栾城县域精准种植运行体系建设与模式示范

太行山前平原是华北平原的重要组成部分和典型农业高产区, 农业集约化程度较高, 是我国重要的商品粮生产基地。随着农业和社会经济的发展, 水资源严重匮乏, 地下水超采严重, 农田面源污染日益加剧等问题, 严重影响了该区域农业的可持续发展。精准农业是未来农业发展的重要方向和必然选择。在农业生产以农户单元为主体的我国现实情况下, 选择县域精准种植模式是有益的尝试和探索。选择农田管理有代表性的河北省栾城县作为示范区, 进行精准农业技术的试验与运行实施模式的示范。在县域尺度上通过划分公里网格的方法建立GPS 定位的县域精准种植观测网, 确定288 个有效采样点, 在中心示范区尺度按20 m×20 m网格对耕层和亚耕层确定采样点, 进行农田基本数据调查和空间变异分析。通过优化管理网络咨询平台组装县域尺度的优化施肥模式, 并根据区域特点建立多种节水种植模式进行推广。在大田尺度和温室大棚示范智控半变量节水灌溉系统, 实现经济效益和环境效益的增长。推广示范用于小麦的智能精准收获系统, 为区域精准农业的发展提供示范样板。县域精准农业技术研究与示范工作, 为未来区域性精准农业的全面实施进行了技术尝试, 提供了示范样板。     

栾城精准种植网络服务平台的建设

作为一种新的农业微观经营管理方式,精准农业已成为农业发展的趋势之一,但中国发展精准农业不能套搬西方的模式,而应结合我国的实际国情。阐述了栾城精准种植网络服务平台的建设内容,指出精确农业的网络预报服务模式适于当前中国的农业国情,以期为我国精准农业的发展提供可行的参考模式。     

精准农业分布式数据采集与空间决策分析系统的设计

田间数据的实时采集、传输与处理是实施精准农业的关键环节。长期以来,困扰该环节的一个技术瓶颈是客户端实时数据采集与服务器端联动式决策的一体化处理。本文利用ArcIMS的技术框架,利用ArcXML语言,开发了适用于精准农业分布式数据采集、可独立运行、能实现空间决策分析的技术系统。系统由数据采集、数据处理、信息分析与智能决策4个模块组成。本文结合该系统在莱西市高科技农业示范园区的应用实例,揭示了这一系统的逻辑设计、物理实现、技术特色及主要功能。该系统的逻辑设计为精准农业园区高效采集、传输、处理信息和数据提供了一套可行的技术框架。     

基于多维空间变异分析的精确农业作业单元自适应决策

针对精确农业技术体系中最佳农艺作业单元大小,该文提出了一种用纵、横探测法推求土壤特性空间变异、作物长势空间变异以及前茬作物产量空间变异等多维空间变异指数,进而按一定农学原则决定最佳农艺作业单元尺寸的自适应解决方案。结果表明,用该算法确定的农艺作业单元尺寸进行变量施肥,平衡效果良好率在90%以上。该算法的另一特点是,对矢量和栅格数据具有同样的适用性,较易在矢栅混合型GIS上实现。     

皖东江淮丘陵县域农田土壤有机质空间变异特征

基于皖东江淮丘陵滁州市7个县域农田土壤有机质数据,运用传统统计学和地统计学方法,分析了皖东江淮丘陵县域农田土壤有机质的空间变异特征。研究结果表明,滁州市各县域农田土壤有机质平均含量介于15.16～19.90 g·kg~(-1)之间,土壤有机质含量总体水平较低。变异系数为11.0%～22.4%,均为中等程度变异。但不同县域农田土壤有机质的空间自相关程度和结构性影响因子存在差异。空间自相关程度方面,南谯、来安、明光、凤阳和全椒5个县域为强烈空间自相关,而定远和天长两个县域为中等空间自相关。结构性影响因子方面,南谯、全椒和明光3个县域主要受土壤质地影响,而定远、凤阳、来安和天长4个县域主要受土壤类型影响。皖东江淮丘陵各县域应结合其土壤有机质空间变异特点对土壤资源进行合理利用与保护,以提高土壤有机质含量,改善土壤质量。     

