作物精確栽培技術(shù)的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)

常守瑞

摘 要：作物精確栽培技術(shù)是現(xiàn)代作物栽培學(xué)的研究重點(diǎn)，它交叉融入了多項(xiàng)新興學(xué)科，正逐步向智能化與定量化的方向發(fā)展。介于此，本文就首先討論了作物精確栽培技術(shù)的原理及意義，進(jìn)而對技術(shù)的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了探討，希望對作物精確栽培技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供幫助。

關(guān)鍵詞：技術(shù)構(gòu)建；精確栽培；農(nóng)作物

中圖分類號：S359 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A DOI：10.11974/nyyjs.20170229050

引言

由于我國是一農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的根本，為了進(jìn)一步促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，更好的滿足人們的糧食需求，新型作物種植技術(shù)的研究已經(jīng)勢在必行。作物精確栽培技術(shù)是一項(xiàng)綜合多學(xué)科領(lǐng)域，新發(fā)展的一項(xiàng)種植技術(shù)，它對提高作物栽培效率具有重要意義，所以本文就作物精確栽培技術(shù)的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行探討。

1 作物精確栽培技術(shù)的原理與意義

作物精確栽培技術(shù)是獲得農(nóng)作物高產(chǎn)、改善農(nóng)作物生長環(huán)境而真實(shí)存在的在時(shí)間與空間上有差異性的信息技術(shù)，比如說改善農(nóng)作物生長的土壤、含水量以及應(yīng)用元素等，通過切實(shí)了解影響作物產(chǎn)量的因素，根據(jù)影響因素合理改良作物栽培技術(shù)，區(qū)別對待、按需分配管理，從而實(shí)現(xiàn)有效調(diào)控作物產(chǎn)量的目的。具體的操作過程可以簡單描述為：利用具有定位系統(tǒng)以及可以測量產(chǎn)量的收獲機(jī)來收集各種植區(qū)域作物的實(shí)際產(chǎn)量，然后通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)化的處理，繪制出能夠直觀反應(yīng)作物產(chǎn)量與土壤肥力、地貌、地形等因素之間的關(guān)系圖，然后根據(jù)實(shí)際的生長情況，構(gòu)建對應(yīng)各種植區(qū)域的可以反映投入與產(chǎn)出模擬模型、作物生長的模擬模型，然后作物管理專家再根據(jù)實(shí)際情況建立作物管理輔助系統(tǒng)，并在作物栽培人員的參與下建立作物管理處方圖，栽培人員根據(jù)處方圖合理地選擇管理方法與手段，利用相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備對作物進(jìn)行精細(xì)化管理，實(shí)現(xiàn)作物的精確化栽培，提高了資源的使用效率，降低了生產(chǎn)成本，避免了環(huán)境污染。

2 作物定理栽培方案的設(shè)計(jì)

隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)水平的不斷提高，作物栽培技術(shù)得到了生產(chǎn)管理專家的高度重視。經(jīng)過廣泛實(shí)踐表明，生產(chǎn)管理專家系統(tǒng)具有綜合多方面知識科學(xué)推理決策的優(yōu)勢，但也面臨著從經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷骄唧w的數(shù)字知識模型的改變。在作物栽培研究當(dāng)中引入系統(tǒng)建模技術(shù)，通過定量栽培的方法來體現(xiàn)作物栽培管理體現(xiàn)，這對構(gòu)建基于模型的作物栽培設(shè)計(jì)方案有促進(jìn)作用，從而實(shí)現(xiàn)作物栽培的精確化與模型化。

2.1 技術(shù)原理

利用定量系統(tǒng)分析的原理，來探討作物栽培技術(shù)指標(biāo)和生育指標(biāo)與季節(jié)性和地域性之間的關(guān)系，列出作物管理規(guī)范與生長力指標(biāo)及實(shí)際生長與作物生長環(huán)境條件及環(huán)境中各項(xiàng)影響因素的函數(shù)關(guān)系，根據(jù)函數(shù)關(guān)系構(gòu)建數(shù)字化與廣適性作物栽培管理模型，以便從定量的角度來分析不同生長環(huán)境下作物栽培前管理方案與生長中作物指標(biāo)。此模型的技術(shù)原理在提高作物增產(chǎn)系數(shù)以及平均產(chǎn)量、培養(yǎng)環(huán)境適應(yīng)性與基因優(yōu)良性的品種、提高作物壯苗、出苗率、確定抽穗時(shí)間、安全拔節(jié)、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)提高單株成穗率、合理供水方案、有效播種方案的基礎(chǔ)上將經(jīng)驗(yàn)性作物栽培技術(shù)理論轉(zhuǎn)換為數(shù)字化的作物管理模型，這有效增強(qiáng)克服專業(yè)技術(shù)較高以及傳統(tǒng)栽培模式的經(jīng)驗(yàn)性與地域性的弱點(diǎn)。例如某種作物的產(chǎn)量與施氮量和吸氮量存在著明顯的聯(lián)系，此時(shí)可以利用養(yǎng)分平衡原理，結(jié)合作物品質(zhì)與產(chǎn)量的目標(biāo)，按照作物一生的氮需求，合理的構(gòu)建作物生長目標(biāo)與不同時(shí)期施氮量關(guān)系的模型，為不同環(huán)境不同品質(zhì)的作物施氮量提供精確設(shè)計(jì)方案。

