【正文】 式定點采樣測量的空間尺度一般為2－5畝1個采樣點，這種采樣密度通過數(shù)據(jù)處理建立的土壤參數(shù)空間分布圖還不可能較為精細、客觀地指導(dǎo)農(nóng)業(yè)機械實現(xiàn)定位處方農(nóng)作。圖1114 Veris 3100 機載土壤電導(dǎo)率測量部件支持“精細農(nóng)作”主要土壤參數(shù)快速測量技術(shù)的開發(fā)研究是當(dāng)今農(nóng)業(yè)工程科技創(chuàng)新的一個熱點。 土壤含水量快速采集傳感器技術(shù)，90年代以來有了快速發(fā)展，可以預(yù)期在技術(shù)與經(jīng)濟上得到較為滿意的解決。l l 利用NIR多光譜分析技術(shù)開發(fā)的土壤有機質(zhì)含量實時采集傳感器，在90年代中期已出現(xiàn)商品化產(chǎn)品。 基于新的物理原理如近紅外（NIR）多光譜分析技術(shù)，極化偏振激光技術(shù)、半導(dǎo)體多離子選擇場效應(yīng)晶體管（ISFET）的離子敏傳感技術(shù)等的土壤營養(yǎng)元素快速測定先進傳感器的研究已取得初步進展或研究成果，有的已可裝置在移動作業(yè)機上支持快速信息采集的試驗；l l 基于土壤理化分析原理的土壤溶液光電比色方法，開發(fā)智能化土壤主要營養(yǎng)元素快速測定儀，在我國已有若干實用化產(chǎn)品推廣應(yīng)用；l l90年代以來，圍繞精細農(nóng)作發(fā)展的需要，對土壤采樣測量新技術(shù)、新儀器和數(shù)據(jù)處理新方法已開展了許多研究，提出了一些新的采集土壤空間信息的技術(shù)思想和商品化產(chǎn)品開發(fā)成果，若干發(fā)展趨勢可列舉如下：l l迄今，對農(nóng)田土壤營養(yǎng)成分的檢測，基本上仍大多沿用實驗室化驗分析方法，耗資、費時，因而使農(nóng)田土壤柵格式采樣的空間尺度偏大、采樣點密度偏于稀疏，難于建立較為精細的土壤參數(shù)空間分布圖。它們除需要在施肥、播種或灌溉作業(yè)前進行基本數(shù)據(jù)的測量和空間分布圖生成外，還需要根據(jù)生長期需要，進行必要的抽樣測量，以適時調(diào)控投入。 時空變異性大的農(nóng)田土壤信息。l l有些數(shù)據(jù)，如土壤類型、土壤微量元素含量可以引用原有土壤普查數(shù)據(jù)作參考；與精細農(nóng)作處方?jīng)Q策緊密相關(guān)的參數(shù)如P、K、SOM含量，耕作層深度等，宜盡可能在技術(shù)、經(jīng)濟合理條件下采用較小空間尺度的標準柵格式定點采樣法獲取土樣，在實驗室進行分析或用適當(dāng)儀器進行實地測量。這些數(shù)據(jù)的采集可在“精細農(nóng)作”項目實施前，列為必要的基礎(chǔ)信息采集內(nèi)容。 相對穩(wěn)定、時空變異性小的土壤信息。這類信息，因其時空變異性，可分為兩大類：l l各公司都專門開發(fā)了結(jié)合自己產(chǎn)品的數(shù)據(jù)處理與小區(qū)產(chǎn)量分布圖生成軟件和配套的智能化虛擬電子顯示儀器，可直接在駕駛室內(nèi)向操作手及時顯示有關(guān)信息。收獲機上應(yīng)用的谷粒含水量測量，均按極板式電容傳感器原理設(shè)計。它們分別用于John Deere和 Case、AGCO Massey Ferguson、歐洲一些公司的精細農(nóng)作康拜因產(chǎn)品上。迄今，用于小麥、玉米、水稻、大豆等主要作物的流量傳感器已有通用化產(chǎn)品，其他如棉花、甜菜、馬鈴薯、甘蔗、牧草、水果等作物的產(chǎn)量傳感器近幾年已做了許多研究，有的已在試驗使用。例如，GPS接收機指示的天線位置動態(tài)數(shù)據(jù)與割臺收割作物的即時位置，按機器結(jié)構(gòu)不同而有空間上的差異，而谷物流量傳感器通常是安裝在脫粒、分選、清糧過程后的凈糧輸出部件上，要反映作物田間對應(yīng)位置的產(chǎn)量計量數(shù)據(jù)，需要考慮到收獲機的結(jié)構(gòu)尺寸內(nèi)物流工藝設(shè)計，作業(yè)速度等多種因素，通過建立數(shù)學(xué)模型來作出估計。