G IS 技术在农业种植管理与决策中的应用分析

G IS 技术在农业种植管理与决策中的应用分析内容摘要：

第 27卷 第 3期 2009年 6月 嘉应学院学报 (自然科学 ) V o.l 27 N o. 3 JOURNAL OF JIAY ING UN IVER SITY ( N a tura l Sc ience) Jun. 2009 G IS技术在农业种植管理与决策中的应用分析 胡华科, 郑春燕 ( 嘉应学院 地理科学与旅游学院, 广东 梅州 514015) [摘 要 ]农业是国民经济的 基础, 科学技术是实 现农业 现代化 的根本 途径, 基于 G IS 技术建 立农业 种植管理 与 决策信息系统是实现 数字农业 的重要途径。探讨了 G IS 技术在现代农业种植 区划、精准施肥以 及农业种 植决 策与管理现代化中的作用, 并提出了建 设梅州市柚橙种植管理与决策信息系统的初步构想。 [关键词 ]种植区划 ; 精准施肥; 农业地理信息系统; 数字农业 中图分类号: K 902 文献标识码: A 1 数字农业发展背景 农业是国民经济的基础, 科学技术是实现农业 现代化的根本途径, 科学及时地掌握农业种植基本 信息, 是科学调控农业生产措施的重要依据。随着 信息科学的迅速 发展和社会发展的需要, 数字农 业 近年来成 为了国际 上农业 科学 研究的 热点领 域, 其主要技术支撑是 以地理信息系统 ( G eog raphica l Inform ation System, 简 称 G IS) 、遥 感 ( Rem ote Sense, 简称 RS )、全球定位 系统 ( G lobe Position ing System, 简称 GPS) 为代表的 3S 技术、核心是建立 一个完善的农业地理信息系统 ( AG IS)。 数字农业又叫精细农业、 信息农业或智能农业, 是指运用数字 地球 技术, 包括 RS 技术, 遥 测技术 ( 温度、湿度等 ), GPS技术, 计算机网络技术, G IS技 术等和土壤快速分析, 自动滴灌与喷灌技术及其自 动耕作与收获, 处理与保存的智能化农机技术等相 结合的, 定位到中、小尺度的农田, 在微观尺度上直 接与农业生产活动与生产管理相结合的高新技术系 [ 1, 2] 统 。虽然我国在 数字农业 上起步比较晚, 但 与农业数字化相关的关键技术研究开发, 经过了 10 多年的努力, 已经取得一定 成效。国 家 863 计划、 973计划、国家科技攻关计划、国家星火计划、农业 的 948计划、金农工程等, 均在 数字农业 的研究 开发和应用推广等方面给予了持续支持, 在农业数 字化建设、 3S 技术在农业上的应用、农业信息网 收稿日期: 2009- 02- 20 基金项目: 梅州市科技计划项目 ( 08K J01) 。 作者简介: 胡华 科 ( 1976 - ), 男, 江西 临川人, 高 级实 验 师, 硕士, 主要研究方向: 3S技术及应用。 文章编号: 1006- 642X ( 2009) 03- 0102- 04 络应用技术、 农业信息资源的开发和管理、 农业宏观 决策和区域农业决策信息化技术、 农业信息使用服 务系统建设等方面取得了一定的突破。 2 G IS技术在农业种植管理与决策中 的应用 2. 1 在农业种植区划中的应用 种植业系统是客观存在的综合体, 它是在一定 的自然、 经济、技术条件下和一定的历史发展过程中 形成的, 因而农业资源和社会经济技术条件在种类、 数量、 质量、 分布及其地区组合特点上, 存在着明显 的地域差异。因此, 对较大地域的种植业系统的控 制和管理, 就必须把性质不同的地域分开, 相似的归 为一类, 以便分类指导, 这就是种植业系统区划。更 直接地说, 某地域是否适合种植某作物受限于自然、 社会、 经济、 技术等诸多因素尤其是自然因素的综合 影响, 必须根据这些条件因地制宜的做出安排, 也就 [ 3- 8] 是要做出土地适宜性评价 。 种植利用分区的空间地域规律性, 决定了 G IS 这一空间分析工具在分区中的特殊作用。因为 G IS 具有强大的空间数据管理和分析功能, 很多技术指 标可以用专题地图矢量数据图层表示 ( 如温度图、 土壤图、 养分图、地形地貌图等 ), 然后 用 G IS 空间 叠加分析等功能和多层复合方法, 提取各指标单元 数据文件, 进行模型运算, 可以精确的对具体地块做 出适宜性评价, 划分出最适宜栽培区、适宜栽培区、 次适宜栽培区和不适宜栽培区等, 并以专题地图图 件方式显示分析结果, 比传统方法有着明显的优势。 因此, 近年来, G IS技术在农业种植区划中得到广泛 应用。如: 苏永秀等 ( 2005) 利用广西 90个气 象台 第 27卷第 3期 胡华科, 郑春燕 G IS技术在农业种植管理与决策中的应用分析 103 站 30年的气候资料和 1: 25万基础地理数据, 建立 空间决策支持功能 ( 胡鹏, 2000), 能为农 业现代化 区划指标的空间分析模型, 运用 G IS技术划分出广 西沙田柚种植的最适宜、适宜、次适宜和不适宜区, 管理提供先进的有效的手段。 为沙田柚的合理布局以及趋利避害、提高沙田柚产 就引起了世界发达国家的关注 量和品质提供了科学依据。