GIS在農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用及發(fā)展前景探索

農(nóng)產(chǎn)品是我國經(jīng)濟發(fā)展的基石，農(nóng)民人數(shù)占全國人口數(shù)的一半之上，因此，加強農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新，推動農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，是實現(xiàn)社會主義國民經(jīng)濟興旺快速發(fā)展和社會穩(wěn)定的關(guān)鍵。由于科學技術(shù)的進步，數(shù)碼農(nóng)產(chǎn)品在農(nóng)產(chǎn)品栽培中的運用也越來越普及。數(shù)字農(nóng)業(yè)，也被稱為智慧農(nóng)業(yè)或精準農(nóng)業(yè)，采用3S信息系統(tǒng)為內(nèi)容，包括GIS、GPS和RS信息。本章將論述GIS在農(nóng)業(yè)種植中的運用。盡管“數(shù)字農(nóng)業(yè)”的發(fā)展史不長，但它在短時間內(nèi)取得了快速蓬勃發(fā)展，并得到了國家經(jīng)濟發(fā)展863規(guī)劃農(nóng)業(yè)948規(guī)劃和金農(nóng)工程等支持，為我國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)蓬勃發(fā)展帶來了強大動力。對此，文章重點探討了GIS在農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域的研究，旨在更好地促進我國農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域的長遠發(fā)展，希望能夠為相關(guān)研究提供一定的借鑒。

一、GIS的概述及功能

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，簡稱GIS），這一系統(tǒng)是多門學科的綜合，如：通信技術(shù)、地理等。其主要原理是調(diào)用地理空間數(shù)據(jù)庫，立足于實際需求搭建出地理模型來對空間進行分析，最終獲得科學合理的地理數(shù)據(jù)，以便為決策提供更加有力的參考依據(jù)。現(xiàn)階段，GIS在城市規(guī)劃、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)種植、交通運輸以及生態(tài)環(huán)保等多個方面的應(yīng)用越來越普遍，而這也為生產(chǎn)與規(guī)劃決策提供了有力的支持。GIS功能的實現(xiàn)，需要通過以下過程，即：數(shù)據(jù)搜集——數(shù)據(jù)分析——地理決策——實踐應(yīng)用。通常情況下，GIS主要涵蓋三個方面部分，只有相互之間協(xié)調(diào)配合，才可以切實體現(xiàn)出地理信息系統(tǒng)的作用，實現(xiàn)其應(yīng)用價值。具體如下：

第一，計算機控制系統(tǒng)由硬件和軟件構(gòu)成，其中硬件部分包括內(nèi)存、CPU、顯卡以及其他用作存儲和輸入的設(shè)備，為控制系統(tǒng)的運行提供了堅實的基礎(chǔ)，而軟件系統(tǒng)則負責處理和分析系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，以確保控制系統(tǒng)的正常運行。第二，地理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是一個重要的工具，它可以幫助用戶快速、準確地檢索和查詢地理信息，并且可以提供數(shù)據(jù)維護功能，為地理信息系統(tǒng)的運行提供有力的支持。第三，隨著自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，人的作用也變得越來越重要。在地理信息系統(tǒng)中，系統(tǒng)管理人員擔負維護系統(tǒng)的運行，他們是管理系統(tǒng)的核心，而用戶則是決定系統(tǒng)發(fā)展方向的關(guān)鍵因素。

二、GIS在農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域的具體應(yīng)用

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)與自然環(huán)境息息相關(guān)，為了實現(xiàn)農(nóng)村現(xiàn)代化，保護資源和環(huán)境，我們必須加強農(nóng)村生產(chǎn)管理，定期監(jiān)測農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，并采取有效措施防治病蟲害。在現(xiàn)實工作，要實現(xiàn)上述目標，必須有巨量的空間數(shù)據(jù)信息支撐，不僅要收集數(shù)據(jù)，而且對其加以處理和加工，從而做出農(nóng)業(yè)決策。所以，原有的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足這些需求，必須有更先進的技術(shù)來支持。地理信息系統(tǒng)的出現(xiàn)給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理信息化提供了有力支持。在八十年代中期，GIS已開始被廣泛應(yīng)用于農(nóng)村應(yīng)用領(lǐng)域，從初期的國土資源管理、農(nóng)業(yè)資源信息監(jiān)管、地域農(nóng)業(yè)規(guī)劃，到現(xiàn)在的耕地估產(chǎn)調(diào)查、地域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展調(diào)查、農(nóng)村生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)村生產(chǎn)潛力調(diào)查，“精準農(nóng)村”等，GIS已經(jīng)成為農(nóng)村開發(fā)的重要支撐。

