農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)在作物施肥原理與技術(shù)課程教學(xué)改革中的應(yīng)用

蘇小娟 李曉琳 王艷霞 史亮濤

摘要 ? ?作物施肥原理與技術(shù)是高等農(nóng)林類院校針對(duì)農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)綜合性較強(qiáng)的核心課程。隨著遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，課程體系建設(shè)也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，符合現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)人才的培養(yǎng)要求。本文分析出現(xiàn)農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)在作物施肥原理與技術(shù)課程改革中的應(yīng)用，利用自然資源衛(wèi)星遙感云服務(wù)平臺(tái)將遙感技術(shù)融入該課程教學(xué)體系。將課堂教學(xué)、科研及實(shí)踐三者有機(jī)結(jié)合起來，進(jìn)一步提高作物施肥原理與技術(shù)的教學(xué)質(zhì)量，為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境發(fā)展培養(yǎng)高素質(zhì)人才。

關(guān)鍵詞 ? ?作物施肥原理與技術(shù);遙感;教學(xué)改革;應(yīng)用

中圖分類號(hào) ? ?G642 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ? ?A

文章編號(hào) ? 1007-5739（2020）20-0258-03 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

Abstract ? ?Crop fertilization principle and technique is a comprehensive core course for the major of agricultural resources and environment. With the application of remote sensing technology in agricultural production， the construction of curriculum system should keep pace with the times and meet the requirements of modern agricultural production and modern agricultural talents. This paper analyzed the application of remote sensing technology in the course reform of crop fertilization principle and technique and integrated remote sensing technology into the course teaching system by using natural resources satellite remote sensing cloud service platform. Combining classroom teaching， scientific research with practice organically could further improve the teaching quality of crop fertilization principle and technique， so as to cultivate high-quality talents for the development of modern agricultural resources and the environment.

Keywords ? ?crop fertilization principle and technique; remote sensing; teaching reform; application

作物施肥原理與技術(shù)是高等農(nóng)林院校農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，在土壤肥力、植物需肥特性等理論指導(dǎo)下，以實(shí)踐應(yīng)用為主體的一門綜合性課程。合理施肥是該門課程中的核心問題，也是作物施肥原理與技術(shù)課程理論教學(xué)和實(shí)踐實(shí)習(xí)的核心內(nèi)容[1]。作物施肥原理與技術(shù)教學(xué)實(shí)踐過程中會(huì)涉及多個(gè)研究領(lǐng)域，比如土壤學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)、植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)作物的需肥特性、肥料的施用、土壤農(nóng)化分析的理論、施肥專家系統(tǒng)及“3S”（GPS、GIS和RS）技術(shù)在區(qū)域養(yǎng)分資源管理中的應(yīng)用等，是一門綜合性、系統(tǒng)性和實(shí)用性都很強(qiáng)的課程[2-3]。

當(dāng)前作物施肥原理與技術(shù)中土壤肥力測(cè)定、作物養(yǎng)分含量及營(yíng)養(yǎng)診斷教學(xué)內(nèi)容主要通過傳統(tǒng)的土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法判斷，而對(duì)利用“3S”技術(shù)解決區(qū)域土壤養(yǎng)分空間差異問題講授較少[4]，且將土壤、施肥與產(chǎn)量等綜合考慮應(yīng)用施肥量精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)施肥技術(shù)不廣泛[5]。因此，通過自然資源衛(wèi)星遙感云服務(wù)平臺(tái)獲得最新農(nóng)業(yè)遙感數(shù)據(jù)，學(xué)生解譯遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合作物施肥原理與技術(shù)相關(guān)理論知識(shí)，判讀作物生長(zhǎng)狀況，監(jiān)測(cè)農(nóng)作物產(chǎn)量分布等，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和對(duì)農(nóng)業(yè)的愛好，掌握更為先進(jìn)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)施肥技術(shù)，提升作物施肥原理與技術(shù)教學(xué)效果。

