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北斗導(dǎo)航與精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在新疆棉花種植中的典型應(yīng)用

來(lái)源:職稱那點(diǎn)事作者:田編輯時(shí)間:2021-12-01 10:38
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  摘要:新疆作為的主要產(chǎn)棉區(qū),棉田集中,種植規(guī)模大,機(jī)械化程度高,單產(chǎn)水平高,原棉色澤好,“三絲”含量相對(duì)低于其他棉區(qū),棉花產(chǎn)量約占棉產(chǎn)量的50%。通過(guò)實(shí)地調(diào)研,對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航與精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在棉花的精準(zhǔn)播種、遙感監(jiān)測(cè)、滴灌水肥一體化精準(zhǔn)管理以及精準(zhǔn)施藥等方面的應(yīng)用典型進(jìn)行了綜述。在肯定當(dāng)前的基礎(chǔ)上,對(duì)未來(lái)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展提出了發(fā)展方向,旨在促進(jìn)棉花種植中產(chǎn)量的增收、增效。

  關(guān)鍵詞:北斗導(dǎo)航;精準(zhǔn)農(nóng)業(yè);精準(zhǔn)播種;遙感監(jiān)測(cè);滴灌水肥一體化;精準(zhǔn)施藥

  一、概述

  北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是自行研制、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星與定位通信系統(tǒng)。隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的進(jìn)一步建設(shè),北斗將成為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展的核心組成之一。政府高度重視促進(jìn)北斗系統(tǒng)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用,并特地為此增加了財(cái)政補(bǔ)貼。該補(bǔ)貼政策的實(shí)施促進(jìn)了北斗農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航駕駛和輔助駕駛導(dǎo)航系統(tǒng)的推廣,為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。新疆是“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”核心區(qū)、“一帶一路”空間信息走廊建設(shè)與應(yīng)用的重要區(qū)域。新疆兵團(tuán)以農(nóng)業(yè)機(jī)械化和節(jié)水灌溉為突破口,實(shí)現(xiàn)了集約化、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng),農(nóng)業(yè)作業(yè)實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一化管理,綜合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化率達(dá)95%,為新疆發(fā)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。為充分發(fā)揮全國(guó)學(xué)會(huì)的專家智庫(kù)資源,科協(xié)啟動(dòng)了創(chuàng)新助力工程項(xiàng)目,支持科協(xié)所屬全國(guó)學(xué)會(huì)專家走進(jìn)重大戰(zhàn)略區(qū)域和重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域,助力創(chuàng)新發(fā)展。為了解新疆精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)與北斗導(dǎo)航的應(yīng)用現(xiàn)狀,課題組組織專家對(duì)新疆進(jìn)行了相關(guān)的調(diào)研活動(dòng)。

北斗導(dǎo)航與精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在新疆棉花種植中的典型應(yīng)用

  二、北斗導(dǎo)航與精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在棉花種植中的典型應(yīng)用

 ?。ㄒ唬┍倍沸l(wèi)星導(dǎo)航在棉花精準(zhǔn)播種中的應(yīng)用

  隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,精準(zhǔn)播種已經(jīng)成為一種必然的趨勢(shì),如何立足當(dāng)?shù)貙?shí)際狀況,切實(shí)做好棉花的精準(zhǔn)播種已經(jīng)逐漸成為擺在我們面前的首要難題。深入了解目前精準(zhǔn)播種的現(xiàn)狀技術(shù),對(duì)于明確其未來(lái)發(fā)展方向至關(guān)重要。

  經(jīng)調(diào)研獲知,安裝北斗導(dǎo)航自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的拖拉機(jī)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人駕駛、精準(zhǔn)作業(yè),為農(nóng)戶和合作社工作人員帶來(lái)了便利,每天的播種面積能達(dá)到200畝,極大提高了棉花播種效率。但存在著只能走直線,不能轉(zhuǎn)彎等缺點(diǎn)。常見(jiàn)故障有:信號(hào)不好,影響播種操作。另外,導(dǎo)航裝置沒(méi)有在拖拉機(jī)出廠前安裝,而是在拖拉機(jī)出廠后進(jìn)行安裝,影響了精準(zhǔn)播種的順利進(jìn)行。