這些原始數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字化后存入智能卡，再轉(zhuǎn)移到計算機上采用專用軟件做進一步處理。為此，需要在收獲機械上裝置DGPS衛(wèi)星定位接收機和收獲產(chǎn)品流量計量傳感器。2. 田間信息采集與處理技術(shù)：“精細農(nóng)作”實踐中，需要在較精細的空間尺度上，獲取農(nóng)田作物生產(chǎn)有關(guān)的空間分布信息，包括利用不同的傳感技術(shù)采集數(shù)據(jù)，采用適當(dāng)?shù)姆椒▽?shù)據(jù)進行處理，轉(zhuǎn)變?yōu)橐子诶斫夂屠玫目梢暬臻g分布圖形信息，這主要靠電子信息硬件與軟件技術(shù)的支持。大部分這類衛(wèi)星采集的全色圖象，空間分辯率將達1～3米，多光譜圖象分辯率預(yù)計可達3～15米，掃視區(qū)6～30 km。RS獲得的時間序列圖象，可顯示出由于農(nóng)田土壤和作物特性的空間反射光譜變異性，提供農(nóng)田作物生長的時空變異性的信息，在一季節(jié)中不同時間采集的圖象，可用于確定作物長勢和條件的變化。目前，由于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)尚達不到滿足“精細農(nóng)作”需求的空間分辨率，因而還未用于按小區(qū)進行作物生產(chǎn)的精細管理。同時尚需作些補充處理以使得圖層與其它數(shù)據(jù)層的地理位置相一致（圖1112）。一旦這種關(guān)系建立起來，就可以對大面積的條件進行推理。在精細農(nóng)作管理中不是直接測量土壤水份、植物冠層營養(yǎng)水平、籽粒與生物質(zhì)產(chǎn)量等信息，但可通過的多光譜測量技術(shù)推斷出結(jié)果。每一地物反射和輻射的電磁波波長及能量都與其本身的固有特性及狀態(tài)參數(shù)密切相關(guān)。它具有廣域、快速、可重復(fù)對同一地區(qū)獲取時間序列信息的特點。近30多年來，遙感技術(shù)在大面積農(nóng)業(yè)資源監(jiān)測、作物產(chǎn)量預(yù)測、農(nóng)情預(yù)報等方面作出了重要貢獻。(3). 遙感技術(shù)（Remote Sensing RS）是未來精細農(nóng)作技術(shù)體系中支持大面積快速獲得田間數(shù)據(jù)的重要工具。在形成農(nóng)業(yè)空間信息地理圖形時，采樣密度、采樣成本與信息處理的方法如何能更準確反映參數(shù)的空間分布和農(nóng)田空間信息快速采集先進傳感技術(shù)，仍然是尚待深入研究的課題。 目前，已有一批成熟先進的GIS軟件在市場銷售，國外軟件大多也具有漢化功能，用戶需要根據(jù)自己的應(yīng)用要求選擇合適的軟件和配置相應(yīng)的計算機硬件系統(tǒng)，并進行必要的應(yīng)用軟件開發(fā)以適應(yīng)自己的應(yīng)用要求。地理信息系統(tǒng)軟件具有多種強大的數(shù)據(jù)處理功能供用戶選用，當(dāng)繪制產(chǎn)量圖時，每秒均有一組數(shù)據(jù)產(chǎn)生，這些數(shù)據(jù)先以柵格格式存儲，產(chǎn)量分布圖的生成常用平滑技術(shù)和數(shù)據(jù)聚類分析處理后顯示矢量型數(shù)據(jù)圖形；當(dāng)建立基于采樣點離散程度大的田間屬性數(shù)據(jù)圖形時，如：土壤采樣數(shù)據(jù)，則需采用基于鄰域數(shù)據(jù)相關(guān)程度來估計未知值的方法即插值法來處理，用戶需要根據(jù)不同情況選擇適用的處理方法。GIS表達地理空間信息采用柵格型和矢量型兩種不同數(shù)據(jù)格式，在精細農(nóng)作實踐中，原始采集的數(shù)據(jù)常用柵格式采集和存儲，速度快；通過數(shù)據(jù)處理后形成的矢量型數(shù)據(jù)圖形利于直觀顯示。GIS數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，可以隨時提取或處理相關(guān)信息，以不同方式或顏色直觀地顯示在有地理坐標的地理圖形上，也可以對這些信息進行不同方式的處理，輸出統(tǒng)計處理結(jié)果等。