GIS技術在農業資源與環境領域的應用進展

王琛

摘要 概括性地從農業資源管理和農業環境評價兩方面介紹了GIS技術在農業資源與環境領域的應用，提出構建包括農業信息管理系統、農業決策支持系統和農業生產管理系統的農業地理信息系統，為深入研究GIS技術在農業中的應用和農業地理信息系統開發建設提供參考。

關鍵詞 GIS；農業資源管理；農業環境評價；農業地理信息系統；應用

中圖分類號 X825 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2015）17-0237-02

Application Progress of GIS in Agricultural Resources and Environment

WANG Chen

（College of Environmental Science and Engineering，Southwest Forestry University，Kunming Yunnan 650224）

Abstract The application of GIS in the field of agricultural resources and environment was summarized as agricultural resources management and agricultural environment assessment.Agricultural GIS should be constructed，including agricultural information management system，agricultural decision support system and agricultural production management system.A reference can be provided for the application of GIS in agriculture and construction of agricultural GIS.

Key words GIS；agricultural resources management；agricultural environment assessment；agricultural GIS；application

地理信息系統（Geographic Information System，簡稱GIS）是在計算機硬軟件的支持下，獲取、存儲、管理、分析和利用空間和地理信息的高新技術[1]。農業系統是一個高度復雜的自然-社會綜合體，系統內的農業資源與環境要素在時空上的復雜性和變異性極強，GIS技術憑借其特有的空間信息管理與數據處理分析功能成為了農業信息化及現代化強有力的分析和決策輔助工具。

在國外，20世紀70年代GIS技術就開始應用于農業領域。90年代以后，GIS在農業領域的應用不斷深入和普及，國外GIS技術在農業的應用不僅范圍廣、程度深、水平高，而且將“3S”技術有機地結合在一起，發揮集成優勢，及時有效地解決農業生產和管理中的實際問題。我國從20世紀80年代中期才開始將GIS技術應用于農業領域，盡管與國外相比起步略晚，但部分研究成果已應用于農業生產，取得了很好的經濟效益[2]。

1 GIS技術在農業資源管理中的應用

1.1 農業區劃

GIS技術是開展農業氣候資源分析與區劃的重要手段，利用GIS數據庫可以對多尺度、多源的農業資源數據進行采集和管理，利用GIS的空間分析功能可以將現有的資源、經濟數據庫和遙感影像獲取的信息在GIS軟件中進行疊加分析，運用GIS軟件中提供的各種評判方法和模型，可進行不同區劃方案的動態模擬與評價，制作農業區劃圖，以更加直觀的形式展示區劃結果。中國氣象局預測減災司于2000年組織江西省等7個省（市）氣象局聯合開發了“農業氣候資源和區劃信息系統”，用于制作農業氣候區劃[3]。當前GIS技術在農業區劃方面的應用已日益成熟，國內學者將GIS的空間疊加分析功能與傳統區劃方法相結合，廣泛應用于枸杞、烤煙、獼猴桃、火龍果、葡萄、荔枝等經濟作物的農業區劃工作中，為當地農業生產決策提供可靠的依據。

1.2 農業土地質量評價

利用GIS技術能夠將地形、土壤性狀、土地利用、環境變量等方面的空間和屬性數據進行整合，通過建立各種數學模型，利用空間分析功能分析運算，進行農業土地質量的多因素綜合評價，為土地利用、規劃、管理提供決策依據。國外從20世紀70年代開始利用GIS技術進行土地質量評價，國外學者主要是將GIS技術與模糊邏輯技術[4]、神經網絡方法[5]、遺傳算法等人工智能方法結合[6]，進行農業土地質量評價。GIS在我國農業土地評價中的應用起步較晚，20世紀90年代才開始大量利用GIS技術進行評價，主要用于耕地地力評價[7]、農地適宜性評價[8]、耕地生產潛力評價等[9]。部分學者利用GIS的路徑分析、緩沖分析等功能提取區位條件因素[10]，豐富了評價指標，使評價體系更加科學合理。

1.3 農作物估產

利用GIS和RS對作物區遙感影像進行處理分析，可獲取糧食產區播種面積、作物類型及作物生長態勢和環境變化等信息。在充分分析各影響因素對作物的相互作用關系后，利用GIS的模型功能，構建不同條件下（土壤、氣候、環境條件）作物生長模型和多種估產模式，估算出大面積的作物產量，并提供數字化、圖像化的農情。國內外農作物估產研究的重點有兩方面，一是利用GIS技術輔助確定農作物的種植面積[11]，另一個是利用遙感影像提取的歸一化差分植被指數[12]、光譜植被指數[13]、收獲指數[14]、溫度植被角度指數等指數在GIS中與氣候或地理要素進行疊加分析[15]。