 ?。ǘ┻b感技術(shù)在棉花種植面積和長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

  農(nóng)作物面積及長(zhǎng)勢(shì)的遙感提取與監(jiān)測(cè)是國(guó)內(nèi)外普遍關(guān)注的研究課題。遙感技術(shù)可以快速有效地監(jiān)測(cè)大面積植被的種類、特性、長(zhǎng)勢(shì)等信息,并已得到了廣泛的應(yīng)用[1]。

  在項(xiàng)目示范區(qū)選址,開(kāi)展棉花種植面積遙感監(jiān)測(cè),棉花種植面積與連隊(duì)土地利用現(xiàn)狀圖對(duì)照,準(zhǔn)確率達(dá)到96%。通過(guò)采集研究區(qū)高精度的可見(jiàn)光數(shù)據(jù),利用相關(guān)處理軟件及圖像處理方法有效的實(shí)現(xiàn)了棉田保苗株數(shù)的信息提取。通過(guò)無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)與地面結(jié)合,利用相關(guān)算法對(duì)示范區(qū)土壤溫度進(jìn)行檢查和模擬,并用于指導(dǎo)農(nóng)戶適時(shí)采取播種措施。按照棉花生育期不同階段,開(kāi)展長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)作業(yè),監(jiān)測(cè)棉花生長(zhǎng)的苗期、盛蕾期、盛鈴期,監(jiān)測(cè)結(jié)果與農(nóng)戶實(shí)地對(duì)照,反饋結(jié)果與其具有較好的一致性。

 ?。ㄈ┑喂嗨室惑w化精準(zhǔn)管理系統(tǒng)在棉花種植中的應(yīng)用

  農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)導(dǎo)致農(nóng)業(yè)面源污染,化學(xué)肥料是土壤養(yǎng)分的主要來(lái)源之一,不同種類的農(nóng)作物或同一農(nóng)作物的不同生長(zhǎng)階段對(duì)施肥量的需求也各不相同[2-3]。棉花在生長(zhǎng)的不同階段對(duì)肥料和水分的需求是不同的。

  為了對(duì)土壤的基礎(chǔ)情況進(jìn)行了解,項(xiàng)目組2018至2019年分別在石河子總場(chǎng)四分場(chǎng)和六分場(chǎng)核心示范區(qū),采用GPS定位的網(wǎng)格采樣法完成項(xiàng)目區(qū)土壤樣品采集,共采集土壤樣品812個(gè),測(cè)試了氮磷鉀、有機(jī)質(zhì)共計(jì)9744項(xiàng)次。項(xiàng)目組根據(jù)實(shí)際需求對(duì)變量施肥機(jī)的型號(hào)、性能和價(jià)格進(jìn)行了確定,在石河子總場(chǎng)四分場(chǎng)三連和六分場(chǎng)六連各配置1套滴灌水肥一體化精準(zhǔn)管理系統(tǒng),并配置了田間信息精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),在棉花生育時(shí)期全程監(jiān)測(cè)農(nóng)田墑情、氣象、設(shè)備工況等信息,為水肥決策和作業(yè)管理提供信息支撐。該系統(tǒng)的相關(guān)界面如圖1至圖3所示:

 ?。ㄋ模┚珳?zhǔn)施藥在棉花種植中的應(yīng)用

  農(nóng)藥殘留檢測(cè)關(guān)乎食品安全和人類健康問(wèn)題。在節(jié)藥方面,農(nóng)藥使用的標(biāo)準(zhǔn)化用藥問(wèn)題日漸嚴(yán)重。農(nóng)戶經(jīng)常會(huì)經(jīng)驗(yàn)性地使用農(nóng)藥,不看農(nóng)藥的使用說(shuō)明,隨意進(jìn)行農(nóng)藥的配比和農(nóng)藥的使用。農(nóng)戶也追求一次解決所有問(wèn)題,而加大農(nóng)藥的劑量和濃度,這樣的做法是極其有害的[4-5]。

