GIS技術(shù)在現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

　　摘要 地理信息系統(tǒng)（GIS）是現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)發(fā)展的技術(shù)保障。簡(jiǎn)介了GIS的基本原理及產(chǎn)生發(fā)展過(guò)程，綜述了國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用GIS在土壤養(yǎng)分精準(zhǔn)管理、植煙區(qū)氣候與煙草種植區(qū)劃及烤煙生產(chǎn)病蟲害防治決策方向的研究進(jìn)展，并探討了GIS在現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)應(yīng)用中的發(fā)展前景。

　　關(guān)鍵詞 GIS；現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)；應(yīng)用；研究進(jìn)展

　　我國(guó)是煙草種植大國(guó)，煙草是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和現(xiàn)代信息化技術(shù)的提高，傳統(tǒng)模式的煙草種植已不能適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展。近年來(lái)，我國(guó)煙草生產(chǎn)部門堅(jiān)持建設(shè)“規(guī)?；N植，集約化經(jīng)營(yíng)，專業(yè)化分工，信息化管理”的現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)，以進(jìn)一步提升煙葉品質(zhì)[1]。要加快實(shí)現(xiàn)我國(guó)煙草農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化，必須綜合利用現(xiàn)代信息技術(shù)，發(fā)展具有中國(guó)特色的煙草農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系，實(shí)現(xiàn)我國(guó)煙草農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)數(shù)字化理念的提出，“數(shù)字煙草”的發(fā)展也成為必然趨勢(shì)，“數(shù)字煙草”的核心技術(shù)之一便是“GIS技術(shù)”，即地理信息系統(tǒng)[2]。GIS與現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)的結(jié)合能夠解決煙葉生產(chǎn)中產(chǎn)生的各種動(dòng)態(tài)問(wèn)題，為現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障，加快推進(jìn)我國(guó)現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化、精準(zhǔn)化發(fā)展進(jìn)程。

　　1 GIS的基本原理

　　地理信息系統(tǒng)（Geographical Information System，GIS）與許多學(xué)科都有密切聯(lián)系，是多門學(xué)科交叉的具有空間專業(yè)形式的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)是一個(gè)采集、存儲(chǔ)、顯示地理信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，能夠綜合分析各種圖形及數(shù)據(jù)信息，具有多層次的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和多功能的綜合分析能力[3]。該系統(tǒng)包括了多種軟件工具用于輸入、編輯、管理空間型和非空間型的地理數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)有效地存儲(chǔ)和管理大量地理信息，并提供多種模型支持空間分析和決策制定，有管理空間資源不均勻分布的能力，能夠把大區(qū)域范圍內(nèi)測(cè)定點(diǎn)的地理數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，提高信息共享程度。目前，GIS技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，主要應(yīng)用于資源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)、城市規(guī)劃、土地管理、農(nóng)作物估產(chǎn)、交通運(yùn)輸、地圖繪制等領(lǐng)域，并呈迅速發(fā)展的趨勢(shì)[4]。

　　2 GIS的產(chǎn)生與發(fā)展

　　地理信息系統(tǒng)技術(shù)的建立與發(fā)展，與地理空間信息的表示、處理、分析和應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展緊密相連。地理信息系統(tǒng)的提出從20世紀(jì)60年代開始，發(fā)展成熟于70—80年代，由計(jì)算機(jī)輔助制圖逐步發(fā)展起來(lái)，并得到了較快的發(fā)展，目前技術(shù)已日益成熟，被認(rèn)為是系統(tǒng)有效地利用地理信息的基本工具與手段。

　　世界第一個(gè)GIS系統(tǒng)是加拿大測(cè)量學(xué)家R F. Tomlinson于1963年提出的，并建立了加拿大地理信息系統(tǒng)，用于自然資源的規(guī)劃管理[5]。1987年美國(guó)成立了國(guó)家地理信息與分析中心，英國(guó)也成立了地理信息協(xié)會(huì)，加之此階段計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)GIS技術(shù)的傳播和發(fā)展起至關(guān)重要的作用，并由商業(yè)化實(shí)用系統(tǒng)進(jìn)入市場(chǎng)[6]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和專業(yè)化人才的飛速增加，GIS已經(jīng)成為許多機(jī)構(gòu)尤其是政府決策部門必備的工作系統(tǒng)，社會(huì)對(duì)GIS的認(rèn)識(shí)普遍提高，這也使得GIS的應(yīng)用更加擴(kuò)大和系統(tǒng)化。隨著地理信息系統(tǒng)功能的不斷完善，越來(lái)越顯示出廣闊的應(yīng)用前景，并成為地理學(xué)的“第三代語(yǔ)言”。

