GIS在農業種植領域的廣泛應用及發展前景探索

農產品是我國經濟發展的基石，農民人數占全國人口數的一半之上，因此，加強農業科技創新，推動農業可持續發展，是實現社會主義國民經濟興旺快速發展和社會穩定的關鍵。由于科學技術的進步，數碼農產品在農產品栽培中的運用也越來越普及。數字農業，也被稱為智慧農業或精準農業，采用3S信息系統為內容，包括GIS、GPS和RS信息。本章將論述GIS在農業種植中的運用。盡管“數字農業”的發展史不長，但它在短時間內取得了快速蓬勃發展，并得到了國家經濟發展863規劃農業948規劃和金農工程等支持，為我國現代化農業蓬勃發展帶來了強大動力。對此，文章重點探討了GIS在農業種植領域的研究，旨在更好地促進我國農業種植領域的長遠發展，希望能夠為相關研究提供一定的借鑒。

一、GIS的概述及功能

地理信息系統（Geographic Information System，簡稱GIS），這一系統是多門學科的綜合，如：通信技術、地理等。其主要原理是調用地理空間數據庫，立足于實際需求搭建出地理模型來對空間進行分析，最終獲得科學合理的地理數據，以便為決策提供更加有力的參考依據。現階段，GIS在城市規劃、農業生產種植、交通運輸以及生態環保等多個方面的應用越來越普遍，而這也為生產與規劃決策提供了有力的支持。GIS功能的實現，需要通過以下過程，即：數據搜集——數據分析——地理決策——實踐應用。通常情況下，GIS主要涵蓋三個方面部分，只有相互之間協調配合，才可以切實體現出地理信息系統的作用，實現其應用價值。具體如下：

第一，計算機控制系統由硬件和軟件構成，其中硬件部分包括內存、CPU、顯卡以及其他用作存儲和輸入的設備，為控制系統的運行提供了堅實的基礎，而軟件系統則負責處理和分析系統中的數據，以確保控制系統的正常運行。第二，地理數據庫系統是一個重要的工具，它可以幫助用戶快速、準確地檢索和查詢地理信息，并且可以提供數據維護功能，為地理信息系統的運行提供有力的支持。第三，隨著自動化技術的不斷發展，人的作用也變得越來越重要。在地理信息系統中，系統管理人員擔負維護系統的運行，他們是管理系統的核心，而用戶則是決定系統發展方向的關鍵因素。

二、GIS在農業種植領域的具體應用

農業生產系統與自然環境息息相關，為了實現農村現代化，保護資源和環境，我們必須加強農村生產管理，定期監測農業生態環境，并采取有效措施防治病蟲害。在現實工作，要實現上述目標，必須有巨量的空間數據信息支撐，不僅要收集數據，而且對其加以處理和加工，從而做出農業決策。所以，原有的數據管理系統已經不能滿足這些需求，必須有更先進的技術來支持。地理信息系統的出現給農業生產管理信息化提供了有力支持。在八十年代中期，GIS已開始被廣泛應用于農村應用領域，從初期的國土資源管理、農業資源信息監管、地域農業規劃，到現在的耕地估產調查、地域農業可持續發展調查、農村生態環境監測、農村生產潛力調查，“精準農村”等，GIS已經成為農村開發的重要支撐。

1、農業資源調查與管理

農村資源是指人類在農村生產和經濟活動中所獲得的各類物質和能量。GIS技術可以幫助我們對這種各種資源進行全面的調查，并建立一個空間和統計數據庫，以便更好地了解它們的特征。這種數據信息來自土壤圖、氣候圖和各類統計報表。GIS技術可以將圖像和數據庫系統緊密聯系，實現農村資源檔案工作的電腦一體，為農村資源的智能化管理工作提供了強大的支持。GIS建立的信息系統比傳統的信息庫系統更加科學、準確，而且農業資源統計表和圖像的同步輸入輸出，將使數據信息更加直觀準確、清晰、可視化。

現階段，國內外已經搭建出了相對較為成熟的農業資源管理系統，該系統的運用，實現了對資源的有效整合與高效應用。比如：國外利用GIS技術，搭建出了土地利用規劃決策支持系統，顯著地提高了農業資源的調查效率。我國通過對土地資源評價的深入研究，把GIS技術手段和MIS理論深度融合在一起，進而搭建出土地資源和環境信息系統。在一定程度上，通過對這些信息化系統的合理利用，可以更好地實現對農業資源的規范化管理目標，及時的把握農業資源的使用現狀和發展情況，有效地提升了資源的管理效果。除了信息化管理之外，GIS還具備極為強大的數據處理水平，例如：于Web GIS農業土地資源信息系統設計，不僅能夠實現GIS技術的有效利用，還能夠實現對土地資源的合理化管理和規劃。

