维普资讯 http://www.cqvip.com 山西农业科学２００６，３４（２）：１５～１７ Ｊｏｕｒｎａｌ ｃ 。Ｓｈａｎｘｉ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ３Ｓ技术在农业中的应用 程明华，陈建平 （中国地质大学．北京１０００８３） 摘要：精准农业是在信息技术发展的基础上．以地理信息系统（ＧＩＳ）、全球定位系统（ＧＰＳ）、遥感技术（ＲＳ） 和计算机自动控制技术为核心技术引发的一场新农业技术革命，将对我国农业技术的发展产生重大影响。 因此，应在充分了解国际精准农业发展的理论基础和技术原则的基础上，结合我国具体情况，研究发展适合 我国国情的精准农业技术体系。 关键词：３Ｓ技术；精准农业：ＧＩＳ；ＲＳ；ＧＰＳ 中围分类号：Ｓ１２６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—２４８１（２００６）０２—００１５ ０３ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ３Ｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｉｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ＣＨＥＮＧ Ｍｉｎｇ—ｈｕａ。ＣＨＥＮ Ｊｉａｎ—ｐｉｎｇ （Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓＢｅｉｊｉｎｇ，ＢｅＯｉｎｇ １０００８３．Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ｉｎｃｌｕｄｅ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓ－ ｔｅｒｎ（ＧＩＳ）。Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ（ＲＳ）．Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ（ＧＰＳ）ａｎｄ ｖａｒｉａｂｌｅ ｒａｔｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｉｔｓ １９ｏ－ ｔｅｎｔｉａｌ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ｃａｎ ｎｏｔ ｂｅ ｉｇｎｏｒｅｄ．Ｉｔ ｉｓ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｏｆ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ｔＯ ｂｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｃａｒｅｆｕｌｌｙ。ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｇｒｉ－ ｃｕｌｔｕｒｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ Ｃｈｉｎａ。ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｌｏｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：３Ｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ；Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ：ＧＩＳ；ＲＳ；ＧＰＳ 所谓３Ｓ技术就是全球定位系统（ＧＰＳ）、遥感 对作物的投入，即一方面查清田块内部的土壤性 状与生产力空间变异，另一方面确定农作物的生 技术（ＲＳ）和地理信息系统（ＧＩＳ）３项技术的融合 与应用＿ｌ Ｊ。３Ｓ技术既可以在工业、农业、国防、交 产目标，进行定位的“系统诊断、优化配方、技术组 装、科学管理”，调动土壤生产力，以最少的或最节 省的投入达到同等收入或更高的收入，并改善环 通和环保等领域单独应用，也可以以此３项技术 为基础，与其他高新技术（如计算机技术、网络技 术和通讯技术等）有机结合而形成新的综合技朱。 ３Ｓ技术常常集成为一个综合的应用系统，利用 ＧＰＳ进行实时定位，ＲＳ进行数据采集更新，ＧＩＳ 境，高效地利用各类农业资源．取得经济效益和环 境效益。