魏 燾

（甘肅省農業(yè)科學院土壤肥料與節(jié)水農業(yè)研究所，甘肅 蘭州 730070）

1 引言

玉米栽培與氣溫、濕度、光照、土壤理化性質等條件有直接關系。隨著農業(yè)信息化的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)挖掘技術逐漸引入玉米栽培作業(yè)中，并取得了較好發(fā)展成效。生產中，可以針對玉米的實際生長情況和環(huán)境，構建基于數(shù)據(jù)挖掘技術的玉米智能施肥信息化系統(tǒng)，實時采集和分析玉米栽培過程中的氣溫、濕度、光照、土壤理化性質等生長數(shù)據(jù)信息，開展智能化、自動化的監(jiān)測分析和管控，包括玉米施肥材料的選擇、玉米施肥量的合理控制、玉米生長環(huán)境信息管理等，從而較好地提高玉米栽培的技術含量和信息化水平。

2 智能施肥系統(tǒng)關鍵技術

2.1 數(shù)據(jù)挖掘技術

數(shù)據(jù)挖掘技術是利用空間數(shù)據(jù)挖掘的信息化轉換、輸入和處理方式（具體的數(shù)據(jù)挖掘方法主要包括數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)估計、數(shù)據(jù)預測、聚類分析），獲悉信息對象隱含或潛在的規(guī)律和特點，然后在建立數(shù)據(jù)分類模型的前提下，對海量數(shù)據(jù)進行分類，利用神經網(wǎng)絡或數(shù)據(jù)概化的方法，動態(tài)分析并輸出數(shù)據(jù)的變化狀態(tài)，并對數(shù)據(jù)進行離散化處理和評估，從而把握數(shù)據(jù)的關聯(lián)規(guī)則和特征，實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘處理，為數(shù)據(jù)決策提供支持。

2.2 數(shù)據(jù)倉庫技術

采用集成化技術進行挖掘數(shù)據(jù)的處理，其表現(xiàn)形式主要包括以下四種。

2.2.1 主題式的數(shù)據(jù)倉庫。這種形式是指對倉庫數(shù)據(jù)信息的不同主題進行分類和歸納處理，形成不同主題的數(shù)據(jù)倉庫，如農業(yè)行業(yè)發(fā)展動態(tài)、種質資源信息、土壤肥力數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)倉庫。

2.2.2 集成化的數(shù)據(jù)倉庫。即對數(shù)據(jù)信息進行集中加工和預處理，再對其進行匯總整理和分析，可快速高效地獲悉數(shù)據(jù)處理結果。

2.2.3 應用層的數(shù)據(jù)倉庫。為了更好地對農業(yè)生產提供技術支撐，要進行數(shù)據(jù)倉庫的穩(wěn)定應用和操作。為此，要做好數(shù)據(jù)錄入控制和數(shù)據(jù)查詢操作控制，以便快速穩(wěn)定地進行數(shù)據(jù)信息的更新和應用。

2.2.4 數(shù)據(jù)倉庫的動態(tài)存儲。要結合數(shù)據(jù)信息的動態(tài)變化和階段性狀態(tài)，進行數(shù)據(jù)倉庫信息的動態(tài)更新和存儲，使之與農業(yè)規(guī)劃生產各階段相契合。

2.3 智能空間決策技術

在對空間數(shù)據(jù)進行處理分析的前提下，構建相關數(shù)據(jù)模型對農業(yè)生產數(shù)據(jù)進行管理，如利用GIS技術進行空間數(shù)據(jù)的聚類分析和關聯(lián)分析，實現(xiàn)對多維數(shù)據(jù)的合理調整和精準控制［1］。

3 玉米智能施肥系統(tǒng)應用存在的問題

當前，我國的農業(yè)信息化水平整體偏低，尚未構建形成全面的農業(yè)信息化標準體系。在玉米智能施肥系統(tǒng)的應用中存在明顯的不足和困難，主要表現(xiàn)在以下四個方面。

3.1 生產仍受傳統(tǒng)施肥習慣影響

在玉米栽培中，生產者大多以傳統(tǒng)經驗為依據(jù)進行施肥操作，缺乏相關農業(yè)領域專家的直接指導，加之無法保證玉米施肥信息的實時監(jiān)測與共享，難以實現(xiàn)玉米智能施肥數(shù)據(jù)的直觀比對，這在客觀上增大了玉米智能施肥的操作難度，無法達到預期效果。

3.2 多因素影響精準施肥的實施

在玉米施肥作業(yè)中，很多因素都會對玉米的生產狀態(tài)產生影響，如土壤水分、pH值、速效氮含量等。在眾多因素的相互影響下，不利于智能施肥系統(tǒng)的精準分析和施肥指導。

3.3 玉米智能施肥系統(tǒng)模型構建不完善

在利用玉米智能施肥系統(tǒng)作業(yè)過程中，生產者對玉米的生產狀態(tài)、施肥種類、施肥量等相關數(shù)據(jù)分析明顯不足，沒有對玉米智能施肥數(shù)據(jù)進行量化統(tǒng)計和分析，且大多因數(shù)據(jù)量和相關田間試驗數(shù)據(jù)累積不足而無法形成完善的多因子權重分析模型，不利于提高玉米智能施肥精準控制。