　　中國(guó)對(duì)地理信息系統(tǒng)的研究起步稍晚，1980年中國(guó)成立了地理信息系統(tǒng)研究室，標(biāo)志著中國(guó)全面展開了對(duì)地理信息系統(tǒng)的研究，雖然較歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家起步晚，但發(fā)展極迅速[7]。1986年國(guó)家“七五”計(jì)劃中，GIS研究列入了國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃，GIS在我國(guó)進(jìn)入了初步發(fā)展階段。1996年國(guó)家“九五”計(jì)劃將“遙感、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)的綜合應(yīng)用”列入國(guó)家重中之重科技攻關(guān)項(xiàng)目，GIS進(jìn)入了快速發(fā)展階段，強(qiáng)調(diào)GIS的集成化、實(shí)用化和工程化[8]。經(jīng)過(guò)多年的努力，我國(guó)對(duì)地理信息系統(tǒng)的研究已躋身于國(guó)際領(lǐng)先水平，GIS技術(shù)及產(chǎn)品取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，已廣泛應(yīng)用于多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，成為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究中的熱點(diǎn)方向，因此深入開展地理信息系統(tǒng)（GIS）在煙草精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究也是必然趨勢(shì)。20世紀(jì)90年代，我國(guó)將 GIS 應(yīng)用于煙草農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，主要用于植煙土壤適宜性評(píng)價(jià)和施肥、農(nóng)業(yè)氣候與煙草種植區(qū)劃、煙草病蟲害預(yù)測(cè)評(píng)估等方面，并取得了較大的成就，一些研究成果直接應(yīng)用于煙草農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，取得了很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益[9]。

　　3 GIS在現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

　　3.1 GIS在土壤養(yǎng)分精準(zhǔn)管理中的應(yīng)用endprint

　　土壤在時(shí)空變化上具有連續(xù)性和不均一性。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)由于對(duì)土壤養(yǎng)分的描述和定量調(diào)查存在困難，在施肥過(guò)程中缺少針對(duì)性，造成土壤養(yǎng)分供給失去平衡、肥料利用率低等問(wèn)題，甚至施肥過(guò)多破壞了土壤肥力，加重了大氣環(huán)境負(fù)擔(dān)。與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)相比，許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者高度重視土壤空間變異性，利用GPS、地統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)合GIS分析土壤養(yǎng)分的空間分布狀況及其變異特征，在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究中初有成效。其中，GIS可以處理煙區(qū)氣候、地形地貌特征、土壤類型、煙草產(chǎn)量、煙草輪作制度、煙農(nóng)施肥狀況及肥料施用等信息，并綜合起來(lái)錄入到GIS信息系統(tǒng)中[10]。將這些空間屬性描述歸類形成土壤養(yǎng)分分布圖，能指導(dǎo)各分區(qū)植煙土壤的肥料施用，這樣不僅可以整體調(diào)控肥料用量避免浪費(fèi)，又能實(shí)現(xiàn)分區(qū)管理體制。

　　自20世紀(jì)60年代初國(guó)外學(xué)者開始嘗試應(yīng)用GIS和地統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)合的方法研究土壤空間變異情況之后，Yost等人最早研究了夏威夷島上土壤養(yǎng)分的空間關(guān)聯(lián)，并得到了可靠結(jié)論[11]。之后Goovaerts P[12]通過(guò)田塊型取樣模式，分析了不同單元格的土壤理化性狀，促進(jìn)了GIS的發(fā)展。隨后人們利用GIS在農(nóng)作物上取得了越來(lái)越多的科研成就，Masvaya等[13]研究了津巴布韋農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)區(qū)農(nóng)業(yè)管理對(duì)土壤養(yǎng)分的影響，并研究了作物吸收規(guī)律的空間變異性。Shi等[14]利用GIS研究了太湖土壤養(yǎng)分豐缺特性。

　　相比于國(guó)外，國(guó)內(nèi)GIS發(fā)展較晚，但成果豐碩。在土壤養(yǎng)分及元素分布特性上方向，秦鐘立等[15]利用GIS和地統(tǒng)計(jì)法建立了貴州植煙土壤養(yǎng)分的理論模型；李 強(qiáng)等[16]則通過(guò)GIS技術(shù)綜合評(píng)價(jià)了曲靖煙區(qū)馬龍縣植煙土壤的速效養(yǎng)分狀況。在土壤施肥決策方向，王新忠等[17]利用GIS和GPS定位相結(jié)合的方法，通過(guò)控制播種機(jī)控制變量施肥，研究出了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)用肥體制，不僅達(dá)到了“用肥有效，綠色環(huán)保”的時(shí)代要求，更明顯提高了作物產(chǎn)量；陳偉強(qiáng)[18]通過(guò)在平頂山、洛陽(yáng)、南陽(yáng)三地烤煙區(qū)進(jìn)行模型參數(shù)試驗(yàn)，確立了區(qū)域施肥體制；張?chǎng)蝃4]通過(guò)對(duì)煙區(qū)單元適應(yīng)性的綜合評(píng)價(jià)結(jié)合GIS模型，設(shè)計(jì)了目標(biāo)產(chǎn)量的精準(zhǔn)施肥推薦系統(tǒng)。在土壤分區(qū)管理方向，郭治興等[19]通過(guò)網(wǎng)格化評(píng)價(jià)廣東烤煙的土壤生態(tài)適宜性，指導(dǎo)了煙草區(qū)化種植；宋艷春[20]也根據(jù)此方法將贛縣植煙土壤劃分為3類適宜區(qū)，促進(jìn)了土壤養(yǎng)分的精準(zhǔn)管理模式。