  項(xiàng)目組在調(diào)研的基礎(chǔ)上研發(fā)了棉蚜監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)與棉葉螨監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng),并對(duì)變量施藥精準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行探索與研究,建設(shè)地點(diǎn)選擇在石河子總場(chǎng)六分場(chǎng)六連與石河子總場(chǎng)四分場(chǎng)三連。研發(fā)的基于圖像識(shí)別的棉蚜精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了棉蚜圖像采集、區(qū)域定位、蚜蟲(chóng)數(shù)量快速統(tǒng)計(jì)、空間分布顯示、發(fā)生量預(yù)測(cè)等功能,這些功能均可在手機(jī)終端進(jìn)行操作。棉葉螨檢測(cè)服務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了棉葉螨危害等級(jí)的快速識(shí)別,準(zhǔn)確記錄受害中心株的位置。在系統(tǒng)運(yùn)行期間,項(xiàng)目組根據(jù)需求設(shè)定了按3天為1個(gè)周期對(duì)示范區(qū)棉田開(kāi)展棉蚜和棉葉螨信息采集與監(jiān)測(cè)工作,并按5-7天為1周期出具監(jiān)測(cè)報(bào)告與蟲(chóng)情分布圖,依據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果出具施藥處方。項(xiàng)目組在蟲(chóng)害發(fā)生期,開(kāi)展蟲(chóng)害遙感監(jiān)測(cè)5次,監(jiān)測(cè)面積累積4500畝,主要發(fā)現(xiàn)蟲(chóng)害情況為紅蜘蛛較為嚴(yán)重,通過(guò)生成蟲(chóng)害空間分布圖,與農(nóng)戶反饋相對(duì)比,監(jiān)測(cè)結(jié)果與實(shí)地對(duì)照結(jié)果高度一致。另外,配置和升級(jí)變量噴藥機(jī),實(shí)現(xiàn)了蟲(chóng)害防治的變量作業(yè)。對(duì)于無(wú)人機(jī)的應(yīng)用,建立了一套適合北疆棉田作業(yè)的植保無(wú)人機(jī)作業(yè)技術(shù)體系。經(jīng)過(guò)2018年、2019年的試驗(yàn)示范,有效節(jié)約農(nóng)藥的使用量20%以上,畝節(jié)約藥劑成本22元以上。

  三、結(jié)語(yǔ)與展望

  基于北斗導(dǎo)航的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)可以通過(guò)提高土地生產(chǎn)力與降低消耗以達(dá)到增產(chǎn)的目的。目前,棉花生產(chǎn)環(huán)節(jié)尚未實(shí)現(xiàn)全程數(shù)字化、精準(zhǔn)化作業(yè)。對(duì)于精準(zhǔn)育種、精準(zhǔn)收獲、產(chǎn)后的數(shù)字化等環(huán)節(jié)有待實(shí)現(xiàn)。由于目前的北斗導(dǎo)航基站覆蓋范圍不夠大,有些偏遠(yuǎn)地方信號(hào)弱、導(dǎo)航精度低。在現(xiàn)有的技術(shù)下,還沒(méi)有做到完全的精準(zhǔn)定位和對(duì)單株作物的營(yíng)養(yǎng)及健康狀況進(jìn)行診斷,因此還無(wú)法依據(jù)單株作物的實(shí)際需求進(jìn)行精準(zhǔn)施肥、施水與施藥。

  隨著導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展,定位的精度必將提高,相信未來(lái)能夠做到對(duì)棉花單株的定位與監(jiān)測(cè),這樣將會(huì)對(duì)水、肥、以及農(nóng)藥的噴灑實(shí)現(xiàn)有的放矢,將會(huì)大大節(jié)約水、肥以及農(nóng)藥的噴灑量,從而更好的指導(dǎo)田間管理,提高棉花產(chǎn)量。

  參考文獻(xiàn):

  [1]李敏,趙庚星,李百紅,等.基于遙感的鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)棉花面積提取與長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)研究[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011,42(4):533-538.

  [2]CorwinDL,VaughanPJ,LoagueK.ModelingnonpointsourcepollutantsinthevadosezonewithGIS[J].EnvironmentalScienceandTechnology,1997,31(8):2157-2175.

  [3]劉亞瓊,李法虎,楊玉林.北京市農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整與節(jié)水節(jié)肥方案優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2011(5):39-44.

  [4]李東.淺談無(wú)公害蔬菜生產(chǎn)中的農(nóng)藥污染問(wèn)題及對(duì)策[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù),2018,38(24):48.

  [5]桂文君.農(nóng)藥殘留檢測(cè)新技術(shù)研究進(jìn)展[J].食品科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào),2012,30(3):13-18.

  文/沈劍波1,王應(yīng)寬1,2


《北斗導(dǎo)航與精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在新疆棉花種植中的典型應(yīng)用》
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