3.4 玉米智能施肥信息交流存在欠缺

當前的玉米智能施肥尚未構建完整高效的信息交流平臺，相關領域專家較難對玉米施肥過程中出現(xiàn)的問題進行及時指導，缺乏高效的交流和反饋機制，不利于玉米智能精準施肥效果的提升和應用推廣。

4 基于數(shù)據(jù)挖掘技術的玉米智能施肥系統(tǒng)的設計與應用

要遵循實用性、易操作性、安全性和可擴展性原則，以數(shù)據(jù)挖掘技術等相關智能技術為依托，圍繞玉米栽培生產作業(yè)活動，進行玉米智能施肥系統(tǒng)的功能設計和應用。

4.1 玉米智能施肥空間數(shù)據(jù)查詢模塊設計與應用

要對用戶的玉米智能施肥需求數(shù)據(jù)進行調查分析，統(tǒng)計玉米智能施肥各空間內的屬性信息，以便用戶可以通過玉米智能施肥系統(tǒng)查詢相關數(shù)據(jù)信息，及時把握玉米智能施肥空間的異常數(shù)據(jù)信息，提高玉米智能施肥空間數(shù)據(jù)決策及處理效果。以產量預測子功能模塊為例，可以根據(jù)某地塊近3年玉米產量數(shù)值計算獲取預測產量結果，達到預測目的。又如：在“判定地力等級”的子功能模塊中，可以輸入判斷耕地地力指標的數(shù)據(jù)，包括有機質、pH值、全氮、速效鉀/磷、陽離子代換量、鎘、汞、砷、鉻、有效銅/鋅/鐵/錳、土壤容量等［2］。

4.2 智能施肥知識導航模塊設計與應用

可以構建玉米智能施肥知識導航模塊，利用大數(shù)據(jù)挖掘技術統(tǒng)計分析玉米智能施肥相關土壤參數(shù)，如溫度、水分、pH值、全氮及速效氮/磷/鉀等，合理選擇玉米種植地塊，確定對應品種在不同土壤條件下的施肥種類及施肥用量等信息。以品種推薦功能模塊為例，對于具有較好水肥條件的生長環(huán)境來說，可以通過系統(tǒng)推薦，選擇對水肥條件要求更苛刻的高質量玉米品種或水果玉米品種；對于水肥條件較差的生長環(huán)境而言，可以通過系統(tǒng)智能推薦，選擇對肥料要求敏感度偏低的玉米品種，從而減少土壤基礎水肥條件因素對玉米生產的不利影響。

4.3 精準施肥智能化管理模塊設計與應用

為提高施肥管理效果，應根據(jù)玉米生長實際需求、土壤基礎水肥條件等，利用智能施肥系統(tǒng)優(yōu)化控制施肥量和灌溉量。以“合理施肥”子功能模塊為例，可以依照不同的地力等級設置相應的施肥方案，根據(jù)玉米不同生長階段實施動態(tài)化施肥管理，實現(xiàn)分區(qū)域按量按需的精準控量、變量施肥，充分滿足玉米對養(yǎng)分的需求，提高肥料利用率，以達到減施增效的施肥效果。

4.4 病蟲害診治管理模塊設計與應用

在玉米栽培中，難免會發(fā)生病蟲害。因此，還要在玉米智能施肥系統(tǒng)中增加病蟲害診治管理模塊，實時監(jiān)測可能出現(xiàn)的病蟲害，并根據(jù)病蟲害種類、發(fā)生時期、發(fā)生程度等提供防治策略，以便種植戶根據(jù)信息及時進行防控。例如，在智能施肥系統(tǒng)的病蟲害診治模塊中，可以在玉米四葉期，提示進行去除小苗、弱苗、病苗及田間雜草等田間管理，并提示在玉米間苗之后適時補施氮肥，從而達到及時防治病蟲害的目的［3］。

4.5 系統(tǒng)管理模塊設計與應用

應當從系統(tǒng)維護、系統(tǒng)操作及系統(tǒng)應用的角度出發(fā)，對玉米智能施肥系統(tǒng)進行管理，可以使擁有不同權限的用戶進行相應的系統(tǒng)管理和操作。

5 結語

綜上所述，玉米智能施肥系統(tǒng)的開發(fā)應用順應農業(yè)信息化發(fā)展趨勢，要充分利用數(shù)據(jù)挖掘技術、數(shù)據(jù)倉庫技術和智能空間決策技術構建玉米智能施肥系統(tǒng)，系統(tǒng)內設不同的功能模塊（包括智能施肥空間數(shù)據(jù)查詢模塊、智能施肥知識導航模塊、精準智能化施肥管理模塊、病蟲害診治管理模塊和系統(tǒng)管理模塊等），對玉米生育期內的土壤成分、溫度、濕度等數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測和分析，做到玉米施肥的精準化、智能化控制。后續(xù)還要擴大對土壤樣本數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)收集驗證工作，集成玉米智能種植、施肥等相關技術，完善玉米智能施肥系統(tǒng)的各項功能，同時要不斷加深對玉米種植及施肥技術的研究，促進玉米智能施肥系統(tǒng)的多元化和智能化應用，從而推進我國農業(yè)的數(shù)字化、信息化建設。