2、進行農業區劃

對于農作物的種植而言，進行合理的區劃至關重要。由于農作物的種植極易受到環境等多個方面因素的影響，同時，每一個地區除了環境不同之外，社會經濟等方面也存在較大的差異，因此，不同地區所種植的農作物類型區別較大。通過GIS方法，能夠將現有的資源、社區經濟信息與GIS技術相結合，快速生成各類農村區劃統計圖件。此外，還能夠將遙感識別方法（RS）與GIS技術相結合，運用遙感技術信息，借助GIS的領先能力，對各種類型的農村區劃方案開展動態模擬和評估，繪畫出多種綜合評估圖和區劃圖，形象地展示出區劃成果。對此，將GIS技術合理應用到種植區劃中，通過提取區域的水文與空氣等一系列環境因子，可以更好地判斷該地區適合種植哪一種農作物。除此之外，GIS技術的制圖功能，可以提供有力的參考依據，將其應用于疊加分析與模型運算，將更好地對農業種植區劃進行科學合理的評價。充分發揮GIS技術的積極作用，為區劃提供科學合理的評價依據，進而最為有效的提高農戶的種植效益，降低損失。

3、開展農業土地適宜性評價

通過對農用耕地的自然屬性加以全面評估，將其分為不同等級，以便在特定的科技發展水平下，準確地識別出不同使用模式的優缺點，并確定其對農作物的最佳適合性，是農村土地利用決策的重要基礎。通過GIS技術，能夠將環境的空間和屬性數據加以融合，并按照作物生長的必要性給出相應的百分比，從而形成土質適宜性評價圖，也能夠依據實際構建模型，對農村土地適宜性實行單因素和多因素綜合評價，從而達到土地適宜性的分類。

4、開展農業生態環境研究

在農業生態環境中，GIS的應用已經相對比較普遍與成熟，例如：環境監測、環境質量評價以及環境污染的防治等多個方面，顯著地提升了環保工作的開展效率。比如：環境監測，借助于GIS的模型功能，以環境監測實際需求為導向，搭建出合理有效的農業生態環境模型，深度模擬所在地區農業生態環境的實際變化情況和今后的發展態勢，為最終的決策提供更加有力的參考。對于環境質量來講，因為污染源存在一定的區域性特征，且污染物處于動態變化的狀態，所以利用GIS能夠更好地進行環境質量的評估，該項系統的應用，顯著地提高了最終評估結果的科學性與合理性。

5、進行農業災害預測與控制

充分發揮遙感、GIS以及計算機設備等，能夠非常精準地預測農業災害，同時在GIS的支持下，還可以實現對農業災害的合理化控制。對于政府部門而言，GIS的應用可以提供相對及時且精準的決策信息，從而讓減災、防災等一系列工作可以更加科學地進行，切實推進了農業生產的順利進行，也為農業經濟的可持續發展奠定了非常有力的基礎。針對部分發生災害的區域，具體可以結合GIS空間信息初步估算出受災的實際面積，進一步明確災害可能產生的經濟損失。結合GIS的空間特點，對某個地方的歷史數據變化進行深度的趨勢分析，進一步把握這一區域內災害產生的規律、時空特點以及所造成的危害等，在此基礎上，精準地預測災害的發展方向，最終為減災和防災工作開展提供有力的參考依據，并在此基礎上制定出有效的應對策略。

6、進行農作物估產與監測

由于科學技術的進步，GIS技術已經成為糧食作物估產與檢測的新技術，它結合了RS、GPS和GIS技術，具有準確、生動的特點，能夠及時監控糧食作物的生長發育情況，從而更好地預測最終的產出，這大大提高了糧食作物估產與檢測的效率，同時也改善了精確度和時效性。為了確保國家糧食政策的準確性和有效性，我國在糧食作物估產與檢測方面取得了顯著進展，從單一作物的冬小麥估產發展到多種作物的遙感估產，從小區域到全國十一個省份，都形成了完整的遙感估產管理體系。許多機構，如北京市農林科學院綜合所，提出了一系列有效的技術和方法，以估算京津冀地區冬小麥的生產。我國北方地區冬小麥天氣衛星遙感移動監控及估產網絡系統，采用Landsat-TM5圖像數據信息，結合RS和GIS技術，對冬小麥播種區域的變化趨勢開展實時監測，以確保糧食作物的正常生長發育。為了更好地進行農作物估產與檢測，科學院等人構建了動態化的農作物生長趨勢遙感監測分析系統，從而動態且實時地檢測農作物的生長態勢，結合實際的長勢進行分析，得出更加精準的結果，以便于農戶了解到農情的基本狀況。現階段，由RS、GPS和GIS集成的“3S”技術在農業生產種植過程中，而該項技術手段的應用，顯著的提升農作物估產的效果，而且還顯著地提升了農作物監測的有效性。除此之外，“3S”技術的應用范圍在逐步的擴大，例如：玉米等農作物生產與種植中的應用。