精准农业的特点是应用地理信息系统将 已有的土壤和作物信息资料整理分析，作为属性 数据，并与矢量化地图数据一起制成具有实效性 和可操作性的田间管理信息系统ｌ４ Ｊ。在此基础 上，通过ＧＩＳ，ＲＳ，ＧＰＳ和自动化控制技术的应 进行空间分析和综合处理 。３ｓ技术是农业进 行抽样调查，获取作物生长各种影响因素信息（如 土壤结构、含水量、地形、病虫害等）的主要技术手 段之一，它在农业中已经得到了广泛应用，其中尤 以精准农业为代表 Ｊ。 精准农业是当今世界农业发展的新潮流，是 用，按照田间每一操作单元（位点）上的具体条件， 相应调整投入物资的施入量，达到减少浪费、增加 收入和保护农业资源和环境质量的目的。 由信息技术支持的、根据空间变异定位、定时、定 量地实施一整套现代化农事操作技术与管理的系 统，其基本涵义是根据作物生长的土壤性状，调节 １ 精准农业系统体系结构 １．１ 全球定位系统（ＧＰＳ） －收稿日期：２００５—１２—０８ 作者简介：程明 （１９８４一）、女．【Ｉｌ 长治人、本科生．主螫从事（；ＩＳ农业城月Ｊ研究。 ｌ５ 维普资讯 http://www.cqvip.com 山西农业科学２００６年３４卷第２期 精准农业广泛采用了ＧＩ Ｓ系统用于信息获 取和实施准确定位。为了提高精度。广泛采用了 ＤＧＰＳ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）技 术，即所谓“差分校正全球卫星定位技术”。它的 特点是定位精度高，根据不同的目的可自由选择 不同精度的ＧＰＳ系统。具体在农业上用于田间 作业机具的准确定位。在翻耕机、播种机、日］间取 样机、收割机等机具上安装上ＧＩ，Ｓ接受器，使操 作人员可以接计算机上ＧＩＳ操作指示图进行定 点作业ｌ＿４ Ｊ。 １．２地理信息系统（ＧＩＳ Ｊ 地理信息系统是一种在计算机软硬件支持下 的空间数据输入、存储、检索、运算、显示、更新和 综合分析的技术系统。它的主要用途是对地图的 编辑和绘制，建立图形的拓朴关系并存储管理有 关的图形数据（空间数据）和非图形属性数据（属 性数据），最后提供基于空间信息的查询、监控和 分析功能。每一种信息可以组成一个ＧＩＳ图层。 不同图层的信息资料也可以通过分析组合形成新 的图层。精准农业离不开ＧＩＳ的技术支持，它是 构成农作物精准管理空间信息数据库的有力工 具。 １．３遥感系统（ＲＳ） 遥感技术（Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ）属于非接触性传 感技术。指的是从不同高度的平台上使用不同的 传感器，收集地球表层各类地物的电磁波信息，并 对这些信息进行分析处理，提取各类地物特征．以 探求和识别各类地物的综合技术。它是精准农业 田间信息获取的关键技术，通过不同波段的反射 光谱分析。可提供农田小区内作物生长环境、生长 状况，并能实时地反馈到计算机中，帮助了解地块 内土壤和作物的空间变异情况，以便进行科学管 理和决策。 正是３Ｓ技术和计算机控制技术的快速发展， 极大地促进了精准农业在世界范围内的广泛研究 和应用。ＧＰＳ为ＧＩＳ的快速定位和更新提供手 段，遥感技术的多谱段、多实相、多传感器和多分 辨率的特点为（；ＩＳ不断提供原始信息，反过来义 可利片ｊ ＧＩＳ支持从遥感数据中自动提取需要的 专业信息。ＧＩＳ进行内业处理工作，为ＲＳ和 （ Ｓ的运用提供决策支持，并对目标和环境的变 化趋势进行预测和描述 Ｊ。 目前，精准农业已涉及到施肥、植物保护、精 最播种、耕作和水分管理等各有关领域。在我国 实施精准农业，一方面可以显著提高土肥水资源 １６ 的利用效率，减少环境污染，提高农产品质量，降 低农业生产成本和增加农民收人，同时，精准农业 的系列化、机械化操作可以促进我国农业机械化 的进程，解放农村劳动力，还可以跨越农民科学技 术水平低的限制，使农业以比较快的速度进入现 代化的行列。但是，精准农业是在发达国家大规 模经营和机械化操作条件下发展形成的技术体 系，尽管我国农业生产正在推进适度规模经营的 进程，但党的“十五”大决定我国农村土地承包期 再延长３０年，决定了我国农村分散经营的状况在 近期内不可能有大的改变。然而，精准农业中建 立管理信息系统。因地制宜调整投入物资施用量 的原则适用于任何经营管理体系，只要我们在充 分了解精准农业的原则和有关技术原理的基础 上，结合我国国情，便可研究出适合我国情况的精 准农业技术体系。 ２ ３Ｓ技术在土壤养分管理中的应 用 ２．１ 基于ＧＩＳ的土壤性状数据库建设 精准农业的实质是应用３Ｓ技术的现代数字 化和智能技术表达农田条件和作物状况的复杂空 间变异，并实时实地地做出操作处理，而这种农田 条件的空间变异性是以土壤为基础的。