1、農(nóng)業(yè)資源調(diào)查與管理

農(nóng)村資源是指人類在農(nóng)村生產(chǎn)和經(jīng)濟活動中所獲得的各類物質(zhì)和能量。GIS技術(shù)可以幫助我們對這種各種資源進行全面的調(diào)查，并建立一個空間和統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫，以便更好地了解它們的特征。這種數(shù)據(jù)信息來自土壤圖、氣候圖和各類統(tǒng)計報表。GIS技術(shù)可以將圖像和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)緊密聯(lián)系，實現(xiàn)農(nóng)村資源檔案工作的電腦一體，為農(nóng)村資源的智能化管理工作提供了強大的支持。GIS建立的信息系統(tǒng)比傳統(tǒng)的信息庫系統(tǒng)更加科學、準確，而且農(nóng)業(yè)資源統(tǒng)計表和圖像的同步輸入輸出，將使數(shù)據(jù)信息更加直觀準確、清晰、可視化。

現(xiàn)階段，國內(nèi)外已經(jīng)搭建出了相對較為成熟的農(nóng)業(yè)資源管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)的運用，實現(xiàn)了對資源的有效整合與高效應(yīng)用。比如：國外利用GIS技術(shù)，搭建出了土地利用規(guī)劃決策支持系統(tǒng)，顯著地提高了農(nóng)業(yè)資源的調(diào)查效率。我國通過對土地資源評價的深入研究，把GIS技術(shù)手段和MIS理論深度融合在一起，進而搭建出土地資源和環(huán)境信息系統(tǒng)。在一定程度上，通過對這些信息化系統(tǒng)的合理利用，可以更好地實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)資源的規(guī)范化管理目標，及時的把握農(nóng)業(yè)資源的使用現(xiàn)狀和發(fā)展情況，有效地提升了資源的管理效果。除了信息化管理之外，GIS還具備極為強大的數(shù)據(jù)處理水平，例如：于Web GIS農(nóng)業(yè)土地資源信息系統(tǒng)設(shè)計，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)GIS技術(shù)的有效利用，還能夠?qū)崿F(xiàn)對土地資源的合理化管理和規(guī)劃。

2、進行農(nóng)業(yè)區(qū)劃

對于農(nóng)作物的種植而言，進行合理的區(qū)劃至關(guān)重要。由于農(nóng)作物的種植極易受到環(huán)境等多個方面因素的影響，同時，每一個地區(qū)除了環(huán)境不同之外，社會經(jīng)濟等方面也存在較大的差異，因此，不同地區(qū)所種植的農(nóng)作物類型區(qū)別較大。通過GIS方法，能夠?qū)F(xiàn)有的資源、社區(qū)經(jīng)濟信息與GIS技術(shù)相結(jié)合，快速生成各類農(nóng)村區(qū)劃統(tǒng)計圖件。此外，還能夠?qū)⑦b感識別方法（RS）與GIS技術(shù)相結(jié)合，運用遙感技術(shù)信息，借助GIS的領(lǐng)先能力，對各種類型的農(nóng)村區(qū)劃方案開展動態(tài)模擬和評估，繪畫出多種綜合評估圖和區(qū)劃圖，形象地展示出區(qū)劃成果。對此，將GIS技術(shù)合理應(yīng)用到種植區(qū)劃中，通過提取區(qū)域的水文與空氣等一系列環(huán)境因子，可以更好地判斷該地區(qū)適合種植哪一種農(nóng)作物。除此之外，GIS技術(shù)的制圖功能，可以提供有力的參考依據(jù)，將其應(yīng)用于疊加分析與模型運算，將更好地對農(nóng)業(yè)種植區(qū)劃進行科學合理的評價。充分發(fā)揮GIS技術(shù)的積極作用，為區(qū)劃提供科學合理的評價依據(jù)，進而最為有效的提高農(nóng)戶的種植效益，降低損失。