精准变量施肥机的研制与试验

该文针对传统均匀施肥,没有考虑土壤肥力不一致的特点,介绍了一种可与国产拖拉机配套实现变量施肥的施肥机,该施肥机在GPS导航系统的帮助下可以按照预先设计的处方图实现变量施肥。机械采用国产的普通外槽轮作为变量施肥机的肥料计量装置,通过调整外槽轮的转动速度达到调整肥料量的目的。对变量施肥机械在田间的作业原理和机械的基本结构进行了详尽的介绍。针对变量施肥机施用肥料的种类不同,试验了在不同槽轮转速情况下,使用不同肥料排肥数量的变化情况。试验证明在施用尿素时要增加槽轮的排肥槽长度,在施用磷酸二铵等不规则的肥料时,应力求减少排肥槽轮的长度,通过增加槽轮转速达到提高排肥计量系统的精度。     

县域耕地土壤养分的时空变化及区域施肥研究--以肥东县为例

为提高粮食产量实现农业的可持续发展,本研究主要利用Arc GIS9.3对肥东县的土壤养分和p H作空间变异分析。通过分析可知在研究区域内除p H呈弱变异性外,其他养分都是中等变异,全氮、有效磷和速效钾为弱相关性,其他为中等相关性,并对数据进行插值分析绘制养分分布图;将2012年土壤养分数据与1982年第二次土壤调查数据相比较,从时间上分析其变异性,在时间对比分析可知土壤中主要养分速效钾变化不大,有效磷和有机质都明显增加。最后利用"3414"试验参数并结合当地耕作经验值,算出施肥配方,并绘制不同配方分区图。     

成都平原水旱轮作种植下土壤养分特性空间变异研究

肥料是作物的粮食,研究表明,施肥对粮食增产的贡献率可高达50%以上[1]。但是,我国长期存在的盲目的、非精准的不合理施肥,导致肥料当季利用率较低,特别是氮、磷肥。这既增加了种植成本,又造成水体富营养化[2,3]。土壤养分特性的空间变异研究对于实现田间土壤养分精准管理、变量施肥、提高肥料利用率等都具有非常重要的意义。国外对土壤养分特性空间变异的研究始于20世纪70年代,许多土壤学家将GIS和地统计学技术引入土壤学领域研究土壤属性的空间变异规律[4,5],并取得很好的结果。国内自90年代中期以来,许多研究者都对土壤属性特别是土壤养分的空间变异进行了研究[6~8],但主要侧重于对土壤物理性质和土壤盐     

滴灌系统设计水头与工程输配水管网投资及运行的关系分析

滴灌系统设计水头是影响滴灌工程投资与运行费用最为关键的因素,输配水管网是滴灌工程投资的主体,涉及到庞大的能耗与运行管理费用。该文从滴灌系统设计水头与工程输配水管网投资及运行的关系等方面进行了分析。结果表明：在管径一定的条件下系统设计水头与工程输配水管网投资基本成正比例关系,并与年运行电费成正比例关系,对流态指数大于0.571的滴灌灌水器,降低设计水头有利于延长毛管铺设长度或减小流量偏差率提高灌水均匀度,降低系统运行电费,减少轮灌组数,提高管道利用率。该研究可供滴灌产品研发、工程设计与运行管理者参考。     

以精准为目标的信息农业技术体系初探

简述了精准农业的内涵及关键技术,并探讨了国家、区域和县域3个层次的农业生产管理信息系统内容、建设规划及设想。     

基于无线传感器网络的精细农业智能节水灌溉系统(英）

在精细农业相关应用和理论研究基础上,自行设计用于监测农田水分含量和水层高度的无线传感器,构建农田水分无线传感器网络体系结构,设计基于水分无线传感器网络的智能节水灌溉控制系统,通过实时农田水分数据和农作物水分需求专家数据形成灌溉决策,由灌溉控制系统实施定量灌溉。实际应用表明,该系统体现出可行性和高效性,有利于精细农业的发展和水资源的可持续利用。     

Temporal and Spatial Stability of Soil Test Parameters Used in Precision Agriculture

Abstract

Variable‐rate technology provides crop producers with the opportunity to vary the crop and soil management practices. The objective of this study was to assess the temporal and spatial stability of nitrogen (N), phosphorus (P), potassium (K), zinc (Zn), pH, and soil organic matter (OM) for precision nutrient management. This study was conducted over three growing seasons on a continuous maize (Zea Mays L.) production field in northeastern Colorado, USA. Soil samples were collected using a soil sample grid size of 76.2 m×76.2 m. The field was classified into areas of low, medium, and high productivity potential management zones. Spatial statistical analysis was performed. Measured soil parameters varied significantly over space and time (p<0.01). Management zones were effective in identifying homogenous subregions within the field across time (p<0.01). The data suggest that management zones account for spatial and temporal variability for the various soil parameters evaluated in this study.     

