我国精准农林业的关键技术.docx

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我国精准农林业的关键技术

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农业是我国国民经济的基础，农业、农村和农民问题一直是关系到我国改革开放和现代化建设的重大问题。农业科技的发展水平将直接决定传统农业向现代农业转变、粗放经营向集约经营转变的进程。林业同样是国家生态环境建设的重要组成部分，我国林业正在实现两个转变，即由计划经济向市场经济转变，由粗放经营向集约经营转变。党中央、国务院高度重视我国的农村、农业和林业发展，明确了科教兴农、科教兴林的发展战略［1］。

过去几十年来，我国的农业发展和粮食产量取得了举世瞩目的成就。然而，诸多问题也依然存在，实践证明，单纯依靠开发有限的土地资源，大量增加物质及化学产品投入，过度消耗土壤有机质和矿物养分来获得经济高增长的生产模式必将引起土地退化、生物多样性损失、生态环境破坏等严重后果。因此，通过高新技术变革传统生产方式，推动农业生产的可持续发展已刻不容缓。“精准农业”的概念正是在这样的时代背景下产生的。“精准林业”与其相对应，有着相同的内涵和相似的技术支撑，但又有一定的区别。精准农业的研究已开展20余年，目前处于研究发展阶段，部分技术、产品已趋成型。精准林业由笔者之一的冯仲科首先提出，其理论与技术体系目前尚在探索和实验阶段，并已开展了一些离散性的实验和基础性工作［2］，初具系统化和规模化。

一精准农业的概念及其关键技术

“精准农业”（precisionagriculture）源起于西方发达国家，是信息时代和知识经济的产物。其基本思路是采用一切可能的高新技术进行从土壤类型分析、土地适应性评价、生态环境模拟到作物育种、灌溉施肥、苗情监测、病虫害防治乃至大面积作物收获等一体化、智能化、自动化的现代农业生产流程，其关键技术问题是变量问题，即如何通过GIS、GPS、RS和自动化控制等先进技术，明确田间每一操作单元1m2（位点）上的空间变量信息及其具体条件，相应调整投入物资的施入量，达到减少浪费、增加收入和保护农业资源和环境质量的目的，进而实现科学种田，精准农业，精准作业，充分生长。

与传统农业相比，精准农业具有低投入、高产出、低能源、低消耗、信息化、智能化、自动化、保护生态环境和区域可持续发展等特点，通过一些高新技术可以降低农业生产投入而获得最多收益。

精准农业技术流程如图1所示，具体内容包括［3］：

图1精准农业技术流程

（1）RS用于田间信息的高效处理、存储、传输、通信；

（2）GPS用于农业机械田间导航与定位操作；

（3）GIS作为辅助管理决策支持系统，用于农业机械社会化服务的规划、组织、调度；

（4）实施农田土壤、病虫草害、作物苗情定位识别的智能化信息采集；

（5）作业机械用于实施定位处方农作和控制施肥、施药、浇水、精播、栽植和收割。

以北京农业信息技术研究中心承担的北京市小汤山精准农业示范工程为例。该工程在示范基地进行了谷物产量、水分在线测量技术应用，田间作物信息采集，遥感监测作物长势、水分、病虫草害，防治环境监测等。其中GPS采样定位、导航、ES农业专家系统分析、农业机械的实时在线控制等创新技术的应用，对精准农业示范作用起到良好效果。

二精准林业的概念与关键技术

精准林业（precisionforestry）是介于林学、精准农业和三维工业测量之间的边缘、交叉应用学科，指尽可能采用现代高新科学技术建立一体化、智能化、数字化的现代林业技术体系，使森林最大限度地发挥生态、经济、社会效益，实现森林可持续经营和区域可持续发展。精准林业以土壤学、地形地质学、气候气象学、森林培育学、森林环境学、森林环境学、数理统计分析学、非线性和系统科学等为基础学科，以摄影测量与遥感技术、GIS制图分析统计技术、GNSS技术、计算机信息技术、互联网物联网技术、林业机械技术和传感器技术作为关键技术，其目标是在单木或林分条件下，获取一棵树或整个林分在特定环境中的定量精准生长规律及其精准的定量环境效应［4～5］。

具体而言，精准林业以单木或林分为研究对象条件，以获取一棵树或个林分或特定环境中的定量精准生长量模型及其精准的定量环境效应为研究目标，应用现代广义3S技术、计算机技术、互联网物联网技术及机械传感器等集成技术，获取与一棵树相关的生长量信息，实现精准的造林设计规划，精准的调查监测，精准的经营管理，进而使森林最大限度、精准、定量和产生经济、社会、生态效应，用模型可表示为：

单木（H、D、W、V、E）=f（x，y，h）或林分

其中，H、D、W、V、E分别表示树高、胸径、生物量、材积，A、S、C为气象相关因子，此外还需结合先关遥感光谱函数。

结合国家自然科学基金“林冠山地对RTDGPS的影响机理及削减对策”（见图2）、863课题“森林精准监测与重大病虫害遥感监测及预警系统