3、開展農(nóng)業(yè)土地適宜性評價

通過對農(nóng)用耕地的自然屬性加以全面評估，將其分為不同等級，以便在特定的科技發(fā)展水平下，準確地識別出不同使用模式的優(yōu)缺點，并確定其對農(nóng)作物的最佳適合性，是農(nóng)村土地利用決策的重要基礎(chǔ)。通過GIS技術(shù)，能夠?qū)h(huán)境的空間和屬性數(shù)據(jù)加以融合，并按照作物生長的必要性給出相應(yīng)的百分比，從而形成土質(zhì)適宜性評價圖，也能夠依據(jù)實際構(gòu)建模型，對農(nóng)村土地適宜性實行單因素和多因素綜合評價，從而達到土地適宜性的分類。

4、開展農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境研究

在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境中，GIS的應(yīng)用已經(jīng)相對比較普遍與成熟，例如：環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境質(zhì)量評價以及環(huán)境污染的防治等多個方面，顯著地提升了環(huán)保工作的開展效率。比如：環(huán)境監(jiān)測，借助于GIS的模型功能，以環(huán)境監(jiān)測實際需求為導向，搭建出合理有效的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境模型，深度模擬所在地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的實際變化情況和今后的發(fā)展態(tài)勢，為最終的決策提供更加有力的參考。對于環(huán)境質(zhì)量來講，因為污染源存在一定的區(qū)域性特征，且污染物處于動態(tài)變化的狀態(tài)，所以利用GIS能夠更好地進行環(huán)境質(zhì)量的評估，該項系統(tǒng)的應(yīng)用，顯著地提高了最終評估結(jié)果的科學性與合理性。

5、進行農(nóng)業(yè)災(zāi)害預(yù)測與控制

充分發(fā)揮遙感、GIS以及計算機設(shè)備等，能夠非常精準地預(yù)測農(nóng)業(yè)災(zāi)害，同時在GIS的支持下，還可以實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)災(zāi)害的合理化控制。對于政府部門而言，GIS的應(yīng)用可以提供相對及時且精準的決策信息，從而讓減災(zāi)、防災(zāi)等一系列工作可以更加科學地進行，切實推進了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的順利進行，也為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展奠定了非常有力的基礎(chǔ)。針對部分發(fā)生災(zāi)害的區(qū)域，具體可以結(jié)合GIS空間信息初步估算出受災(zāi)的實際面積，進一步明確災(zāi)害可能產(chǎn)生的經(jīng)濟損失。結(jié)合GIS的空間特點，對某個地方的歷史數(shù)據(jù)變化進行深度的趨勢分析，進一步把握這一區(qū)域內(nèi)災(zāi)害產(chǎn)生的規(guī)律、時空特點以及所造成的危害等，在此基礎(chǔ)上，精準地預(yù)測災(zāi)害的發(fā)展方向，最終為減災(zāi)和防災(zāi)工作開展提供有力的參考依據(jù)，并在此基礎(chǔ)上制定出有效的應(yīng)對策略。