2.2 方案設(shè)計(jì)技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用

根據(jù)組件化程序設(shè)計(jì)理念，將作物管理模型映射到計(jì)算機(jī)平臺當(dāng)中，結(jié)合GIS技術(shù)構(gòu)建出基于作物管理知識模型的精確化作物管理決策系統(tǒng)，比如PDA版與單機(jī)版等。另外再根據(jù)土壤、氣候等種植條件，利用精確化決策系統(tǒng)將種植區(qū)域按照作物產(chǎn)量與生態(tài)分區(qū)進(jìn)行分類，之后再按照作物生長需求進(jìn)行管理，明確精細(xì)化作物栽培管理方案。介于精確化栽培技術(shù)具有動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的功能，可以對不同的生態(tài)環(huán)境做出匹配的栽培管理方案。此項(xiàng)技術(shù)不僅具有很好的動(dòng)態(tài)效果，還能夠充分展現(xiàn)精確化管理的優(yōu)勢。在作物栽培過程中起著明顯的指導(dǎo)性與適用性。

3 作物生長指標(biāo)的光譜監(jiān)測診斷

3.1 技術(shù)原理

對作物生長指標(biāo)進(jìn)行光譜監(jiān)測與診斷的依據(jù)是根據(jù)作物不同生長階段各項(xiàng)生長參數(shù)對光譜的吸收、投射與反射的規(guī)律，然后通過傳感器獲取作物對光譜吸收、反射與投射的情況，通過計(jì)算機(jī)解析與判斷作物的生長指標(biāo)特點(diǎn)，通過定量反演的形式精確判斷作物的生長參數(shù)。然后對作物在不同生長條件下的生長指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)研究，對于作物的葉片與冠層的光譜信息，能夠利用傳感器來獲得。因?yàn)樽魑锓瓷涞墓庾V特性與其生長指標(biāo)之間存在著一定的聯(lián)系，一些生長指標(biāo)對某一特定光譜段較為敏感，有其對應(yīng)的光譜參數(shù)，由此構(gòu)建定量的反演模型。根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的參數(shù)指標(biāo)，對作物的實(shí)際生長指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)調(diào)控，確保作物一直處于良好的生長狀態(tài)。

3.2 應(yīng)用實(shí)踐

伴隨著光譜遙感技術(shù)的不斷更新與發(fā)展，新生出來的高光譜、多光譜技術(shù)為有效監(jiān)測作物的生長指標(biāo)提供了技術(shù)保障。特別是高光譜的分辨水平，可以對大范圍的作物生長進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測與診斷，從而實(shí)現(xiàn)作物精確栽培管理的目的。作物生長的主要指標(biāo)包含：含氮量、氮積累量、葉片面積以及生物量。利用光譜遙感技術(shù)分別對作物的幾項(xiàng)生長指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)研究，創(chuàng)建于作物生長指標(biāo)相對應(yīng)的監(jiān)測診斷以及生長調(diào)控系統(tǒng)。所以，有效利用光譜反射信息對作物的生長指標(biāo)進(jìn)行診斷，有利于實(shí)時(shí)了解作物的實(shí)際生長狀況，對作物后期管理調(diào)控提供精確參數(shù)，有利于提高作物管理的水平，加快精確化作物栽培技術(shù)的發(fā)展。

4 作物生產(chǎn)力的模擬預(yù)測

4.1 技術(shù)原理

利用過程模擬的方法，定量分析作物的生產(chǎn)力與生長發(fā)育的過程和作物的品質(zhì)、栽培技術(shù)以及生長環(huán)境之間的關(guān)系，建立作物的生長力以及生長發(fā)育的模擬模型，從而實(shí)現(xiàn)通過數(shù)字化模式預(yù)測作物的生產(chǎn)力與生長發(fā)育狀況。首先將分析作物的生長過程和土壤、環(huán)境、氣候之間的關(guān)系，將作物的生理發(fā)育時(shí)間作為生長過程模型的尺度，建立作物-土壤水分系統(tǒng)子模型、品種與產(chǎn)量子模型、物質(zhì)積累與光合生產(chǎn)子模型等，進(jìn)而建立綜合模擬模型。綜合模擬模型可以動(dòng)態(tài)模擬作物生長不同生長環(huán)境下的產(chǎn)量與品質(zhì)，具有較強(qiáng)的說服性與直觀性。為進(jìn)一步定量分析不同環(huán)境下作物品質(zhì)的表現(xiàn)提供了的可靠工具。

4.2 開發(fā)應(yīng)用

結(jié)合品質(zhì)參數(shù)模型、氣象數(shù)據(jù)模型以及生理生態(tài)模型，根據(jù)研究對象的程序設(shè)計(jì)技術(shù)，創(chuàng)建了具有很好表現(xiàn)性與預(yù)測性的作物生長力以及生長發(fā)育模擬模型，通過定量分析不同栽培條件、品質(zhì)類型以及生長環(huán)境下作物產(chǎn)量品質(zhì)以及生長指標(biāo)的變化的情況。進(jìn)而結(jié)合策略評價(jià)模型等，構(gòu)建具有良好操作性與普適性的作物生長管理決策系統(tǒng)，可以對不同生長條件與技術(shù)下做出精確預(yù)測，達(dá)到不同尺度下作物生產(chǎn)力定量預(yù)測的效果，為定量分析各項(xiàng)影響因素提供了技術(shù)支持。

5 結(jié)語

目前，實(shí)現(xiàn)作物栽培管理的科學(xué)化與精確化成為了作物栽培技術(shù)發(fā)展的主要趨勢，如今我國作物精確化栽培已經(jīng)取得了一定的進(jìn)步。圍繞著科學(xué)栽培，充分利用先進(jìn)的信息科學(xué)技術(shù)，有力的推動(dòng)了作物栽培技術(shù)的定量化、數(shù)字化以及信息化的發(fā)展。針對作物不同的生長調(diào)節(jié)，做出科學(xué)合理的生長過程預(yù)測、生長指標(biāo)診斷等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)作物栽培技術(shù)的改進(jìn)與完善，推動(dòng)精確化栽培技術(shù)的發(fā)展。

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