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基于DGPS定位的农田土壤取样分析及变量施肥播种决策收藏

基于DGPS定位的农田土壤取样分析及变量施肥播种决策
黑龙江八一农垦大学 王熙 王智敏 王新忠 庄卫东 蔡德利 汪春
1. 前言
我国目前的农业生产比较落后，普遍存在资源利用率低，投入产出率低的现象。现有农业生产主要基于农业生产原料（如化肥等）的大量投入条件下获得的，由于盲目施用大量化肥，化肥投入量大，每年单位耕地面积化肥投入量为世界平均水平的3倍多，使得我国化肥的利用率比较低下。
自动控制变量施肥播种是精准农业的一个重要组成部分，精准农业是以3S技术为核心，利用DGSP精确定位测得农田内各小区作物产量和影响作物生长的环境因素的空间和时间差异性信息，分析影响小区产量差异的原因，然后根据各小区作物的不同需求，来决定实际需要的投入（种子、化肥、农药、灌溉用水等），以获得**佳产出，获取**大经济效益。精准农业是发达国家**新农业科技成果，具有前瞻性的农业生产技术，21世纪农业发展的必然趋势。
自动控制变量施肥播种可以根据土壤特性、谷物产量图、田间大地高程、作物品种、当地的气候条件等，通过专家决策系统，制定变量施肥数字地图，并将变量数据输入到变量施肥播种机自动控制系统中，实现自动变量控制。可在现有农业资源和生产水平的基础上，提高农作物产量，节约化肥，提高农业综合经济效益。
以黑龙江八一农垦大学精准农业技术研究中心为技术依托，黑龙江农垦总局2002年在黑龙江省友谊农场五分场二队建立“精准农业示范试验”基地，从美国CASE公司引进整套精准农业机械设备，建立区域自主式DGPS纠偏差分站，进行精准农业试验示范，取得了初步试验效果。
2. 土壤取样与化验分析
黑龙江八一农垦大学精准农业技术研究中心有关人员，于2002年9月使用手持式Ag132型GPS到友谊农场五分场二队2号地（160ha）进行DGPS定位土壤取样进行化验分析，为友谊农场五分场二队2号地变量施肥播种农业专家决策提供依据。土壤取样采用网格法，利用自编的软件在网格地图上标记出取样点的经纬度。取样过程中使用AG132型DGPS接收机，按照编号及坐标，在田间使用网格图逐一找到取样格中心，在格子中心周围（3～30m）范围内取15个土样进行混合作为此格的土样，做好标记，用于土壤化验分析。2号地共取了99个土样。根据标有地理位置参数的土壤化验结果，利用CASE公司提供的AFS的软件形成土壤养分层图。五分场二队2号地速效氮分布如图1所示、速效磷分布如图2所示、速效钾分布如图3所示、有机质含量分布如图4所示。PH值图因本文篇幅有限，未给出。
图1 五分场二队2号地速效氮分布图 图2 五分场二队2号地速效磷分布图
图3 五分场二队2号地速效钾分布图 图4 五分场二队2号地有机质含量分布图
3. 变量施肥播种决策
在黑龙江省友谊农场的配合下，在黑龙江省友谊农场五分场二队2号地进行了基于DGPS定位的变量施肥播种试验，2号地面积为130公顷（约为1950亩），地块长约1700米，地块宽约800米，形状为斜长方形，地块比较平整，海拔高度约为74米左右。
播种作物为大豆，品种为红丰11，设计亩播种量为100kg/hm 2，设计施用磷酸二铵125kg/hm 2、尿素40kg/hm 2、氯化钾25kg/hm 2，合计施肥190kg/hm 2，空气种肥车有三个种肥箱，一箱装入大豆种子，二箱装入磷酸二铵和氯化钾，三箱装入尿素。
变量施肥播种处方图需在播种前在计算机上利用Case IH AFS 软件制作生成，根据地块土壤有效氮的分布图制作生成尿素的施肥处方图层，根据地块土壤有效磷的分布图制作生成磷酸二铵和氯化钾的施肥处方图层，生成种肥处方文件（扩展名为pre），存入PCMCIA数据卡（FLASH卡容量为32M）中。并制作地块名文件（扩展名为fld）和标记名文件（扩展名为tgd），存入PCMCIA数据卡中。
