北斗导航与精准农业在新疆棉花种植中的典型应用

　　摘要：新疆作为的主要产棉区，棉田集中，种植规模大，机械化程度高，单产水平高，原棉色泽好，“三丝”含量相对低于其他棉区，棉花产量约占棉产量的50%。通过实地调研，对北斗卫星导航与精准农业在棉花的精准播种、遥感监测、滴灌水肥一体化精准管理以及精准施药等方面的应用典型进行了综述。在肯定当前的基础上，对未来精准农业的发展提出了发展方向，旨在促进棉花种植中产量的增收、增效。

　　关键词：北斗导航；精准农业；精准播种；遥感监测；滴灌水肥一体化；精准施药

　　一、概述

　　北斗卫星导航系统是自行研制、独立运行的全球卫星与定位通信系统。随着北斗卫星导航系统的进一步建设，北斗将成为精准农业技术发展的核心组成之一。政府高度重视促进北斗系统在精准农业中的应用，并特地为此增加了财政补贴。该补贴政策的实施促进了北斗农机自动导航驾驶和辅助驾驶导航系统的推广，为精准农业发展奠定了良好基础。新疆是“丝绸之路经济带”核心区、“一带一路”空间信息走廊建设与应用的重要区域。新疆兵团以农业机械化和节水灌溉为突破口，实现了集约化、现代化农业生产经营，农业作业实现了统一化管理，综合农业生产机械化率达95%，为新疆发展精准农业打下坚实基础。为充分发挥全国学会的专家智库资源，科协启动了创新助力工程项目，支持科协所属全国学会专家走进重大战略区域和重点产业领域，助力创新发展。为了解新疆精准农业与北斗导航的应用现状，课题组组织专家对新疆进行了相关的调研活动。

　　二、北斗导航与精准农业在棉花种植中的典型应用

　　（一）北斗卫星导航在棉花精准播种中的应用

　　随着农业技术的不断发展和进步，精准播种已经成为一种必然的趋势，如何立足当地实际状况，切实做好棉花的精准播种已经逐渐成为摆在我们面前的首要难题。深入了解目前精准播种的现状技术，对于明确其未来发展方向至关重要。

　　经调研获知，安装北斗导航自动驾驶系统的拖拉机实现了无人驾驶、精准作业，为农户和合作社工作人员带来了便利，每天的播种面积能达到200亩，极大提高了棉花播种效率。但存在着只能走直线，不能转弯等缺点。常见故障有：信号不好，影响播种操作。另外，导航装置没有在拖拉机出厂前安装，而是在拖拉机出厂后进行安装，影响了精准播种的顺利进行。

　　（二）遥感技术在棉花种植面积和长势监测中的应用

　　农作物面积及长势的遥感提取与监测是国内外普遍关注的研究课题。遥感技术可以快速有效地监测大面积植被的种类、特性、长势等信息，并已得到了广泛的应用[1]。

　　在项目示范区选址，开展棉花种植面积遥感监测，棉花种植面积与连队土地利用现状图对照，准确率达到96%。通过采集研究区高精度的可见光数据，利用相关处理软件及图像处理方法有效的实现了棉田保苗株数的信息提取。通过无人机数据与地面结合，利用相关算法对示范区土壤温度进行检查和模拟，并用于指导农户适时采取播种措施。按照棉花生育期不同阶段，开展长势监测作业，监测棉花生长的苗期、盛蕾期、盛铃期，监测结果与农户实地对照，反馈结果与其具有较好的一致性。

　　（三）滴灌水肥一体化精准管理系统在棉花种植中的应用

　　农业生产活动导致农业面源污染，化学肥料是土壤养分的主要来源之一，不同种类的农作物或同一农作物的不同生长阶段对施肥量的需求也各不相同[2-3]。棉花在生长的不同阶段对肥料和水分的需求是不同的。

