張福增

（安丘市石埠子鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)服務(wù)中心，山東　安丘　262100）

作物精確栽培技術(shù)的構(gòu)建及實(shí)現(xiàn)

張福增

（安丘市石埠子鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)服務(wù)中心，山東安丘262100）

作物精確栽培技術(shù)，其基礎(chǔ)是現(xiàn)代作物栽培學(xué)，交叉融入了新興的學(xué)科領(lǐng)域，并朝著定量化與智能化的方向逐步發(fā)展?；诖?，闡述作物精確栽培的內(nèi)涵，分析定量栽培方案的設(shè)計(jì)、生長(zhǎng)指標(biāo)的光譜監(jiān)測(cè)診斷、作物生長(zhǎng)的模擬預(yù)測(cè)幾個(gè)方面，探討如何構(gòu)建作物的精確栽培技術(shù)。

農(nóng)作物；精確栽培；方案設(shè)計(jì)；監(jiān)測(cè)診斷；模擬預(yù)測(cè)

1　作物精確栽培的內(nèi)涵

隨著農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代作物栽培學(xué)也取得了較大的進(jìn)步，并開始與眾多的新興學(xué)科領(lǐng)域相互交叉融合，逐步朝著定量化與智能化的方向轉(zhuǎn)變。在作物栽培學(xué)中，運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)和信息技術(shù)，能夠?qū)υ耘嗟膶?duì)象及過(guò)程，實(shí)施數(shù)字化的監(jiān)控與管理。從栽培方案的設(shè)計(jì)，到生長(zhǎng)指標(biāo)的診斷，再到產(chǎn)量品質(zhì)的預(yù)測(cè)，都能夠?qū)崿F(xiàn)精確的定量化。所涉及的學(xué)科領(lǐng)域也較為廣泛，包括農(nóng)學(xué)、生態(tài)學(xué)、土壤學(xué)等農(nóng)業(yè)類學(xué)科，以及管理學(xué)、系統(tǒng)學(xué)、信息學(xué)等新興學(xué)科。作物的精確栽培，不僅能夠改善常規(guī)的作物栽培模式，更有助于提高作物生產(chǎn)管理的科學(xué)化與精確化水平，提升作物栽培學(xué)的發(fā)展水平。

2　定量栽培方案的設(shè)計(jì)

近年來(lái)，農(nóng)業(yè)信息技術(shù)取得了快速的發(fā)展，積累了豐富的作物栽培知識(shí)。系統(tǒng)建模技術(shù)，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于作物栽培學(xué)研究中，形成了較為成熟的生產(chǎn)管理專家系統(tǒng)。其不僅具備綜合的知識(shí)體系，在推理決策方面還有一定的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了由經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)規(guī)則向數(shù)字化知識(shí)模型的跨越。將作物栽培管理知識(shí)體系進(jìn)行定量表達(dá)，通過(guò)借助于基本的創(chuàng)建模型，能夠設(shè)計(jì)合理的作物栽培方案，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)作物的精確栽培［1］。

2.1技術(shù)原理

作物的各項(xiàng)生育指標(biāo)與栽培技術(shù)指標(biāo)，有著其自身的地域性特征以及季節(jié)性變化規(guī)律。需要運(yùn)用系統(tǒng)分析的原理，對(duì)其進(jìn)行全面綜合的解析。通過(guò)尋找其內(nèi)在的定量化函數(shù)關(guān)系，構(gòu)建數(shù)字化的作物栽培管理知識(shí)模型，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)生長(zhǎng)調(diào)控指標(biāo)的定量設(shè)計(jì)。究其算法原理來(lái)說(shuō)，一方面基于平均產(chǎn)量和增產(chǎn)系數(shù)，另一方面要考慮基因型與環(huán)境的適合度，以確定合理的產(chǎn)量目標(biāo)設(shè)計(jì)，選取適宜的品種，從而實(shí)現(xiàn)栽培方案的精確設(shè)計(jì)。

2.2方案設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用

作物管理知識(shí)模型的算法，需要在計(jì)算機(jī)環(huán)境中映射，并結(jié)合組件化程序設(shè)計(jì)思想與GIS技術(shù)，以開發(fā)出適用的管理決策支持系統(tǒng)，如單機(jī)版、PDA、網(wǎng)絡(luò)版等版本。同時(shí)，根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂颉⑼寥赖鹊木唧w情況，運(yùn)用精確管理決策功能，由點(diǎn)到面地進(jìn)行生態(tài)分區(qū)與生產(chǎn)分類，以按需投入為準(zhǔn)則，確定精細(xì)化的栽培管理方案［2］。由于具有動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的功能，能夠在不同的情景條件下，自動(dòng)生成相匹配的栽培管理方案。其不僅動(dòng)態(tài)決策能力強(qiáng)，而且精確管理效果好。在作物生產(chǎn)實(shí)踐中，有著十分顯著的適用性和指導(dǎo)性作用。

