作物精確栽培技術(shù)的構(gòu)建及實現(xiàn)

張福增

（安丘市石埠子鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)服務(wù)中心，山東　安丘　262100）

作物精確栽培技術(shù)的構(gòu)建及實現(xiàn)

張福增

（安丘市石埠子鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)服務(wù)中心，山東安丘262100）

作物精確栽培技術(shù)，其基礎(chǔ)是現(xiàn)代作物栽培學(xué)，交叉融入了新興的學(xué)科領(lǐng)域，并朝著定量化與智能化的方向逐步發(fā)展?；诖?，闡述作物精確栽培的內(nèi)涵，分析定量栽培方案的設(shè)計、生長指標(biāo)的光譜監(jiān)測診斷、作物生長的模擬預(yù)測幾個方面，探討如何構(gòu)建作物的精確栽培技術(shù)。

農(nóng)作物；精確栽培；方案設(shè)計；監(jiān)測診斷；模擬預(yù)測

1　作物精確栽培的內(nèi)涵

隨著農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代作物栽培學(xué)也取得了較大的進步，并開始與眾多的新興學(xué)科領(lǐng)域相互交叉融合，逐步朝著定量化與智能化的方向轉(zhuǎn)變。在作物栽培學(xué)中，運用系統(tǒng)科學(xué)和信息技術(shù)，能夠?qū)υ耘嗟膶ο蠹斑^程，實施數(shù)字化的監(jiān)控與管理。從栽培方案的設(shè)計，到生長指標(biāo)的診斷，再到產(chǎn)量品質(zhì)的預(yù)測，都能夠?qū)崿F(xiàn)精確的定量化。所涉及的學(xué)科領(lǐng)域也較為廣泛，包括農(nóng)學(xué)、生態(tài)學(xué)、土壤學(xué)等農(nóng)業(yè)類學(xué)科，以及管理學(xué)、系統(tǒng)學(xué)、信息學(xué)等新興學(xué)科。作物的精確栽培，不僅能夠改善常規(guī)的作物栽培模式，更有助于提高作物生產(chǎn)管理的科學(xué)化與精確化水平，提升作物栽培學(xué)的發(fā)展水平。

2　定量栽培方案的設(shè)計

近年來，農(nóng)業(yè)信息技術(shù)取得了快速的發(fā)展，積累了豐富的作物栽培知識。系統(tǒng)建模技術(shù)，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于作物栽培學(xué)研究中，形成了較為成熟的生產(chǎn)管理專家系統(tǒng)。其不僅具備綜合的知識體系，在推理決策方面還有一定的優(yōu)勢，實現(xiàn)了由經(jīng)驗性知識規(guī)則向數(shù)字化知識模型的跨越。將作物栽培管理知識體系進行定量表達，通過借助于基本的創(chuàng)建模型，能夠設(shè)計合理的作物栽培方案，從而實現(xiàn)對作物的精確栽培［1］。

2.1技術(shù)原理

作物的各項生育指標(biāo)與栽培技術(shù)指標(biāo)，有著其自身的地域性特征以及季節(jié)性變化規(guī)律。需要運用系統(tǒng)分析的原理，對其進行全面綜合的解析。通過尋找其內(nèi)在的定量化函數(shù)關(guān)系，構(gòu)建數(shù)字化的作物栽培管理知識模型，從而實現(xiàn)對各項生長調(diào)控指標(biāo)的定量設(shè)計。究其算法原理來說，一方面基于平均產(chǎn)量和增產(chǎn)系數(shù)，另一方面要考慮基因型與環(huán)境的適合度，以確定合理的產(chǎn)量目標(biāo)設(shè)計，選取適宜的品種，從而實現(xiàn)栽培方案的精確設(shè)計。

2.2方案設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用

作物管理知識模型的算法，需要在計算機環(huán)境中映射，并結(jié)合組件化程序設(shè)計思想與GIS技術(shù)，以開發(fā)出適用的管理決策支持系統(tǒng)，如單機版、PDA、網(wǎng)絡(luò)版等版本。同時，根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂?、土壤等的具體情況，運用精確管理決策功能，由點到面地進行生態(tài)分區(qū)與生產(chǎn)分類，以按需投入為準(zhǔn)則，確定精細(xì)化的栽培管理方案［2］。由于具有動態(tài)設(shè)計的功能，能夠在不同的情景條件下，自動生成相匹配的栽培管理方案。其不僅動態(tài)決策能力強，而且精確管理效果好。在作物生產(chǎn)實踐中，有著十分顯著的適用性和指導(dǎo)性作用。