這種地理參考數(shù)據(jù)，不但包括屬性數(shù)據(jù)，還包括這些屬性數(shù)據(jù)所在的地理空間位置數(shù)據(jù)。它將納入作物栽培管理輔助決策支持系統(tǒng)，與作物生產(chǎn)管理與長勢預(yù)測模擬模型、投入產(chǎn)出分析模擬模型和智能化作物管理專家系統(tǒng)一起，并在決策者的參與下根據(jù)產(chǎn)量的空間差異性，分析原因、作出診斷、提出科學(xué)處方，落實到GIS支持下形成田間作物管理處方圖，分區(qū)指導(dǎo)對農(nóng)業(yè)機械或農(nóng)藝操作的科學(xué)調(diào)控。在“精細農(nóng)作”技術(shù)體系中，GIS主要用于建立農(nóng)田土地管理，土壤數(shù)據(jù)、自然條件、作物苗情、病蟲草害發(fā)生發(fā)展趨勢、作物產(chǎn)量等的空間信息數(shù)據(jù)庫和進行空間信息的地理統(tǒng)計處理、圖形轉(zhuǎn)換與表達等，為分析差異性和實施調(diào)控提供處方?jīng)Q策方案。GIS從外部看，它表現(xiàn)為計算機軟硬件系統(tǒng)，而其內(nèi)涵確是由計算機程序和地理數(shù)據(jù)組織而成的地理空間信息模型。GIS是以帶有地理坐標特征的地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)(GIS—Geographical Information System) GIS是一個用于輸入、存儲、檢索、分析、處理和表達地理空間數(shù)據(jù)的計算機軟件平臺。為“精細農(nóng)作”或其它農(nóng)業(yè)應(yīng)用選購GPS產(chǎn)品，需要有明確的應(yīng)用目標和必要的知識支持，注意主機與附件的合理配置，避免盲目性帶來的損失。具有農(nóng)機田間導(dǎo)航、定點采樣、背負式巡田定位信息采集與測量，攜式專用掌上型定位數(shù)據(jù)采集器，適于與多種設(shè)備和主要農(nóng)機廠商產(chǎn)品聯(lián)接的專用信號電纜等附件，可供用于配置實用系統(tǒng)時進行選擇。目前國外已有許多著名GPS公司進入中國市場。適合于尚缺乏公用差分信號服務(wù)的地區(qū)。我國大部分地區(qū)將可能獲得國外提供的這種收費服務(wù)，但GPS接收機需具備相應(yīng)的功能和有待在我國建立起相應(yīng)的服務(wù)機制。我國在東南部沿海建立的20個信標臺，可提供的服務(wù)半徑約150～250公里。根據(jù)上述兩種提供差分校正數(shù)據(jù)信息的方式，可區(qū)分為后處理差分系統(tǒng)和實時動態(tài)差分系統(tǒng)兩類。 差分式全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（DGPS）的建立原理，是在地面已經(jīng)標定的地理位置上設(shè)置一個帶有基站信號處理軟件和廣播誤差校正信號能力的GPS接收機，該接收機既直接接受衛(wèi)星定位信號確定自己帶有誤差的位置信息，又與其真實所在地理位置坐標相比較，計算出GPS接收機的X、Y、Z位置誤差校正信息，按時間序列存儲記錄下來或通過廣播天線實時發(fā)射出去, 為周圍的移動接收機接收，使移動接收機自動修正自己的定位信息。當(dāng)GPS衛(wèi)星信號通過電離層和大氣層傳輸時，會受到干擾和時間延遲，產(chǎn)生定位誤差。例如圖1110所示，當(dāng)你測得與某一個衛(wèi)星的距離，你在宇宙空間中的位置一定是在以衛(wèi)星為參考點（圓心）, 以距離為半徑的球面上（圖1110 a）；當(dāng)你同時測得與某兩個衛(wèi)星的距離，你一定是在這兩球面相切的圓形軌跡上（圖1110 b）；當(dāng)你同時測得與某三個衛(wèi)星的距離，你一定是在三個球面相切的兩個交點位置上（圖1110 c），其中一個一定是在近地表面，另一個在遠離地面的太空中。 