作物精確栽培技術的構建與實現

常守瑞

摘 要：作物精確栽培技術是現代作物栽培學的研究重點，它交叉融入了多項新興學科，正逐步向智能化與定量化的方向發展。介于此，本文就首先討論了作物精確栽培技術的原理及意義，進而對技術的構建與實現進行了探討，希望對作物精確栽培技術的進一步發展提供幫助。

關鍵詞：技術構建；精確栽培；農作物

中圖分類號：S359 文獻標識碼： A DOI：10.11974/nyyjs.20170229050

引言

由于我國是一農業大國，農業是我國經濟發展的根本，為了進一步促進我國經濟的發展，更好的滿足人們的糧食需求，新型作物種植技術的研究已經勢在必行。作物精確栽培技術是一項綜合多學科領域，新發展的一項種植技術，它對提高作物栽培效率具有重要意義，所以本文就作物精確栽培技術的構建與實現進行探討。

1 作物精確栽培技術的原理與意義

作物精確栽培技術是獲得農作物高產、改善農作物生長環境而真實存在的在時間與空間上有差異性的信息技術，比如說改善農作物生長的土壤、含水量以及應用元素等，通過切實了解影響作物產量的因素，根據影響因素合理改良作物栽培技術，區別對待、按需分配管理，從而實現有效調控作物產量的目的。具體的操作過程可以簡單描述為：利用具有定位系統以及可以測量產量的收獲機來收集各種植區域作物的實際產量，然后通過計算機進行系統化的處理，繪制出能夠直觀反應作物產量與土壤肥力、地貌、地形等因素之間的關系圖，然后根據實際的生長情況，構建對應各種植區域的可以反映投入與產出模擬模型、作物生長的模擬模型，然后作物管理專家再根據實際情況建立作物管理輔助系統，并在作物栽培人員的參與下建立作物管理處方圖，栽培人員根據處方圖合理地選擇管理方法與手段，利用相應的機械設備對作物進行精細化管理，實現作物的精確化栽培，提高了資源的使用效率，降低了生產成本，避免了環境污染。

2 作物定理栽培方案的設計

隨著農業技術水平的不斷提高，作物栽培技術得到了生產管理專家的高度重視。經過廣泛實踐表明，生產管理專家系統具有綜合多方面知識科學推理決策的優勢，但也面臨著從經驗模型到具體的數字知識模型的改變。在作物栽培研究當中引入系統建模技術，通過定量栽培的方法來體現作物栽培管理體現，這對構建基于模型的作物栽培設計方案有促進作用，從而實現作物栽培的精確化與模型化。

2.1 技術原理

利用定量系統分析的原理，來探討作物栽培技術指標和生育指標與季節性和地域性之間的關系，列出作物管理規范與生長力指標及實際生長與作物生長環境條件及環境中各項影響因素的函數關系，根據函數關系構建數字化與廣適性作物栽培管理模型，以便從定量的角度來分析不同生長環境下作物栽培前管理方案與生長中作物指標。此模型的技術原理在提高作物增產系數以及平均產量、培養環境適應性與基因優良性的品種、提高作物壯苗、出苗率、確定抽穗時間、安全拔節、調整產業結構提高單株成穗率、合理供水方案、有效播種方案的基礎上將經驗性作物栽培技術理論轉換為數字化的作物管理模型，這有效增強克服專業技術較高以及傳統栽培模式的經驗性與地域性的弱點。例如某種作物的產量與施氮量和吸氮量存在著明顯的聯系，此時可以利用養分平衡原理，結合作物品質與產量的目標，按照作物一生的氮需求，合理的構建作物生長目標與不同時期施氮量關系的模型，為不同環境不同品質的作物施氮量提供精確設計方案。

