莊衛東

2002年11月

    現在測土施肥是通過(guò)在田間隨機多點(diǎn)取土樣，然后混合，作為整塊地的土樣，再進(jìn)行化驗分析，決定肥料施用量，這樣使整塊地只能應用一個(gè)施肥量。隨著(zhù)精準農業(yè)技術(shù)的發(fā)展，利用DGPS技術(shù)、地理信息系統（GIS）、測試技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等，可在田間實(shí)時(shí)地改變施肥量，只在田間某一需要肥料的地方施用。通過(guò)DGPS在田間定點(diǎn)取樣，能夠做到監測土壤成分和性質(zhì)分布，做到合理施肥，節約費用、降低成本，達到增加產(chǎn)量、提高效益的目的。2002年10月底，利用DGPS定位，黑龍江八一農墾大學(xué)精準農業(yè)技術(shù)研究中心在黑龍江省友誼農場(chǎng)五分場(chǎng)二隊2號地進(jìn)行了土壤取樣工作。

    GPS (Global Positioning System, 全球定位系統)是美國的第二代衛星導航系統。GPS的空間部分使用24顆衛星組成衛星星座，每天24小時(shí)為全球陸、海、空用戶(hù)全天侯提供三維位置、速度和時(shí)間。DGPS(Differential GPS)是差分GPS，DGPS是在正常的GPS外附加(差分)改正信號，此改正信號改善了GPS的精度。GPS的定位誤差一般在15m，而DGPS的定位誤差是米級的，即定位誤差在1m以?xún)?，這種精度完全能保證農業(yè)生產(chǎn)中的定位需求。采集視野內所有GPS導航信號，加上來(lái)自附近的差分GPS站的改正數。DGPS接收機由兩部分組成：有差分改正數輸入口的GPS接收機和無(wú)線(xiàn)電信號接收機。DGPS接收機可按用戶(hù)的需要顯示位置、速度和時(shí)間等。

    黑龍江省農墾總局友誼農場(chǎng)五分場(chǎng)二隊精準農業(yè)技術(shù)示范項目點(diǎn)，采用地面差分糾偏站方式，這樣一次性投資建站，后期運行成本比較低。地面GPS差分糾偏站設備包括MS750型雙頻接收機，GPS天線(xiàn)、35瓦PCC數傳電臺等組成，實(shí)際測試結果，數傳電臺作用距離為30公里，完全可以滿(mǎn)足精準農業(yè)試驗需要。DGPS接收機為用于接收衛星信號的手持式Ag132型GPS接收機和用于接收差分信號的PCC無(wú)線(xiàn)電信號接收機，接收機端口設置為RTCM (Radio Technical Commission for Maritime Services，航海無(wú)線(xiàn)電技術(shù)委員會(huì ))格式，即差分信號格式，波特率為9600。

    項目點(diǎn)的聯(lián)合收割機和變量播種機的GPS接收機與Ag132型GPS接收機接收的都是WGS-84（World Geodetic System-1984，1984年世界大地坐標系）坐標，所以采樣定位坐標采用WGS-84坐標系統，不需要進(jìn)行坐標系統變換。定位方式是采用GPS絕對定位，利用一臺接收機觀(guān)測衛星，獨立地確定出自身在WGS-84坐標系的絕對位置，這一位置在WGS-84坐標系中是****的，要實(shí)現單點(diǎn)絕對定位必須同時(shí)能觀(guān)測到4個(gè)衛星，這樣能確定3維坐標：緯度、經(jīng)度、高度。機器在田間作業(yè)時(shí)的定位坐標可只應用2維坐標：緯度/經(jīng)度(Lat/Long)。數據處理中經(jīng)緯度的表示方式為“ddd.dddddd*”(其中“*”代表“度”)，Ag132型GPS接收機經(jīng)緯度的顯示方式為“ddd* mm.mmmmm’”(其中“’”代表“分”)。取樣找點(diǎn)前需要把坐標值從“度”的形式轉為“度分”的形式。把度的小數部分乘60變?yōu)榉值男问?。如東經(jīng)131.867822度變?yōu)闁|經(jīng)131度52.06932分。這樣根據手持式GPS顯示的坐標來(lái)確定取樣點(diǎn)。

    利用裝有DGPS接受機的機車(chē)，沿2號地的邊緣行走，在存儲卡中記錄下地塊的邊緣坐標，手工記錄下地塊的4個(gè)頂點(diǎn)的坐標，以利于比較和計算使用。

                   C                 B

 

 

 

             D                  A

                圖1   2號地示意圖

 

A-B長(cháng)：1668米  A-D長(cháng)：875米   面積：130公頃

 

    土壤取樣有格子取樣和土壤類(lèi)型取樣兩種方法。由于格子取樣方便、容易操作，利于后續作業(yè)的進(jìn)行，所以采用格子取樣法。格子取樣是把田地分為多個(gè)方形或矩形的田塊，對每個(gè)格子進(jìn)行分別取樣。

4.1 格子面積的確定

    每個(gè)單元格的面積大小應適宜。一方面，面積太大，使單元格的面積接近整個(gè)地塊的面積，會(huì )失去變量施肥的意義；另一方面，面積太小，使單元格的數量劇增，超出變量播種機的變量范圍，造成浪費。應根據地塊的大小、形狀，變量作業(yè)機組的作業(yè)速度、工作幅寬、變量響應速度，每個(gè)變量處方圖單元格的容量等綜合因素考慮確定單元格的面積。一般一塊地的單元格數應小于200個(gè)，每個(gè)單元格的面積應大于0.2 hm²。2號地的面積為130 hm²，為平行四邊形，擬采用大型變量播種機進(jìn)行作業(yè)，作業(yè)速度為（7～10）km/h，工作幅寬為15m，確定每個(gè)單元格的面積為1.4 hm²。為了進(jìn)行更精細的變量應用試驗研究，把一些單元格分成了4個(gè)小格。根據地塊的坐標，利用美國凱斯公司的精準農業(yè)系統AFS (Advanced Farming Systems，先進(jìn)農業(yè)系統)，繪出取樣網(wǎng)格圖，見(jiàn)圖2。

圖2   2號地取樣網(wǎng)格圖

 

4.2 格子的編號                                    

    對要取樣的網(wǎng)格進(jìn)行編號，用于記錄。編號的原則是要利于田間行走找點(diǎn)和取樣，格子的編號與格子的土壤土樣編號應一致。

4.3 取樣格中心坐標確定

    利用單元格對角的經(jīng)緯度坐標確定其中心坐標，即分別求其單元格對角經(jīng)度和緯度的平均值，得到中心坐標。相臨的單元格中心坐標緯度相差0.0010797度，經(jīng)度相差0.0015253度，相距118.3m。把需取樣格中心坐標按編號整理成表備用。

    使用DGPS接收機，按照編號及坐標，在田間逐一找到取樣格中心，在格子中心周?chē)?～10）m范圍內取10個(gè)土樣進(jìn)行混合作為此格的土樣，做好標記，用于土壤化驗分析。

    此次土壤取樣，共取了101個(gè)土樣，其中2號地取了99個(gè)土樣用于變量施肥，3號地取了2個(gè)土樣用于比較分析?？傊?，利用DGPS進(jìn)行田間定點(diǎn)土壤取樣，進(jìn)行土壤養分分析是精準農業(yè)的一個(gè)基礎環(huán)節，需要認真進(jìn)行。如使用土壤采樣車(chē)或掌上電腦，配合相關(guān)軟件，將會(huì )使定點(diǎn)取樣更易進(jìn)行。