6、進行農(nóng)作物估產(chǎn)與監(jiān)測

由于科學技術(shù)的進步，GIS技術(shù)已經(jīng)成為糧食作物估產(chǎn)與檢測的新技術(shù)，它結(jié)合了RS、GPS和GIS技術(shù)，具有準確、生動的特點，能夠及時監(jiān)控糧食作物的生長發(fā)育情況，從而更好地預(yù)測最終的產(chǎn)出，這大大提高了糧食作物估產(chǎn)與檢測的效率，同時也改善了精確度和時效性。為了確保國家糧食政策的準確性和有效性，我國在糧食作物估產(chǎn)與檢測方面取得了顯著進展，從單一作物的冬小麥估產(chǎn)發(fā)展到多種作物的遙感估產(chǎn)，從小區(qū)域到全國十一個省份，都形成了完整的遙感估產(chǎn)管理體系。許多機構(gòu)，如北京市農(nóng)林科學院綜合所，提出了一系列有效的技術(shù)和方法，以估算京津冀地區(qū)冬小麥的生產(chǎn)。我國北方地區(qū)冬小麥天氣衛(wèi)星遙感移動監(jiān)控及估產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，采用Landsat-TM5圖像數(shù)據(jù)信息，結(jié)合RS和GIS技術(shù)，對冬小麥播種區(qū)域的變化趨勢開展實時監(jiān)測，以確保糧食作物的正常生長發(fā)育。為了更好地進行農(nóng)作物估產(chǎn)與檢測，科學院等人構(gòu)建了動態(tài)化的農(nóng)作物生長趨勢遙感監(jiān)測分析系統(tǒng)，從而動態(tài)且實時地檢測農(nóng)作物的生長態(tài)勢，結(jié)合實際的長勢進行分析，得出更加精準的結(jié)果，以便于農(nóng)戶了解到農(nóng)情的基本狀況。現(xiàn)階段，由RS、GPS和GIS集成的“3S”技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)種植過程中，而該項技術(shù)手段的應(yīng)用，顯著的提升農(nóng)作物估產(chǎn)的效果，而且還顯著地提升了農(nóng)作物監(jiān)測的有效性。除此之外，“3S”技術(shù)的應(yīng)用范圍在逐步的擴大，例如：玉米等農(nóng)作物生產(chǎn)與種植中的應(yīng)用。

7、在精確農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

精確農(nóng)業(yè)，也稱為精準農(nóng)業(yè)，是一種根據(jù)田間環(huán)境和糧食作物生產(chǎn)的空間差異，精密正確地調(diào)節(jié)各項農(nóng)藝手段，以盡可能地改善水、肥、播種、殺蟲劑等的投放量、質(zhì)量和投放時機，以達到最佳生產(chǎn)率和最佳效益，并且維護農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的一種農(nóng)業(yè)技術(shù)。旨在維護農(nóng)村資源，它是一種利用信息和人工智能技術(shù)來提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的新方法。這些方法涉及地域網(wǎng)絡(luò)（GIS）、國際衛(wèi)星定位網(wǎng)絡(luò)（GPS）和遠程遙感信息科技（RS）。近年來，已成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的熱門話題，它將IT與農(nóng)產(chǎn)品結(jié)合起來，以實現(xiàn)最大化的經(jīng)濟和社會效益。現(xiàn)階段，國內(nèi)外對精確農(nóng)業(yè)的重視度越來越高，與此同時，該項技術(shù)也獲得了非常理想的成效。其中，國外Case IH公司的AFS等系統(tǒng)，對精確農(nóng)業(yè)的發(fā)展均提供了非常有力的支持，而且也得到了相對較好的應(yīng)用效果。

到目前為止，國內(nèi)已經(jīng)開展了大量關(guān)于精準農(nóng)業(yè)的研究，北京精準農(nóng)業(yè)示范工程已經(jīng)研發(fā)出一套信息系統(tǒng)，可以用于玉米小麥作業(yè)，共計測試得到六萬四千七百三十七個有關(guān)農(nóng)學實驗數(shù)據(jù)，并且開發(fā)出了一款適用于農(nóng)業(yè)機械導航的GPS軟件；此外，還利用GPS技術(shù)，開發(fā)出了一套基于變量自動控制的GIS系統(tǒng)，可以用于控制大豆變量施肥播種機，實現(xiàn)變量施肥播種作業(yè)，從而大大提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，提升了農(nóng)民的收入水平。利用嵌入式GIS開發(fā)軟件，研發(fā)出一種基于掌上電腦和DGPS/背夾式GPS設(shè)備的農(nóng)田信息采集系統(tǒng)，以提高單位面積產(chǎn)量，有效地管理農(nóng)田信息，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。且在國家精準農(nóng)業(yè)示范基地中得到應(yīng)用。在精確農(nóng)業(yè)中，GIS的應(yīng)用并不局限于上述幾種類型，還包括有農(nóng)田土地數(shù)據(jù)等一系列信息，例如：土壤、自然條件等相關(guān)信息的查詢，除此之外，還能夠?qū)崿F(xiàn)對各種空間數(shù)據(jù)的全面分析和編輯等。對于農(nóng)作物產(chǎn)量的分布圖，GIS技術(shù)也能夠精準描繪。