图5 五分场二队2号地尿素施用决策图 图6 五分场二队2号地磷钾施用决策图
4 . 变量施肥播种试验
变量施肥播种机采用美国凯斯（CASE）公司生产的Flexi coil变量施肥播种机，由STX375型橡胶 履带式拖拉机牵引，变量施肥播种机由空气输送式种肥车和ST820型播种机组成的变量施肥播种机组。播种机采用平播方式，开沟器为44个，行距为36.6cm，幅宽为16.1m。
播前进行种子、肥料排量校准，随车携带有3个校准工具筒（3个种肥箱每箱1个），校准工具筒中有1个布袋和1个20公斤量程的弹簧称用于种肥排量校准。空气种肥车一箱大豆的校准数为78.5，二箱磷酸二铵和氯化钾的校准数为100.0，三箱尿素的校准数为57.4。距离校准数为397。空气流量校准，播种采用种、肥分送的双管输送，一箱空气阀门设为6，二箱空气阀门设为8（全开），三箱空气阀门设为6，风机转速为（4500～4700）rpm。
播种作业速度为（6～7）km/h，播种作业效率比较高，工作效率为10hm 2/h，油耗（6～7）l/h。加种加肥采用液压驱动升运器（提升搅龙）加注，加种加肥时间平均为20min。友谊农场五分场二队2号地130公顷（约为1950亩）播种用了3天时间（包括播种机播前调整时间）。
变量施肥播种控制方式有手动和处方图自动控制两种，手动控制可在预先设置的肥量基础上随时进行增减播量，增减幅度可以进行预先设定。处方图自动控制需在将PCMCIA数据卡插入变量施肥播种机控制器中，在变量控制监视器上选择地块处方文件和种肥箱所对应的控制播种、施肥的处方图层。
在播种施肥过程中，变量控制器可以自动记录变量施肥播种信息，把实际的播种量、施肥量，机组行走的路线、作业时间等记录在PCMCIA数据卡中地块的记录文件（文件名为：*.log）中，便于用户查看实际的变量施肥播种情况。友谊农场五分场二队2号地尿素施用记录如图7所示、磷钾施用记录如图8所示。
图7 五分场二队2号地尿素施用记录图 图8 五分场二队2号地磷钾施用记录图
5 . 初步结论
凯斯（CASE）公司生产的Flexi coil变量施肥播种机技术先进，变量施肥播种驱动装置采用电液伺服马达，驱动转矩较大。三箱（种子、化肥）可以实现同时变量控制，变量控制比较准确。
空气输送式变量施肥播种机由4个种肥输送总管输送，每个肥料输送总管经过分配器分配到11个种肥支管，然后送入土壤中。种子输送与肥料输送方式基本相同，其44个排种肥口的单口排量之
间会存在微小偏差（约为2%左右）。播种采用双条形播种方式，播种均匀性较国产精量播种机（气吸式或窝眼轮式）低。由于变量施肥播种机采用整体仿性，作业幅宽大（16.1米），要求土地平整，否则各行播种深度将有一定的差异，影响大豆出苗的一致性。
参考文献：
[1] 王智敏.精准农业与GPS.黑龙江八一农垦大学学报,2002.14(1):29～31
[2] 王熙,王新忠,王智敏等.基于GPS的收获机产量监视仪试验研究.农机科技推广,2002.3(1):26～27
[3] 王新忠,王熙,王智敏. 精准农业与变量施肥技术.黑龙江八一农垦大学学报,2002.14(4):25～27
[4] 王熙,王智敏,庄卫东等.DGPS在友谊农场土壤取样中的应用.黑龙江八一农垦大学学报,2003.15(1):44～46
[5] 庄卫东,刘振东,王熙.GPS数据处理及其单点定位精度研究. 黑龙江八一农垦大学学报,2003.15(2):51～53



发表于 @ 2008年06月25日 19:46:00 |点击数（）

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