農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)（Remote Sensing）是指通過遙感技術(shù)的支持，在農(nóng)業(yè)資源調(diào)查、土地利用現(xiàn)狀分析、農(nóng)業(yè)病蟲害監(jiān)測(cè)、農(nóng)作物種植面積及估產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)等多方面進(jìn)行全方位應(yīng)用的綜合技術(shù)[6]。該技術(shù)在植物營(yíng)養(yǎng)、土壤、環(huán)境保護(hù)和生態(tài)安全方面發(fā)揮著不可替代的作用[7]。遙感課程作為農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課，是一門理論與實(shí)踐緊密聯(lián)系的課程。近年來，隨著研究的深入和科技的進(jìn)步，遙感技術(shù)用于作物營(yíng)養(yǎng)診斷和推薦施肥也逐步發(fā)展起來，并呈現(xiàn)出生機(jī)勃勃的景象[6]。從社會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)人才的需求來看，通過教學(xué)改革強(qiáng)化農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)在作物施肥原理與技術(shù)課程中的應(yīng)用，將理論教學(xué)、科研與實(shí)踐三者緊密結(jié)合，豐富該課程的現(xiàn)代化技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的學(xué)習(xí)興趣及自主實(shí)踐能力是當(dāng)務(wù)之急[11]。本文旨在通過利用自然資源衛(wèi)星遙感云服務(wù)平臺(tái)數(shù)據(jù)，探討遙感技術(shù)在作物施肥原理與技術(shù)課程教學(xué)改革中的應(yīng)用，以期更好地將教育教學(xué)、科研與社會(huì)實(shí)踐三者融合，達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)人才的目的。

1 ? ?作物施肥原理與技術(shù)課程改革的迫切性

作物施肥原理與技術(shù)課程是以土壤學(xué)、植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)、土壤肥料學(xué)等專業(yè)課程為基礎(chǔ)，結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際形成的一門綜合性的課程，通過測(cè)定土壤肥力、作物需肥特點(diǎn)、肥料自身特性等因素，實(shí)現(xiàn)培肥地力、增產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保等目標(biāo)，最終確定土壤或植物生長(zhǎng)過程中肥料用量、施肥時(shí)間和施肥方式，從而提出合理有效的施肥方案[1]。作物施肥原理與技術(shù)課程與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)緊密相關(guān)，但現(xiàn)有教學(xué)過程中存在著學(xué)生參與實(shí)習(xí)少、教學(xué)課時(shí)安排不合理、教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)發(fā)展融合不夠、學(xué)生缺乏對(duì)農(nóng)業(yè)類課程學(xué)習(xí)的興趣與主動(dòng)性等問題，因而對(duì)該門課程進(jìn)行教學(xué)改革迫在眉睫。

2 ? ?遙感技術(shù)融入作物施肥原理與技術(shù)課程的教學(xué)過程

“精心培育農(nóng)業(yè)人才，加強(qiáng)科研創(chuàng)新”不僅是習(xí)近平總書記對(duì)培養(yǎng)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)人才的期望，更是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，多學(xué)科交叉發(fā)展日新月異，要提高農(nóng)業(yè)人才水平，就要進(jìn)一步創(chuàng)新農(nóng)業(yè)人才培養(yǎng)模式，不斷加強(qiáng)多學(xué)科在多領(lǐng)域的融合。教師在講授過程中結(jié)合信息技術(shù)在施肥中的應(yīng)用相關(guān)內(nèi)容，引入遙感技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，通過實(shí)際案例讓學(xué)生掌握運(yùn)用遙感技術(shù)對(duì)作物進(jìn)行長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)和營(yíng)養(yǎng)診斷監(jiān)測(cè)[4]，確定合理施肥量[12]，為現(xiàn)代精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)變量施肥提供技術(shù)保障[13]。如果能將遙感數(shù)據(jù)合理融入作物施肥原理與技術(shù)教學(xué)過程，必將激發(fā)學(xué)生對(duì)該門課程的學(xué)習(xí)興趣。

3 ? ?作物施肥原理與技術(shù)課程改革與現(xiàn)代化教育的切合點(diǎn)

20世紀(jì)80年代初期國際農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的專家提出了“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的現(xiàn)代化生產(chǎn)形式和管理模式[14]。隨著高光譜遙感技術(shù)的發(fā)展和高光譜航天時(shí)代的到來，使得基于植物葉片光譜反射特征判斷作物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)元素含量的多少、是否缺素等營(yíng)養(yǎng)狀況成為可能[15]。經(jīng)過長(zhǎng)期研究，美國北達(dá)科他州州立大學(xué)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究中心的Jeff White博士提出“未來農(nóng)業(yè)和食物體系（IFAFS）”的發(fā)展重點(diǎn)是利用遙感數(shù)據(jù)改善作物氮肥利用效率，降低不合理施肥對(duì)水資源環(huán)境的污染[12]。近幾十年來，作物科學(xué)、土壤學(xué)、植物保護(hù)科學(xué)、資源環(huán)境科學(xué)等在空間信息技術(shù)的支持下，與智能化農(nóng)業(yè)裝備、田間信息采集技術(shù)、系統(tǒng)優(yōu)化決策支持技術(shù)等組裝，形成了一個(gè)新的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系?；谶b感技術(shù)和植物營(yíng)養(yǎng)原理，通過處理遙感影像、解譯數(shù)據(jù)結(jié)合植物生長(zhǎng)的各種參數(shù)，制定具體的施肥方案，為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。國內(nèi)外專門成立了“精細(xì)農(nóng)業(yè)”研究中心，并確定了博士、碩士研究方向及開設(shè)出現(xiàn)相關(guān)培訓(xùn)課程[12-13]。目前，已有大量研究成果和有關(guān)裝備的技術(shù)產(chǎn)品，這些成果的進(jìn)一步推廣和技術(shù)產(chǎn)品的應(yīng)用急需農(nóng)業(yè)遙感專業(yè)技術(shù)方面的人才[14]。大多學(xué)校的農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)雖然同時(shí)開設(shè)了遙感技術(shù)課程和作物施肥原理與技術(shù)課程，但在教學(xué)過程中缺少將2門課程的核心內(nèi)容有機(jī)融合起來。因此，將滿足信息時(shí)代對(duì)專業(yè)人才的需求，培養(yǎng)創(chuàng)新性農(nóng)業(yè)人才的要求作為作物施肥原理與技術(shù)課程建設(shè)的切合點(diǎn)，將農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)更好地融入該課程改革體系。