应用ＧＩＳ 系统，可以将土壤边界、土壤类型、地形地貌、排灌 水系统、历年的土壤测试结果、化肥和农药等使用 情况以及历年产量结果做成各自的ＧＩＳ图层管 理起来 Ｊ。通过历年的产量图分析，可以看出田 间产量变异情况，找出低产区域。然后通过产量 图与其他相关因素图层的比较分析。找出影响产 量的主要限制因素，在此基础上，制定出该地块的 优化管理信息系统，用于指导当年的播种、施肥、 除草、防治病虫害、中耕、灌水等管理措施。同时， 当前的各项管理措施又作为一个新的ＧＩＳ图层 储存起来，用于下一季作物管理的决策参考。 ２．２ 实时遥感信息解译技术研究 遥感信息是获得作物生长情况最实时、最有 效的方法之一。在精准农业中，遥感信息用于作 物病虫害防治、作物追肥等具有很大潜力。但是， 目前所用的地球资源卫星数据，由于其地面分辨 率为２５～３０ｍ，对作物施肥来讲，似乎有点太粗。 所以，以施肥为目的的遥感信息最好是航模遥感、 航空遥感或其他形式的近地面遥感。同时，遥感 信息的解译也是精准农业重要的研究『上】容，主要 是根据作物长势、叶色等判断土壤养分状况，结合 维普资讯 http://www.cqvip.com 程明华等：３Ｓ技术在农业中的应用 土壤养分的测定，用于施肥决策 Ｊ。该方法比用 纯粹的土壤养分测定方法实时且费用也低。 ２．３精准农业中数字信息的处理与接口技术研 究 综合信息。并可分析出土壤各种因子的相互作用 与相互影响。从中可发现它们之间的关系，如土壤 养分与作物产量的关系；将土壤类型、地形、作物 覆盖数据进行叠加，建立三者在空间上的联系，可 以分析出土壤类型、地形、作物覆盖之间的关系； 将地形坡度、坡向、土壤养分、土壤类型、土地利用 在精准农业中，为了获得数字信息，并将这些 信息进行处理，最后转化为能控制变量机械的信 号，需要经过一系列的信息流及接口技术，如 类型等数据进行叠加分析，结合土壤质量评价模 ＧＰＳ与ＧＩＳ的联接与传输、ＧＰＳ与作物产量取样 器及土壤采样器信号的叠加处理与传输、控制信 号的形成与传输等，这些都是精准农业需要解决 的问题。 ３ 应用ＧＩＳ技术进行土壤养分管理 的步骤 我国是一个农业大国，而农业的现状是：化肥 使用不合理造成肥料利用率降低，农产品质量低 下，土壤退化，环境污染，这严重影响了农业和农 村经济的持续发展。ＧＩＳ在土壤养分管理方面发 挥着巨大的作用。利用ＧＩＳ研究某地的土壤养 分管理，步骤如下。 ３．１土壤空间数据的采集 在ＧＩＳ和相关技术的支持下，可以快速取得 有关土壤及其影响因素等一系列基础空间信息， 如地形、土地利用、作物、土壤肥力等，这些信息是 进行土壤空间分析与评估的基础。在土壤空间分 析中，需要优先考虑的主要是土壤有机质、全氮、 全磷、速效氮、速效磷、速效钾、ｐＨ值、土壤重金属 含量、土壤含水量、土壤压实、耕作层深度等土壤 属性，也要考虑到作物病虫害及作物苗情等信息。 ３．２土壤空间数据的分析 通过ＧＩＳ提供的空间分析功能，可以从已知 的土壤数据中得出重要的结果，这对于土壤养分 的管理是十分重要的。地理信息系统与传统地图 相比，其优点是通过ＧＩＳ提供的叠加分析功能， 将土壤不同的数据组合在一起，形成新的数据集， 能够很快地将各种要素组合在一起，产生出新的 型，可以产生土壤质量图。 ３．３土壤空间信息查询与制图 土壤空间信息查询有空间定位查询，如对某 种土壤类型的空间分布位置进行查询；空间关系 查询，如与某种土壤类型相邻的土壤类型，某一行 政区域包括的土壤类型、沿河流域分布的土壤类 型等。 ＧＩＳ具有很强的制图功能，可以编绘出所需 要的各种要素的专题地图，如土壤肥力图、土壤评 级图、土壤类型图、土地利用图及其他一些专题地 图，以及一系列社会经济指标统计图等。在可视 化方面，这些专题图可以叠加在三维ＤＥＭ上显 示，可以直观地看出不同高程的土壤等级分布及 Ｎ，Ｐ，Ｋ的分布，土壤类型的分布等，据此可进行 多种专题图的重叠而获得土壤综合信息。同时， 可利用ＲＳ的实时信息，对土壤空间信息进行动 态的监测，及时调整和更新各种地图。 参考文献： ［１］王人潮，史舟．农业信息科学与农业信息技术［Ｍ］．北京： 中国农业出版社．２００２． ［２］杨大志，史舟．３Ｓ技术在农产品安全调查中的应用［Ｊ］．浙 江农业科学．２００５．２（１）：８４—８８． 【３］杨敏．赵存生．３Ｓ技术在精细农业发展中的应用［ｊ］．河北 农业大学学报．２００２．２５（４）：２４１—２４３． ［４］ 金继远．精准农业及其在我圃的应用前景ｆ Ｊ］．植物营养与 肥料学报，１９９８，４（１）：１—７． ［５］ 王宏庭，金继远．农业养分资豫管理的研究进展［Ｊ］．山西农 业科学．２００５，３３（１）：６８—７２． ［６］自由路．我国精准农业的技术体系与研究领域【Ｊ］．中国农 业科学，２０００，３３（６）：６７—７２．