2.2 方案設計技術的開發與應用

根據組件化程序設計理念，將作物管理模型映射到計算機平臺當中，結合GIS技術構建出基于作物管理知識模型的精確化作物管理決策系統，比如PDA版與單機版等。另外再根據土壤、氣候等種植條件，利用精確化決策系統將種植區域按照作物產量與生態分區進行分類，之后再按照作物生長需求進行管理，明確精細化作物栽培管理方案。介于精確化栽培技術具有動態設計的功能，可以對不同的生態環境做出匹配的栽培管理方案。此項技術不僅具有很好的動態效果，還能夠充分展現精確化管理的優勢。在作物栽培過程中起著明顯的指導性與適用性。

3 作物生長指標的光譜監測診斷

3.1 技術原理

對作物生長指標進行光譜監測與診斷的依據是根據作物不同生長階段各項生長參數對光譜的吸收、投射與反射的規律，然后通過傳感器獲取作物對光譜吸收、反射與投射的情況，通過計算機解析與判斷作物的生長指標特點，通過定量反演的形式精確判斷作物的生長參數。然后對作物在不同生長條件下的生長指標進行試驗研究，對于作物的葉片與冠層的光譜信息，能夠利用傳感器來獲得。因為作物反射的光譜特性與其生長指標之間存在著一定的聯系，一些生長指標對某一特定光譜段較為敏感，有其對應的光譜參數，由此構建定量的反演模型。根據優化設計的參數指標，對作物的實際生長指標進行科學調控，確保作物一直處于良好的生長狀態。

3.2 應用實踐

伴隨著光譜遙感技術的不斷更新與發展，新生出來的高光譜、多光譜技術為有效監測作物的生長指標提供了技術保障。特別是高光譜的分辨水平，可以對大范圍的作物生長進行實時的監測與診斷，從而實現作物精確栽培管理的目的。作物生長的主要指標包含：含氮量、氮積累量、葉片面積以及生物量。利用光譜遙感技術分別對作物的幾項生長指標參數進行試驗研究，創建于作物生長指標相對應的監測診斷以及生長調控系統。所以，有效利用光譜反射信息對作物的生長指標進行診斷，有利于實時了解作物的實際生長狀況，對作物后期管理調控提供精確參數，有利于提高作物管理的水平，加快精確化作物栽培技術的發展。

4 作物生產力的模擬預測

4.1 技術原理

利用過程模擬的方法，定量分析作物的生產力與生長發育的過程和作物的品質、栽培技術以及生長環境之間的關系，建立作物的生長力以及生長發育的模擬模型，從而實現通過數字化模式預測作物的生產力與生長發育狀況。首先將分析作物的生長過程和土壤、環境、氣候之間的關系，將作物的生理發育時間作為生長過程模型的尺度，建立作物-土壤水分系統子模型、品種與產量子模型、物質積累與光合生產子模型等，進而建立綜合模擬模型。綜合模擬模型可以動態模擬作物生長不同生長環境下的產量與品質，具有較強的說服性與直觀性。為進一步定量分析不同環境下作物品質的表現提供了的可靠工具。

4.2 開發應用

結合品質參數模型、氣象數據模型以及生理生態模型，根據研究對象的程序設計技術，創建了具有很好表現性與預測性的作物生長力以及生長發育模擬模型，通過定量分析不同栽培條件、品質類型以及生長環境下作物產量品質以及生長指標的變化的情況。進而結合策略評價模型等，構建具有良好操作性與普適性的作物生長管理決策系統，可以對不同生長條件與技術下做出精確預測，達到不同尺度下作物生產力定量預測的效果，為定量分析各項影響因素提供了技術支持。

5 結語

目前，實現作物栽培管理的科學化與精確化成為了作物栽培技術發展的主要趨勢，如今我國作物精確化栽培已經取得了一定的進步。圍繞著科學栽培，充分利用先進的信息科學技術，有力的推動了作物栽培技術的定量化、數字化以及信息化的發展。針對作物不同的生長調節，做出科學合理的生長過程預測、生長指標診斷等，進而實現作物栽培技術的改進與完善，推動精確化栽培技術的發展。

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