4 ? ?科研、教學(xué)與實(shí)踐在課程改革中的有機(jī)結(jié)合

高等普通本科院校的中心工作是教學(xué)，但教學(xué)質(zhì)量的提升，不僅受教師科研活動(dòng)的影響，還與實(shí)踐教學(xué)的多少密切相關(guān)。目前在作物施肥原理與技術(shù)課程教學(xué)中，對(duì)本科生科研素質(zhì)的培養(yǎng)不夠重視，理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)結(jié)合不緊密。科研的積累是豐富課堂教學(xué)案例的基礎(chǔ)，教學(xué)過程更是科研成果傳播途徑，實(shí)踐是檢驗(yàn)科研和教學(xué)的方法和手段[3，16]。因此，在今后的教學(xué)過程中，應(yīng)將基于遙感數(shù)據(jù)在診斷作物營(yíng)養(yǎng)元素豐缺領(lǐng)域、變量施肥決策、土壤養(yǎng)分估測(cè)及空間變異特征、產(chǎn)量評(píng)估和品質(zhì)調(diào)控等方面的科研成果融入教學(xué)內(nèi)容，使課堂教學(xué)信息更加豐富，激發(fā)學(xué)生對(duì)交叉學(xué)科和前沿知識(shí)的興趣，讓學(xué)生掌握應(yīng)用遙感技術(shù)的手段和方法，培養(yǎng)學(xué)生利用遙感技術(shù)解決植物生產(chǎn)過程中的營(yíng)養(yǎng)缺失及施肥調(diào)節(jié)等問題的能力[15]。例如，通過申請(qǐng)應(yīng)用自然資源衛(wèi)星遙感云服務(wù)平臺(tái)節(jié)點(diǎn)，結(jié)合專業(yè)課程教學(xué)，培養(yǎng)農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境、林學(xué)、水土保持、生態(tài)環(huán)境等領(lǐng)域的高層次人才，服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)。進(jìn)一步將云南省主要經(jīng)濟(jì)作物煙草種植面積、植株養(yǎng)分的遙感影像及不同輪作條件下土壤肥力變化等引入課堂教學(xué)中。同時(shí)，結(jié)合專業(yè)綜合實(shí)習(xí)基地開展教學(xué)，先將萬家歡藍(lán)莓莊園、云南省熱區(qū)作物研究所等實(shí)習(xí)基地種植的相應(yīng)作物的養(yǎng)分豐缺及土壤肥力的遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯，再去實(shí)際樣地進(jìn)行采樣分析驗(yàn)證。這種教學(xué)—科研—實(shí)踐三位一體的教學(xué)過程能提高學(xué)生的實(shí)踐能力，將課堂的理論知識(shí)通過科研和實(shí)踐緊密結(jié)合起來，為今后走入社會(huì)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

5 ? ?結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)水平的提升，遙感技術(shù)作為一項(xiàng)具有廣闊應(yīng)用前景的高新技術(shù)，在植物營(yíng)養(yǎng)診斷及作物精準(zhǔn)施肥技術(shù)領(lǐng)域的大力發(fā)展呈必然趨勢(shì)。我國首顆精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)觀測(cè)高分衛(wèi)星高分六號(hào)的發(fā)射，將大力推動(dòng)我國數(shù)字農(nóng)業(yè)和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，為農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展、生態(tài)文明建設(shè)等重大需求提供遙感數(shù)據(jù)支撐。因此，在當(dāng)今農(nóng)林高校農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)作物施肥原理與技術(shù)教學(xué)改革中，將遙感技術(shù)融入教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)課程體系是培養(yǎng)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)人才的當(dāng)務(wù)之急。

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