三、GIS技術(shù)在農(nóng)業(yè)種植中應(yīng)用的注意事項

1、完善農(nóng)村地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

通過健全的基礎(chǔ)設(shè)施保障，以提升農(nóng)民的生活質(zhì)量。為了使GIS系統(tǒng)能夠有效運行，我們必須利用我國領(lǐng)先的新領(lǐng)域和信息，獲取全面、及時的信息數(shù)據(jù)，并將全國各地的環(huán)境數(shù)據(jù)上傳至GIS系統(tǒng)，以便將GIS技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)種植區(qū)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。同時，我們還需要加強各地區(qū)信息化硬件基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，以提高GIS系統(tǒng)的可用性和實用性。

2、加強對農(nóng)業(yè)人員的技術(shù)培訓

由于農(nóng)村地區(qū)的人均受教育程度相對比較低，所以大部分農(nóng)戶對GIS技術(shù)的接受和應(yīng)用水平也整體偏低。我國是農(nóng)業(yè)大國，而農(nóng)村又是農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要地區(qū)，因此，加大對農(nóng)民的培訓力度，使其全面了解GIS技術(shù)，并能夠發(fā)揮該項技術(shù)在農(nóng)業(yè)種植中的優(yōu)勢，從而推進我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。伴隨著數(shù)字農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展與普及，進一步推動我國農(nóng)村經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，也為其提供了全新的驅(qū)動力。

3、加強研發(fā)，推進GIS技術(shù)系統(tǒng)優(yōu)化升級

在農(nóng)業(yè)的種植過程中，GIS技術(shù)必須要順應(yīng)時代發(fā)展的方向與潮流，重視對系統(tǒng)的研發(fā)，增加資金投入，從而研發(fā)出更加符合農(nóng)業(yè)種植的信息化、智能化系統(tǒng)，促使GIS能夠更好地服務(wù)于農(nóng)業(yè)種植，進一步提高自然災(zāi)害的預(yù)防能力、農(nóng)作物的產(chǎn)值估計水平等。

四、應(yīng)用前景

GIS雖作為一門新興學科，但在近年來發(fā)展迅速，并已廣泛滲透于各個領(lǐng)域，當然在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中也展現(xiàn)出廣闊的前景。在GIS功能日漸完善的過程中，GIS在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的運用越來越廣泛，且價值日益顯著。結(jié)合GIS技術(shù)與經(jīng)濟社會的實際需求來講，該項技術(shù)手段在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用將會逐步深化，主要體現(xiàn)在以下幾個方面，第一，RS、GPS和GIS集合而成的3S技術(shù)，將會成為必然的發(fā)展方向，其中，RS主要是獲取數(shù)據(jù)，GPS主要是進行定位，而GIS則主要是進行數(shù)據(jù)的存儲和分析。第二，現(xiàn)階段，學術(shù)界對農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng)的研究，大多在于相關(guān)理論研究上，實踐研究推廣不夠。GIS技術(shù)在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中的實用化是當前面臨的一個重要挑戰(zhàn)，只有將理論研究轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用，才能使GIS信息產(chǎn)業(yè)化，從而促進GIS在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展和高效應(yīng)用。

綜上所述GIS技術(shù)的廣泛應(yīng)用，已成為當前農(nóng)村發(fā)展的重要趨勢，它不僅為農(nóng)民帶來了先進的技術(shù)支持，而且為新型農(nóng)村經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和國民經(jīng)濟的繁榮提出了強大的保證。GIS技術(shù)的蓬勃發(fā)展將為我國農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展工程打下更為堅實的基石。為了更好地推動GIS技術(shù)在農(nóng)村管理中的應(yīng)用，我們應(yīng)該加強地理信息系統(tǒng)研發(fā)和優(yōu)化，完善農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施，提升農(nóng)民的信息技能，以期達到更高水平的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。

（作者單位：476200河南省柘城縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局）