用戶接收機測量衛(wèi)星發(fā)出的無線電編碼信號到達接收機的傳輸時間，利用：T（傳輸時間）180。 每一衛(wèi)星在空間的軌道位置信息是由地面監(jiān)控中心監(jiān)控而精確知道的，它們作為用戶用三角測量法測定自己在地面上的位置的基準參考點；l l其定位概念可作如下理解：l l空間衛(wèi)星的布局，可以保證在地球表面任何地方、任何時間和任何氣象條件下，接收機均可至少獲得其中4顆以上衛(wèi)星發(fā)出的定位定時信號。GPS衛(wèi)星，是一組能發(fā)射精確的衛(wèi)星軌道參數(shù)和時鐘信號，在2萬余公里高空環(huán)繞地球運轉(zhuǎn)的軌道衛(wèi)星系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)由包括24顆地球衛(wèi)星組成的空間部分，由地面控制站和一組地面監(jiān)測站組成的地面監(jiān)控部分和用戶接收機三個主要部分組成。特別是如何根據(jù)我國國情開展精細農(nóng)業(yè)的實踐研究，也是我國農(nóng)業(yè)工程師面向21世紀進行技術(shù)創(chuàng)新研究的良好機遇。由于農(nóng)業(yè)活動涉及到農(nóng)、林、牧，種、養(yǎng)、加，產(chǎn)、供、銷等的廣闊領(lǐng)域，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對自然與生物資源的利用和調(diào)控環(huán)境的能力將日益精細化，從而將導(dǎo)至傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)經(jīng)營技術(shù)思想的革命，將“精細農(nóng)作”的技術(shù)思想，擴展到精細園藝、精細養(yǎng)殖、精細加工（產(chǎn)前、產(chǎn)后）….等更為寬 廣的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，發(fā)展基于信息和知識的“精細農(nóng)業(yè)”技術(shù)體系。圖119 是AGCO MF公司提供的“精細農(nóng)作”技術(shù)體系示意圖。據(jù)測算：采用精細農(nóng)業(yè)技術(shù)，可以節(jié)約30%以上的肥料和農(nóng)藥，可使作物生產(chǎn)成本降低20%以上。這一技術(shù)的早期研究與實踐，在發(fā)達國家始于80年代初期從事作物栽培、土壤肥力、作物病蟲草害管理的農(nóng)學(xué)家在進行作物栽培模擬模型，作物管理與植保專家系統(tǒng)應(yīng)用研究與實踐中進一步揭示的農(nóng)田內(nèi)小區(qū)作物產(chǎn)量和生長環(huán)境條件的明顯時空差異性，從而提出對作物栽培管理實施定位、按需變量投入，或稱“處方農(nóng)作”而發(fā)展起來的；在農(nóng)業(yè)機械工程領(lǐng)域，自70年代中期微電子技術(shù)迅速實用化而推動的農(nóng)業(yè)機械裝備的機電一體化、智能化監(jiān)控技術(shù)，農(nóng)田信息智能化采集與處理技術(shù)研究的發(fā)展，加上80年代中期后各發(fā)達國家對農(nóng)業(yè)經(jīng)營中必需兼顧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力、資源、環(huán)境問題的廣泛關(guān)切和有效利用農(nóng)業(yè)投入、節(jié)約成本、提高農(nóng)業(yè)利潤、提高農(nóng)產(chǎn)品市場競爭力和減少環(huán)境后果的迫切需求，為“精細農(nóng)業(yè)”技術(shù)體系的形成準備了條件。已經(jīng)積累起來的經(jīng)驗和應(yīng)用技術(shù)發(fā)展趨勢，為實現(xiàn)基于信息和知識的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)精細經(jīng)營和作物生產(chǎn)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展提供了廣闊的