　　3.2 GIS在植煙區(qū)氣候與煙草種植區(qū)劃中的應(yīng)用

　　生態(tài)條件決定烤煙的區(qū)域特色，不同生態(tài)區(qū)的烤煙在化學(xué)成分、物理特性評(píng)吸等指標(biāo)上有很大差異，其受制于土壤，但受氣候因素影響最大?？衫肎IS的空間分析功能，并結(jié)合多年的氣候資源，確定煙草適宜性氣候生態(tài)指標(biāo)和種植區(qū)劃，為煙草種植區(qū)域的劃分和合理利用氣候資源提供依據(jù)。董謝瓊等[21]利用氣候、土壤等數(shù)據(jù)，在GIS平臺(tái)下，研究了云南省煙草種植適宜區(qū)劃，研究結(jié)果與云南省優(yōu)質(zhì)煙葉分布地區(qū)一致。方 紅等[22]利用等級(jí)劃分法和GIS小網(wǎng)格技術(shù)，綜合分析了湘西煙草生長(zhǎng)期內(nèi)的氣候數(shù)據(jù)和氣象災(zāi)害指標(biāo)，結(jié)合湘西的土地資源信息，對(duì)植煙區(qū)煙草氣候進(jìn)行了區(qū)劃，與實(shí)際植煙區(qū)域基本吻合。操筠[23]統(tǒng)計(jì)分析了煙草不同生育期遭受的主要?dú)庀鬄?zāi)害，利用GIS技術(shù)進(jìn)行了恩施植煙區(qū)煙草氣候?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃，為煙草種植合理布局及防災(zāi)減災(zāi)提供依據(jù)。楊揚(yáng)[24]利用GIS技術(shù)，將河南省煙草種植區(qū)的氣候、土壤等信息以空間和屬性數(shù)據(jù)相結(jié)合的形式組織起來(lái)，綜合評(píng)價(jià)了河南省煙草生態(tài)適宜性，科學(xué)合理的區(qū)劃了河南省煙草種植區(qū)域。楊鵬武等[25]通過(guò)收集云南省昭通市多年的氣候資料，運(yùn)用GIS 技術(shù)，研究了昭通市煙草種植的動(dòng)態(tài)氣候區(qū)劃，提高了作物氣候區(qū)劃的生產(chǎn)指導(dǎo)性，得出烤煙生態(tài)適宜性綜合評(píng)價(jià)圖，建立了河南省煙草生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。謝華東等[26]用模糊綜合評(píng)價(jià)的方法，根據(jù)煙葉生長(zhǎng)的特性，在GIS平臺(tái)下，篩選出影響黔江煙草種植區(qū)的氣候指標(biāo)，定量評(píng)價(jià)了黔江烤煙種植氣候的適宜性。李蒙等[27]收集了云南省普洱市氣候資料，運(yùn)用GIS技術(shù)，分析了普洱市的氣候特征，并構(gòu)建了煙草種植氣候適宜性評(píng)價(jià)系統(tǒng)，精細(xì)區(qū)劃了烤煙種植氣候的適宜性。莫建國(guó)等[28]通過(guò)GIS平臺(tái)，運(yùn)用相關(guān)分析法分析了氣候因素對(duì)煙葉品質(zhì)的影響，并將貴州省煙區(qū)劃分了5個(gè)氣候類型區(qū)。

　　4 展望

　　4.1 利用GIS技術(shù)為煙葉基地單元選址

　　在卷煙工業(yè)原料煙葉基地選址方面，可以利用GIS技術(shù)，將當(dāng)?shù)責(zé)煵莘N植生產(chǎn)氣候相關(guān)因子及烤后煙葉內(nèi)在品質(zhì)與企業(yè)品牌原料煙葉需求有機(jī)結(jié)合，借助GIS二次開發(fā)數(shù)學(xué)模型對(duì)其綜合評(píng)價(jià)，并通過(guò)決策分功能確定對(duì)應(yīng)品牌煙葉原料基地單元選址最適宜區(qū)。

　　4.2 建立煙草農(nóng)業(yè)種植的資源共享平臺(tái)

　　煙草農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系復(fù)雜，需要的數(shù)據(jù)量大且要求精度高。但因?yàn)閮x器設(shè)備和人力、物力的限制，許多數(shù)據(jù)難以獲取，且測(cè)量時(shí)誤差較大，數(shù)據(jù)精度不高，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)來(lái)源不一且年代不同，導(dǎo)致數(shù)據(jù)質(zhì)量難以保證，并且數(shù)據(jù)格式不一，導(dǎo)致各地區(qū)數(shù)據(jù)難以共享，影響了GIS的資源共享。在未來(lái)的發(fā)展中，應(yīng)把先進(jìn)的技術(shù)手段融入煙草產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中，集中人力和物力，建立完善的煙草農(nóng)業(yè)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，按照“統(tǒng)一平臺(tái)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)、統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)”的原則，實(shí)現(xiàn)信息資源共享，啟動(dòng)數(shù)字化的煙草建設(shè)，為煙草農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的開發(fā)提供幫助。endprint

　　參考文獻(xiàn)

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