3　生長指標(biāo)的光譜監(jiān)測診斷

3.1技術(shù)原理

作物在不同的生長參數(shù)下，對于不同的光譜波段，有著不同的吸收、反射或透射規(guī)律特征。實施光譜監(jiān)測與診斷，是根據(jù)傳感器快速、無損的工作原理，獲取相關(guān)的特征光譜信息，以對作物生長指標(biāo)狀態(tài)進行解析判斷。通過定量反演，實現(xiàn)對作物生長參數(shù)的快速診斷。在不同的條件下進行試驗研究，來自于作物冠層及葉片的光譜信息，可以通過傳感器獲取。作物的生長指標(biāo)與反射光譜特征之間，存在著一定的機理性關(guān)系。在生長指標(biāo)中一些較為敏感的核心波段，有其對應(yīng)的光譜參數(shù)，從而建立定量反演模型。參照優(yōu)化設(shè)計的適宜指標(biāo)，與作物的實時生長指標(biāo)進行動態(tài)的診斷與調(diào)控，保證作物處于更佳的生長狀態(tài)。

3.2應(yīng)用實踐

隨著光譜遙感技術(shù)的迅猛發(fā)展，多光譜、高光譜分辨技術(shù)開始出現(xiàn)，為農(nóng)作物生長指標(biāo)的監(jiān)測診斷，提供了重要的技術(shù)支持。尤其是高光譜分辨率技術(shù)，能夠?qū)Υ蠓秶淖魑锷L信息，實現(xiàn)實時、快速、無損的監(jiān)測與診斷，從而達到精確栽培管理的效果。作物的主要生長指標(biāo)，包括生物量、葉面積指數(shù)、葉片含氮量與氮積累量。對其光譜參數(shù)進行試驗研究，能夠構(gòu)建與主要生長參數(shù)相匹配的調(diào)控模型及監(jiān)測診斷系統(tǒng)［3］。因此，對作物生長指標(biāo)實施光譜診斷，能夠?qū)崟r診斷作物生長狀況，對后期肥水調(diào)控實施精確指導(dǎo)，有助于提高作物生產(chǎn)管理水平，促進精確栽培技術(shù)的發(fā)展。

4　作物生長的模擬預(yù)測

對作物的生長過程進行模擬，其主線是作物的生理生態(tài)過程，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)等因素，構(gòu)建作物階段發(fā)育的各種模型，解釋性和預(yù)測性較強。其有助于了解作物生長發(fā)育的規(guī)律，對技術(shù)措施與遺傳潛力、環(huán)境效應(yīng)之間的因果關(guān)系，實施定量、綜合的分析。同時，對產(chǎn)量、品質(zhì)形成的過程進行機理性和預(yù)測性動態(tài)模擬，有著極佳的機理性和預(yù)測性效果，量化物生長的分析與管理。構(gòu)建模擬與管理決策支持系統(tǒng)，能夠在不同的技術(shù)、品種與環(huán)境條件下，實現(xiàn)對作物生長過程的可靠性預(yù)測。從而對不同條件下的作物生長狀態(tài)進行定量分析，評價各種因素變化對作物生長的綜合影響，以及提供最佳的應(yīng)對策略。

5　結(jié)語

當(dāng)前，精確化、科學(xué)化已成為作物栽培學(xué)的發(fā)展主流，精確栽培技術(shù)也獲得了很大的進步。以栽培科學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合了相關(guān)的信息科學(xué)，極大地推動了作物栽培的信息化、數(shù)字化及定量化。應(yīng)當(dāng)針對不同的生產(chǎn)條件，對作物栽培方案的設(shè)計、生長指標(biāo)的監(jiān)測診斷、生長過程的預(yù)測，實施進一步的改進和完善，以實現(xiàn)作物精確栽培技術(shù)的智能化發(fā)展。

［1］曹衛(wèi)星，朱艷，田永超，等.作物精確栽培技術(shù)的構(gòu)建與實現(xiàn)［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（19）：3955-3969.

［2］景立權(quán)，袁建華，趙福成，等.玉米超高產(chǎn)精確栽培研究進展［J］.江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報，2013（2）：429-434.

［3］凌啟鴻.精確定量輕簡栽培是作物生產(chǎn)現(xiàn)代化的發(fā)展方向［J］.中國稻米，2010（4）：1-6.

S126

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1674-7909-（2016）05-40-2

張福增（1980-），男，本科，助理農(nóng)藝師，研究方向：作物栽培管理。