GIS在精准农业中的应用

农田地理信息系统是管理精准农业所有信息，进行农作空间分析，给出准确可靠的农事操作方案。主要包括信息管理服务、信息交换与更新服务、信息决策分析服务和信息发布服务等项。精准农业的地理信息系统应该具备以下功能。

1.适合精准农业的数据库构建

数据库是精准农业农田地理信息系统的基础，数据来源于遥感、GPS、地理背景图件、本底调查、实时农田采集以及经济数据等。

（1）地理背景数据：试验示范地的位置（行政区），地形图和全要素底图，农业设施，气象站，境界线，地形和土地利用（耕地、园地、林地、草地等）等。

（2）GPS数据：GPS控制点，土壤、环境、水分等采样点的GPS点数据。

（3）土壤数据：土壤类型，土壤剖面，土壤质地，耕作层与土层厚度，土壤养分淋洗等，土壤容重，土壤养分（土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾），土壤微量元素（硼、锰、铜、锌等），土壤含水量，土壤渗透性，田间持水量数据等，与地理背景数据叠加可以形成土壤要素空间分布图、不同深度土壤图等。

（4）环境数据：水（井水）、土壤、植物、空气等，分析铅、汞、镉、砷、总氮、速效氮、总磷、速效磷、有机质、有机磷等项目。

（5）气象资料数据：经纬度、海拔、日照时数、日平均温度、日温度极值、空气相对湿度、风速、日降水量、水汽压等。

（6）作物数据：作物种类，作物品种，生态适应性，生长发育，农艺形状，抗性，品质，作物营养需求（水分、养分等），病虫害等。

（7）农业生产条件数据：化肥投入、灌溉条件、播种面积、种植制度、产量水平、农药使用量、价格等。

（8）化肥农药数据：品名、价格、形状、作用等。

（9）影像数据：机片“卫星数票。

2.适合精准农业农田数据管理

农田信息具有多源性，具体表现在存储格式多样性、多尺度性、获取方式多样性，另外还包括系统或数据库数据组织的复杂性。通过GIS平台，在融合多源数据的基础上建立农田管理系统，实现对多源、多时相农田信息的有序管理和分析，这是精准农业实施的基础，其作用表现在数据组织和集成管理、空间分析查询、空间数据更新与综合处理、可视化分析与表达。GIS为田间信息采集提供基础信息，也为田间变量实施决策分析提供信息源，因此农田地理信息系统是精准农业实施的信息管理员。

3.适合精准农业的空间分析

地理信息系统在精准农业中的主要作用是对各种空间数据进行管理，通过把地形地貌、土壤类型、土壤测试结果、化肥农药使用情况以及产量等数据输入GIS系统，对这些信息进行加工处理，绘制信息电子地图，并抽取相关信息提供给施肥专家系统等决策支持系统，形成施肥、灌溉、播种、除草、灭虫等田间操作决策。

精准农业需要的空间分析包括：①作物产量空间分布分析；②土壤养分空间分布分析；③土壤水分空间分布分析；④土壤微量元素空间分析；⑤作物需求空间分析；⑥环境空间分析等。

4.农事操作空间决策分析

决策分析服务是整个地理信息服务平台的核心部分，利用已有的信息，根据不同应用目的，集成相应的知识和模型，分析生成供决策服务的知识，这是地理信息技术在精准农业应用中的首要目的。信息分析服务是一个知识挖掘的过程，其关键是GIS与专家系统、模型库系统集成，其集成程度决定分析效率和分析结果的可靠性。决策分析可以归纳为产前规划评价分析、产中监测与控制分析，以及产后分析与销售管理。

决策支持子系统主要包括播前决策、施肥管理、病虫害防治、生育期调控和产量结构调控五部分。

（1）播前决策：主要包括选择品种、播种时期、播种密度等。系统通过土壤肥力模型、作物生长模拟模型对农田的基本状况进行分析，对作物品种进行最佳选择后，在GIS支持下得到变量播种图。

（2）施肥管理：包括施肥时间、施肥量、施肥密度等。变量施肥是农田决策的主要组成部分，也是精准农业研究的重要领域。

（3）病虫害防治：包括病虫害种类，可能发生的时间、程度。确定用药种类、时间、用量。根据当地气候、往年病虫害发生情况和作物生长状况，预测病虫害的发生，并根据病虫害专家系统给出具体防治方案。

（4）生育期调控：确定生育期的调控建议。根据作物生长规律，在作物生长的每一阶段给出最佳调控建议，以期得到最佳生育状态。

（5）产量结构调控：根据土壤肥力等状况，按照可持续发展的原则，提出产量调控建议。