精准农业技术体系的研究进展与展望

该文从精准农业四大技术环节农田信息获取、农田信息管理和分析、决策分析、决策的田间实施，分析和评述精准农业技术体系的现状和趋势，总结了精准农业的效果和推广现状，并对精准农业的发展方向进行了展望。     

国家级作物长势遥感监测业务系统设计与实现

作物长势监测是农情遥感监测的重要组成部分。为了建立稳定的作物长势监测业务系统,该文一方面选取NDVI时间序列提取的时空参数从不同侧面描述作物长势,建立作物长势监测的综合性模型,另一方面建立了一个覆盖全国主要农区、由200个县组成的地面调查网络,采集地面实况信息,并采用客户端/服务器（C/S）和浏览器/服务器（B/S）的混合结构开展系统设计,基于遥感和地面调查两个角度设计实现了国家级作物长势遥感监测业务系统,同时对由于作物种类和监测区域不同引起的长势评价标准不一致、模型定量化和业务系统架构仍需根据应用进一步分解完善等问题进行了讨论。以中国冬小麦主产区为例,进行了作物长势监测试验,取得较好的监测结果。目前该系统已在大尺度作物遥感监测中得到应用。     

智慧农业水田作物网络化精准灌溉系统设计

传统水田粗放型灌溉不仅对作物生长带来不利影响,而且不能够充分利用自然降水,在很大程度上造成了水资源的浪费。该研究设计了基于智慧农业技术的网络化水田作物精准灌溉系统。建立了通信节点最优部署模型、作物耗水预测模型、降水预测模型、最优化灌溉决策模型以及基于模糊控制理论的精准灌溉决策系统;提出了基于维诺图改进的飞蛾扑火优化算法（Voronoi Moth Flame Optimization,VI-MFO）的灌溉网络通信节点优化部署方法,以提升灌溉网络通信效率并降低通信能耗;最后,将水田状态信息及气象参数作为精准灌溉决策系统输入,经过系统决策,自适应控制水田灌溉设备进行精准灌溉。对江苏地区水稻田进行仿真,结果表明,所提出的智能灌溉系统与传统非智能决策系统相比,灌溉设备动作频次降低26.67%,灌溉量减少40.82%,排水量减少33.89%。所提出的智能灌溉决策系统节约了水资源。     

基于GPS和GIS的田间土壤特性空间变异性的研究

以一块面积约为13.3 hm²的冬小麦田为研究区,利用GPS接收机定位,按50 m×50 m设置网格,共取63个采样点,测定土壤表层(20 cm)内的土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾、容重、田间土壤含水率和电导率,研究麦田土壤特性的空间变异规律。采用传统统计学和地统计学相结合的方法对所取的数据进行了分析,利用Arcview3.2软件的空间分析功能,绘制了表达这些土壤特性随机性和结构性的半方差图和空间分布图。研究结果表明：所有土壤特性均服从正态分布;土壤容重具有弱变异强度,其它土壤特性具有中等变异强度;土壤有机质、全氮、碱解氮、速效钾和电导率具有很强的相关性,土壤容重、速效磷和含水率具有中等强度的空间相关性,土壤特性的相关距变化范围为246.8～426.8 m。该成果可为农田的定位施肥、灌溉以及其它的农田精细管理提供依据。     

农田土壤含水率监测的无线传感器网络系统设计

为解决传统土壤含水率监测中所存在的监测区域面积小、采样率低等问题,设计和开发了基于无线传感器网络技术的土壤含水率监测系统,包括10个传感器节点,1个簇首和1个基站节点,可按任意时间间隔全自动地采集、处理、传输和存储地表以下4个不同土层土壤含水率变化状况;各类节点采用TinyOS操作系统,节点间通信遵循ZigBee协议;含水率测量采用EC-5传感器;太阳能供电模块的供电能力满足传感器节点及簇首的能耗需求;进行了数据包传输率试验,10个传感器节点中有7个的数据包正确传输率高于90%,1个节点的数据包正确传输率为89.2%,2个节点的传输率低于70%。造成2个节点数据包传输率较低的主要原因是太阳能供电电路制作,通过更换电路板解决了该问题。试验结果表明,系统能够实现稳定的数据传输,适合农田土壤含水率的实时监测。