3　生長(zhǎng)指標(biāo)的光譜監(jiān)測(cè)診斷

3.1技術(shù)原理

作物在不同的生長(zhǎng)參數(shù)下，對(duì)于不同的光譜波段，有著不同的吸收、反射或透射規(guī)律特征。實(shí)施光譜監(jiān)測(cè)與診斷，是根據(jù)傳感器快速、無(wú)損的工作原理，獲取相關(guān)的特征光譜信息，以對(duì)作物生長(zhǎng)指標(biāo)狀態(tài)進(jìn)行解析判斷。通過(guò)定量反演，實(shí)現(xiàn)對(duì)作物生長(zhǎng)參數(shù)的快速診斷。在不同的條件下進(jìn)行試驗(yàn)研究，來(lái)自于作物冠層及葉片的光譜信息，可以通過(guò)傳感器獲取。作物的生長(zhǎng)指標(biāo)與反射光譜特征之間，存在著一定的機(jī)理性關(guān)系。在生長(zhǎng)指標(biāo)中一些較為敏感的核心波段，有其對(duì)應(yīng)的光譜參數(shù)，從而建立定量反演模型。參照優(yōu)化設(shè)計(jì)的適宜指標(biāo)，與作物的實(shí)時(shí)生長(zhǎng)指標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的診斷與調(diào)控，保證作物處于更佳的生長(zhǎng)狀態(tài)。

3.2應(yīng)用實(shí)踐

隨著光譜遙感技術(shù)的迅猛發(fā)展，多光譜、高光譜分辨技術(shù)開始出現(xiàn)，為農(nóng)作物生長(zhǎng)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)診斷，提供了重要的技術(shù)支持。尤其是高光譜分辨率技術(shù)，能夠?qū)Υ蠓秶淖魑锷L(zhǎng)信息，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、快速、無(wú)損的監(jiān)測(cè)與診斷，從而達(dá)到精確栽培管理的效果。作物的主要生長(zhǎng)指標(biāo)，包括生物量、葉面積指數(shù)、葉片含氮量與氮積累量。對(duì)其光譜參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)研究，能夠構(gòu)建與主要生長(zhǎng)參數(shù)相匹配的調(diào)控模型及監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)［3］。因此，對(duì)作物生長(zhǎng)指標(biāo)實(shí)施光譜診斷，能夠?qū)崟r(shí)診斷作物生長(zhǎng)狀況，對(duì)后期肥水調(diào)控實(shí)施精確指導(dǎo)，有助于提高作物生產(chǎn)管理水平，促進(jìn)精確栽培技術(shù)的發(fā)展。

4　作物生長(zhǎng)的模擬預(yù)測(cè)

對(duì)作物的生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行模擬，其主線是作物的生理生態(tài)過(guò)程，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)等因素，構(gòu)建作物階段發(fā)育的各種模型，解釋性和預(yù)測(cè)性較強(qiáng)。其有助于了解作物生長(zhǎng)發(fā)育的規(guī)律，對(duì)技術(shù)措施與遺傳潛力、環(huán)境效應(yīng)之間的因果關(guān)系，實(shí)施定量、綜合的分析。同時(shí)，對(duì)產(chǎn)量、品質(zhì)形成的過(guò)程進(jìn)行機(jī)理性和預(yù)測(cè)性動(dòng)態(tài)模擬，有著極佳的機(jī)理性和預(yù)測(cè)性效果，量化物生長(zhǎng)的分析與管理。構(gòu)建模擬與管理決策支持系統(tǒng)，能夠在不同的技術(shù)、品種與環(huán)境條件下，實(shí)現(xiàn)對(duì)作物生長(zhǎng)過(guò)程的可靠性預(yù)測(cè)。從而對(duì)不同條件下的作物生長(zhǎng)狀態(tài)進(jìn)行定量分析，評(píng)價(jià)各種因素變化對(duì)作物生長(zhǎng)的綜合影響，以及提供最佳的應(yīng)對(duì)策略。

5　結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，精確化、科學(xué)化已成為作物栽培學(xué)的發(fā)展主流，精確栽培技術(shù)也獲得了很大的進(jìn)步。以栽培科學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合了相關(guān)的信息科學(xué)，極大地推動(dòng)了作物栽培的信息化、數(shù)字化及定量化。應(yīng)當(dāng)針對(duì)不同的生產(chǎn)條件，對(duì)作物栽培方案的設(shè)計(jì)、生長(zhǎng)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)診斷、生長(zhǎng)過(guò)程的預(yù)測(cè)，實(shí)施進(jìn)一步的改進(jìn)和完善，以實(shí)現(xiàn)作物精確栽培技術(shù)的智能化發(fā)展。

［1］曹衛(wèi)星，朱艷，田永超，等.作物精確栽培技術(shù)的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（19）：3955-3969.

［2］景立權(quán)，袁建華，趙福成，等.玉米超高產(chǎn)精確栽培研究進(jìn)展［J］.江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2013（2）：429-434.

［3］凌啟鴻.精確定量輕簡(jiǎn)栽培是作物生產(chǎn)現(xiàn)代化的發(fā)展方向［J］.中國(guó)稻米，2010（4）：1-6.

S126

A

1674-7909-（2016）05-40-2

張福增（1980-），男，本科，助理農(nóng)藝師，研究方向：作物栽培管理。