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[摘 要]精准农业是一套基于空间信息管理和变异分析的现代农业操作系统.精准农业的核心思想就是根据土壤性状和作物生长状况的空间差异,调节对作物的投入,即一方面对耕地和作物进行定量的实时诊断,充分了解大田生产能力的空间差异；另一方面则以平衡地力提高产量为前提,实施定位、定量的精确田间管理,从而实现高效利用各类农业资源和改善环境这一可持续发展目标.
[关 键 词]精准农业；农业发展；变量施肥
1、变量施肥系统的组成及作用
变量施肥系统由全球定位系统（GPS）、机器控制系统、变量施肥专家系统、以GIS为核心的农田信息管理系统、拖拉机——播种机施肥机等组成.当拖拉机在田间行驶时,通过GPS获取准确位置信息,进行操作单元的识别,以操作单元名称访问施肥数据卡,读取当前操作单元施肥量,通过控制系统控制施肥量,从而实现自动变量施肥.
1.1全球定位系统（GPS）
全球定位系统（GPS）在精准农业中能够实施施肥机械作业的动态定位,即根据管理信息系统发出的指令,实施田间的精确定位.按照参考点的不同,GPS接收方式可分为单点定位和差分定位.动态差分定位过程中,采用测码伪距观测量进行相对定位,卫星轨道偏差、卫星钟差、大气折射等误差有效减弱,加上载波相位平滑技术可以达到分米级的定位精度,因此可作为农业应用的首选方案.在差分定位中需要设定基站的基准点,该基准点应使用已知定位点的大地坐标,也可以利用基站GPS经过一定时间的定位数据采集与统计处理后确定的基站地理坐标作为参考点.
一般的GPS接收机都提供了向计算机串口发送NMEA格式数据的功能.Trimble公司的AgGPS132型GPS接收机发送的是NMEA-0183格式.这个版本的NMEA能提供18种不同的数据.分析这些数据,就能获得农机作业所需的全部信息.
1.2地理信息系统（GIS）.GIS用于生成农田电子地图、采样导航、施肥决策及管理土壤和产量信息.变量施肥系统是基于GIS的应用型软件.它是采用集成二次开发,以通用编程软件、面向对象的可视化编程工具（如VC、VB等）为开发平台,利用GIS工具软件实现GIS的基本功能.既可以充分利用可视化软件开发工具的高效方便的编程功能,实现各种专用的复杂的分析方法,又充分利用了GIS工具软件完备的空间数据可视化分析处理功能,大大提高了应用系统的开发效率,现已成为应用型GIS开发的主流.
1.3变量施肥专家系统
变量施肥专家系统的建立,是对采样、测土获得的土壤有机质、N、P、K等进行施肥决策,获得每个操作单元的施肥量；是从实施精准农业自动变量施肥作业的实际需求出发,应首先建立关于田间土壤信息、施肥情况、作物产量等地理信息图层,然后进行专题分析与施肥决策.变量施肥专家系统应具备以下功能：数据的录入功能、数据的维护和更新功能、数据的查询和检索功能及统计功能等.
2.国内外研究的进展
2.1国内的研究进展.吉林大学的吴才聪等完成了精准农业田块网格的划分,为自动变量施肥的网格识别提供保证.北京农业技术信息研究中心提出了基于多维空间变异分析的自适应农艺处方单元策略,对精准农业技术体系中自动确定最佳农艺处方单元大小提出了简便的解决方法；建立了精准农业智能决策支持平台,可以为用户播种、施肥等实现精确管理提供技术支持.浙江大学的何勇等建立了精准农业研究和开发的信息处理系统.
2.2国外的研究进展.近年来,世界上许多发达国家已经开展了精准农业的示范研究.在实现精准农业变量施肥技术研究方面,国外已取得部分研究成果.C.Yang,J.H.Everitt和J.M.Bradford对变量施用液态N肥和P肥做了研究,得出应用变量施肥技术可以减少产量变化的差异,提高产量和增加回报.C.R.Camp和E.J.Sadler等研究开发了一个数字控制计量装置,用于水的灌溉和化学药剂的喷洒作业.D.K.Morris和D.R.Ess等研究开发了一个装备GPS的液态有机肥施用系统,该系统以开/关的形式控制肥料的使用,能够实现在水井、路障、河流等处控制不施肥,在耕作土地上控制施肥.
3、精准农业的含义精准农业的含义是根据作物生长的土壤性状,调节对作物的投入,即一方面确定农作物的生产目标,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,另一方面查清田块内部的生产力空间变异与土壤性状,以最少的或最节省的投入达到同等收入或更高的收入,并改善环境,高效地利用各类农业资源,取得环境效益和经济效益.
4.精准农业的效益
玉米收获后,通过对代表性网格的土壤0-90cm剖面无机氮残留量的测定,评价精准施肥的生态效应.具体方法如下：
4.1土样采集.用土钻分层取土壤剖面0-90cm土样,以30cm为一层,即0-30cm、30-60cm、60-90cm共三层,每网格取4到5点,同一层土样混合,然后将采集的新鲜土样储藏在冰盒内带回,在实验室过4-5mm筛子混匀备用.
4.2将混匀后的土壤样品称取12.00g,加入100ml0.01mol/L的CaCl2浸提液,振荡30分钟（180转/分）,过滤,冷冻,同时取15.00g的土样测定土壤含水量.
4.3将滤液上流动分析仪（TRAAS-2000）测定,土壤样浸提的同时测土壤含水量.
目前,对具有代表性的50个网格进行土样采集,同时对农民习惯施肥的农田进行土样采集,合计300多份土样,数据正在测定当中.