分析后的電子地圖提供的處方施肥信息，對田地中肥料的撒施量進行定位調控。

三、實施變量施肥技術的必要性。

實施變量施肥能最有效地提高資源利用率，達到地盡其力、物盡其用；能最最大限度地降低生產成本；能最有效地節約流通費用，最大限度地降低費用指標；它能使生物產品保持最佳質量狀態；它有利于實現農業的可持續發展。

四、我國目前推廣變量施肥技術的措施

目前我國土地實行聯產承包，分散經營，結合各地區地貌類型復雜多樣，農田平整水平不高等具體情況，精準施肥技術必須適用于農業小規模分散的生產經營，并能滿足當前農村科學技術發展的需要。因此，現階段推廣精準施肥主要有以下措施：

(一)、推廣土壤養分和作物植株速測技術。進行精準施肥的主要依據是土壤農化樣和大田植株分析。在化驗室進行檢測費用較貴，限制了大田生產的實際應用。如果要在農田開展大面積的測土施肥，同時監測區域內農作物生長的基本情況和最后收獲產量，沒有簡便、速測技術，就無法開展大范圍精準施肥。因此，土壤養分和植株分析速測技術，是推廣精準施肥技術的前提條件，必須加快示范與推廣。

(二)、推廣特效“散裝摻混肥料”(BB肥)。變量施肥隨著時空地點的變化而變化，隨著農業種植的變化而變化。因此，對廣大農民來講，具體到田塊和作物時要很好的掌握變量施肥有一定難度。根據這一情況目前開發出了精準施肥技術適用新產品——特效BB肥。BB肥是將幾種顆粒狀有單一肥料或復合肥料按一定的比例摻混而成的一種復混肥料。可以根據當地小區域內不同作物的施肥要求，配制成各種特效BB肥，加以推廣從而達到精準施肥，節肥增產的目的。

(三)、利用互聯網技術開展市、縣、鄉三級聯網，分區建立土壤養分信息管理系統，宣傳精準施肥技術。