7、在精確農業中的應用

精確農業，也稱為精準農業，是一種根據田間環境和糧食作物生產的空間差異，精密正確地調節各項農藝手段，以盡可能地改善水、肥、播種、殺蟲劑等的投放量、質量和投放時機，以達到最佳生產率和最佳效益，并且維護農業生態環境的一種農業技術。旨在維護農村資源，它是一種利用信息和人工智能技術來提高農業生產效率的新方法。這些方法涉及地域網絡（GIS）、國際衛星定位網絡（GPS）和遠程遙感信息科技（RS）。近年來，已成為農業領域的熱門話題，它將IT與農產品結合起來，以實現最大化的經濟和社會效益。現階段，國內外對精確農業的重視度越來越高，與此同時，該項技術也獲得了非常理想的成效。其中，國外Case IH公司的AFS等系統，對精確農業的發展均提供了非常有力的支持，而且也得到了相對較好的應用效果。

到目前為止，國內已經開展了大量關于精準農業的研究，北京精準農業示范工程已經研發出一套信息系統，可以用于玉米小麥作業，共計測試得到六萬四千七百三十七個有關農學實驗數據，并且開發出了一款適用于農業機械導航的GPS軟件；此外，還利用GPS技術，開發出了一套基于變量自動控制的GIS系統，可以用于控制大豆變量施肥播種機，實現變量施肥播種作業，從而大大提高了農業生產效率，提升了農民的收入水平。利用嵌入式GIS開發軟件，研發出一種基于掌上電腦和DGPS/背夾式GPS設備的農田信息采集系統，以提高單位面積產量，有效地管理農田信息，實現農業生產的可持續發展。且在國家精準農業示范基地中得到應用。在精確農業中，GIS的應用并不局限于上述幾種類型，還包括有農田土地數據等一系列信息，例如：土壤、自然條件等相關信息的查詢，除此之外，還能夠實現對各種空間數據的全面分析和編輯等。對于農作物產量的分布圖，GIS技術也能夠精準描繪。

三、GIS技術在農業種植中應用的注意事項

1、完善農村地區基礎設施建設

通過健全的基礎設施保障，以提升農民的生活質量。為了使GIS系統能夠有效運行，我們必須利用我國領先的新領域和信息，獲取全面、及時的信息數據，并將全國各地的環境數據上傳至GIS系統，以便將GIS技術應用于農業種植區，實現農業現代化。同時，我們還需要加強各地區信息化硬件基礎設施建設，以提高GIS系統的可用性和實用性。

2、加強對農業人員的技術培訓

由于農村地區的人均受教育程度相對比較低，所以大部分農戶對GIS技術的接受和應用水平也整體偏低。我國是農業大國，而農村又是農業發展的主要地區，因此，加大對農民的培訓力度，使其全面了解GIS技術，并能夠發揮該項技術在農業種植中的優勢，從而推進我國農業的可持續發展。伴隨著數字農業的迅速發展與普及，進一步推動我國農村經濟的可持續發展，也為其提供了全新的驅動力。

3、加強研發，推進GIS技術系統優化升級

在農業的種植過程中，GIS技術必須要順應時代發展的方向與潮流，重視對系統的研發，增加資金投入，從而研發出更加符合農業種植的信息化、智能化系統，促使GIS能夠更好地服務于農業種植，進一步提高自然災害的預防能力、農作物的產值估計水平等。

四、應用前景

GIS雖作為一門新興學科，但在近年來發展迅速，并已廣泛滲透于各個領域，當然在農業領域中也展現出廣闊的前景。在GIS功能日漸完善的過程中，GIS在農業領域中的運用越來越廣泛，且價值日益顯著。結合GIS技術與經濟社會的實際需求來講，該項技術手段在農業中的應用將會逐步深化，主要體現在以下幾個方面，第一，RS、GPS和GIS集合而成的3S技術，將會成為必然的發展方向，其中，RS主要是獲取數據，GPS主要是進行定位，而GIS則主要是進行數據的存儲和分析。第二，現階段，學術界對農業信息系統的研究，大多在于相關理論研究上，實踐研究推廣不夠。GIS技術在農業應用中的實用化是當前面臨的一個重要挑戰，只有將理論研究轉化為實際應用，才能使GIS信息產業化，從而促進GIS在農業領域的發展和高效應用。

綜上所述GIS技術的廣泛應用，已成為當前農村發展的重要趨勢，它不僅為農民帶來了先進的技術支持，而且為新型農村經濟的可持續發展和國民經濟的繁榮提出了強大的保證。GIS技術的蓬勃發展將為我國農業的現代化發展工程打下更為堅實的基石。為了更好地推動GIS技術在農村管理中的應用，我們應該加強地理信息系統研發和優化，完善農村基礎設施，提升農民的信息技能，以期達到更高水平的現代農業發展。

（作者單位：476200河南省柘城縣農業農村局）