1.4 土壤養分管理endprint

在大面積的生產管理中，土壤養分的空間變異性和氣候變化的不一致性等問題給平衡施肥、合理施肥帶來很大的困難。GIS在土壤養分管理方面的應用主要是利用GIS技術對農田土壤進行調查、采樣，結合地統計學知識進行區域農田土壤養分空間變異特征分析[16-17]，在此基礎上進行土壤養分管理分區[18-19]，并可結合氣候變化、預測系統等構建施肥推薦系統，為施肥決策和管理提供服務[20]。

2 GIS技術在農業環境評價中的應用

2.1 農業災害評價與預測

GIS技術為農業災害評價與預測提供了新的手段，在GIS技術支持下，將獲取的災情信息與地面現實信息有機結合，能夠實現對區域內災害發生的基本規律、時空分布特征的綜合分析評價[21]。另外，通過構建災害風險模型可進行災害風險評估與區劃[22]，并利用空間插值功能對災害發展趨勢進行預測[23]，如對旱災、澇災、作物病蟲害等農業災害的預測預報，可為防災減災提供分析對策。以GIS為二次開發平臺，集成人工智能技術、決策支持系統等開發構建的農業災害預測防治專家系統[24]，讓農業災害防治工作變得簡單易行。

2.2 農業面源污染分析

農業面源污染具有分散性、空間異質性等特征，GIS技術憑借其強大的空間信息管理、空間分析、可視化等功能，成為了研究面源污染的有效手段。利用GIS技術可以對農業面源污染的時空分異性進行分析，直觀地反映其時空動態變化情況[25-26]，與其他模型集成還可進行農業面源污染排放量的預測[27]。以GIS作為二次開發平臺，建立農業面源污染信息系統[28]，更能實現信息發布、管理、分析和預測。

2.3 農業生態環境評價

農業生態環境評價是對某一區域的農業生態環境狀況的優劣進行定性和定量的描述，在GIS中可實現生態環境信息的快速獲取及空間數據的分析處理，利用GIS模型功能建立農業生態環境評價模型[29]，評價區域內農業生態環境的現狀[30]，分析其動態變化和發展趨勢[31]，為決策和管理提供依據，實現農業資源的可持續利用和農業環境的保護。

3 農業地理信息系統的建設展望

隨著GIS技術的不斷成熟，其在農業資源與環境領域的應用已越來越廣泛和深入，建立綜合的農業地理信息系統愈加必要，將“3S”（GPS、GIS、RS）技術和農業專家系統充分集成，構建具有人工智能的空間決策系統將是未來的發展方向。農業地理信息系統應該將“3S”、通信網絡、計算機、自動化等技術與農學、氣象與氣候學、土壤學、地理學等基礎學科緊密結合，形成一個可對農作物、氣候、土壤等信息進行定期獲取、動態分析和診斷預測，并提出耕作措施及管理方案的系統。

未來的農業地理信息系統應該包括農業信息管理系統、農業決策支持系統、農業生產管理系統3個部分。農業信息管理系統是基礎，統一采集和管理農業資源與環境的空間數據和基礎信息，實現查詢、更新、可視化等功能，并為農業決策支持系統提供數據支撐。農業決策支持系統是核心，對農業信息管理系統提供的數據進行整合，利用系統的分析、評價、評估和預測功能，為相關農業管理決策提供技術支持。如進行農業區劃、農地適宜性評價、農業估產、農業生態環境監測、農業災害預測與防治等工作。農業生產管理系統是重點，在農業決策支持系統提供的決策支持的基礎上，結合專家系統，進行科學的農業生產管理，實現種植、施肥、灌溉等農業生產管理的精確化、專業化。如進行農作物種植作物類型和模式確定、精準農業變量施肥管理、灌區水資源優化配給等農田管理。

4 結語

中國是農業大國，農業在國民經濟中起著舉足輕重的作用，信息農業是農業現代化的重要發展方向之一。GIS技術是農業信息化及現代化過程中有力的技術支持，進一步深入開展其在農業資源與環境領域的應用研究非常必要，開發農業地理信息系統也將成為其研究的重中之重，它將指導農業生產、促進農業現代化、推動農業的高產豐收。

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