邱炳文等 ( 2005) 综合 利用 3S 技术对福建省漳州地区的果树适宜分布 G IS的广泛应用, 农业决策支持系统的研 制向更深 层次的方向发展。加拿大 H. M ontas等开发了水土 现状与利用潜力进行了分析评价。首先建立研究区 域内土壤、 气候与地形等数据库, 并利用地形对气候 保持决策支持系统, 美国 J. P. Calixe等将 DSSAT 3. 0 分布状况进行校正, 同时通过 L andsat TM 遥感影像 决策支持系统, A. D. G ier等运用 G IS建立了印度尼 的分析解译得到研究区域内的土地利用现状分布图 和主要果树种植分布图, 在此基础上采用 G IS和多 西亚区域空间分析农业生产模式的决策支持系统, 目标评价 ( MCE ) 方法对漳州地区 3种主要果树 ( 香 蕉、 荔枝和龙眼 ) 进行适宜性评价, 为种植决策提供 了科学依据。 早在 80年代末, 农业种植管理与决策支持系统 [ 21- 22] 。近年来, 随着 结合 A rcV iew GIS集成了农业环境地理信息系统的 台湾逢甲大 学周天颖等 利用 G IS、RS 和 CERES R ICE模型建立了台中市水稻生产的农业土地使用 决策支持系统 ( 曹永华, 1997) 。这些决策支持系统 的涌现促进了农业现代化的发展。 2. 2在精准施肥中的应用 千百年来, 作物生产都是以地区或田块为基础, 我国 也 有 不 少 成功 的 研 究 先 例。 魏 邦 龙 等 在此尺度上, 把耕地看作是具有作物均匀生长条件 ( 2004) 运用计算机和智能化农业信息技 术进行小 麦生产的管理和 决策; 周治国等 ( 2005) 以 M apInfo 的对象进行管理, 而忽略了大多数土地都存在的空 间差异。广大农民都是凭着老经验施肥, 施肥量和 G IS为系统开发平台, 建立区域作物生产 管理地理 比例不好掌握, 盲目施肥、过量施肥的 现象比较普 遍, 满足于获得区域平均产量, 却很少考虑对农田的 信息系统; 杨小冬等 ( 2007) 基于 W ebG IS设计了云 南省红河州烟草种植业的生态农业监测与决策支持 系统。 盲目投入及肥料利用率低下、 过量施肥造成生产成 本增加和环境污染等后果 。 计算机推荐施肥系统是依据平衡施肥原理, 利 3 建立梅州市柚橙种植管理与决策信 息系统构想 用信息技术进行一定尺度范围内的作物施肥量与施 肥方法的决策, 达到提高产量, 节约化肥用量, 保护 3. 1 系统意义 [ 9- 20 ] 生态环境的目的 ( 张强, 2004) 。在 该研究方面, 前 梅州市属亚热带气候, 十分适合柑橘 ( 包 括柚 人已经进行了一些相关的探索。中国农业科学院土 壤肥料研究所建立了土壤肥料信息系统 ( SOF ISC ) , 类、 柑橙类等 ) 的栽 培。梅州是中国最大的金 柚商 系统包括我国 31个省 2 370个县的土壤肥力状况 及肥料与养分资源利用状况, 可以用于不同层次的 之乡 的美称。目前种植 面积已达 2万公顷以上, 土壤肥料信息的查询统计, 以及作物施肥决策等信 品生产基地, 栽种金柚已有近百年历史, 素有 金柚 年产量 30万 t多, 产量和面积均占全国柚类总产量 和总面积的 30% 以上。近年来, 以平远脐橙为代表 息 ( 张维理, 1999)。南京农业大学开发研制了江苏 省大丰市土壤信息管理及施肥决策支持系统 (潘剑 的梅州柑橙类产品也有很大发展, 平远县已种植脐 君, 1999) ; 新疆农业科学院土壤肥料研究所与多家 单位合作采用 M apInfo 为 G IS 软件平台, 开发研制 大的优质橙生产基地。目前, 该县的脐橙种植面积 了新 疆 县 级 农 田 土 壤 肥 料 信 息 系 统 ( 毛 瑞 明, 总产量的 90% 以上。以柚橙等为代表的 特色农业 种植已成为梅州市农业生产的重要支柱, 农村经济 1999) 。 2. 3在政府农业种植管理与决策中的应用 橙超过 4千公顷, 总产超过 1. 5万 ,t 已成为广东最 正以每年 1万亩的速度增长, 脐橙产量占了广东省 的支柱产业, 对梅州山区经济发展起到举足轻重的 GIS的技术优势在于它的混合数据结构和有效 作用。但是, 随着梅州市特色农业的不断发展, 也逐 的数据集成、 独特的地理空间分析能力、 快速的空间 搜索定位和复杂的查询功能、 强大的图形创造和地 渐的暴露了一些问题, 例如种植面积的盲目扩张、 经 图可视化的表达手段, 以及地理过程的演化模拟和 的深入发展, 十分必要采用现代地理信息技术, 开发 验施肥、 政府管理手段的落后等等, 影响了特色农业 104 嘉应学院学报 (自然科学 ) 2009年 6月 梅州市柚橙种植管理与决策信息系统平台, 并基于 的推荐施肥方法实施应用上受到限制。随着梅州兴 该平台实现梅州市柚橙种植管理与决策的科学化、 现代化。 宁市、 五华县、梅县先后列入国家级和省级测土配方 与精准施肥项目试点县, 因此, 综合运用计算机、G IS 3. 2系统作用 和 GPS技术, 规范化的开展测土配方与精准施肥是 3. 2. 1 应用于柚橙种植区划 传统土地适宜性 评价是根据已有 的地形地貌 十分必要的。 3. 2. 3应用于柚橙种植管理 图、 气象气候图、土壤图、土地类型图或土地利用现 状图的同质图斑来确定, 主观因素严重,