　　为了对土壤的基础情况进行了解，项目组2018至2019年分别在石河子总场四分场和六分场核心示范区，采用GPS定位的网格采样法完成项目区土壤样品采集，共采集土壤样品812个，测试了氮磷钾、有机质共计9744项次。项目组根据实际需求对变量施肥机的型号、性能和价格进行了确定，在石河子总场四分场三连和六分场六连各配置1套滴灌水肥一体化精准管理系统，并配置了田间信息精准监测系统，在棉花生育时期全程监测农田墒情、气象、设备工况等信息，为水肥决策和作业管理提供信息支撑。该系统的相关界面如图1至图3所示：

　　（四）精准施药在棉花种植中的应用

　　农药残留检测关乎食品安全和人类健康问题。在节药方面，农药使用的标准化用药问题日渐严重。农户经常会经验性地使用农药，不看农药的使用说明，随意进行农药的配比和农药的使用。农户也追求一次解决所有问题，而加大农药的剂量和浓度，这样的做法是极其有害的[4-5]。

　　项目组在调研的基础上研发了棉蚜监测预警系统与棉叶螨监测预警系统，并对变量施药精准技术进行探索与研究，建设地点选择在石河子总场六分场六连与石河子总场四分场三连。研发的基于图像识别的棉蚜精准监测系统，实现了棉蚜图像采集、区域定位、蚜虫数量快速统计、空间分布显示、发生量预测等功能，这些功能均可在手机终端进行操作。棉叶螨检测服务系统实现了棉叶螨危害等级的快速识别，准确记录受害中心株的位置。在系统运行期间，项目组根据需求设定了按3天为1个周期对示范区棉田开展棉蚜和棉叶螨信息采集与监测工作，并按5-7天为1周期出具监测报告与虫情分布图，依据监测结果出具施药处方。项目组在虫害发生期，开展虫害遥感监测5次，监测面积累积4500亩，主要发现虫害情况为红蜘蛛较为严重，通过生成虫害空间分布图，与农户反馈相对比，监测结果与实地对照结果高度一致。另外，配置和升级变量喷药机，实现了虫害防治的变量作业。对于无人机的应用，建立了一套适合北疆棉田作业的植保无人机作业技术体系。经过2018年、2019年的试验示范，有效节约农药的使用量20%以上，亩节约药剂成本22元以上。

　　三、结语与展望

　　基于北斗导航的精准农业可以通过提高土地生产力与降低消耗以达到增产的目的。目前，棉花生产环节尚未实现全程数字化、精准化作业。对于精准育种、精准收获、产后的数字化等环节有待实现。由于目前的北斗导航基站覆盖范围不够大，有些偏远地方信号弱、导航精度低。在现有的技术下，还没有做到完全的精准定位和对单株作物的营养及健康状况进行诊断，因此还无法依据单株作物的实际需求进行精准施肥、施水与施药。

　　随着导航技术的发展，定位的精度必将提高，相信未来能够做到对棉花单株的定位与监测，这样将会对水、肥、以及农药的喷洒实现有的放矢，将会大大节约水、肥以及农药的喷洒量，从而更好的指导田间管理,提高棉花产量。

　　参考文献：

　　[1]李敏,赵庚星,李百红,等.基于遥感的乡镇级棉花面积提取与长势监测研究[J].山东农业大学学报(自然科学版),2011,42(4):533-538.

　　[2]CorwinDL,VaughanPJ,LoagueK.ModelingnonpointsourcepollutantsinthevadosezonewithGIS[J].EnvironmentalScienceandTechnology,1997,31(8):2157-2175.

　　[3]刘亚琼,李法虎,杨玉林.北京市农作物种植结构调整与节水节肥方案优化[J].农业大学学报,2011(5):39-44.

　　[4]李东.浅谈无公害蔬菜生产中的农药污染问题及对策[J].农业与技术,2018,38(24):48.

　　[5]桂文君.农药残留检测新技术研究进展[J].食品科学技术学报,2012,30(3):13-18.

　　文/沈剑波1，王应宽1，2

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