摘要：新疆作為的主要產棉區，棉田集中，種植規模大，機械化程度高，單產水平高，原棉色澤好，“三絲”含量相對低于其他棉區，棉花產量約占棉產量的50%。通過實地調研，對北斗衛星導航與精準農業在棉花的精準播種、遙感監測、滴灌水肥一體化精準管理以及精準施藥等方面的應用典型進行了綜述。在肯定當前的基礎上，對未來精準農業的發展提出了發展方向，旨在促進棉花種植中產量的增收、增效。

　　關鍵詞：北斗導航；精準農業；精準播種；遙感監測；滴灌水肥一體化；精準施藥

　　一、概述

　　北斗衛星導航系統是自行研制、獨立運行的全球衛星與定位通信系統。隨著北斗衛星導航系統的進一步建設，北斗將成為精準農業技術發展的核心組成之一。政府高度重視促進北斗系統在精準農業中的應用，并特地為此增加了財政補貼。該補貼政策的實施促進了北斗農機自動導航駕駛和輔助駕駛導航系統的推廣，為精準農業發展奠定了良好基礎。新疆是“絲綢之路經濟帶”核心區、“一帶一路”空間信息走廊建設與應用的重要區域。新疆兵團以農業機械化和節水灌溉為突破口，實現了集約化、現代化農業生產經營，農業作業實現了統一化管理，綜合農業生產機械化率達95%，為新疆發展精準農業打下堅實基礎。為充分發揮全國學會的專家智庫資源，科協啟動了創新助力工程項目，支持科協所屬全國學會專家走進重大倡議區域和重點產業領域，助力創新發展。為了解新疆精準農業與北斗導航的應用現狀，課題組組織專家對新疆進行了相關的調研活動。

　　二、北斗導航與精準農業在棉花種植中的典型應用

　　（一）北斗衛星導航在棉花精準播種中的應用

　　隨著農業技術的不斷發展和進步，精準播種已經成為一種必然的趨勢，如何立足當地實際狀況，切實做好棉花的精準播種已經逐漸成為擺在我們面前的首要難題。深入了解目前精準播種的現狀技術，對于明確其未來發展方向至關重要。

　　經調研獲知，安裝北斗導航自動駕駛系統的拖拉機實現了無人駕駛、精準作業，為農戶和合作社工作人員帶來了便利，每天的播種面積能達到200畝，極大提高了棉花播種效率。但存在著只能走直線，不能轉彎等缺點。常見故障有：信號不好，影響播種操作。另外，導航裝置沒有在拖拉機出廠前安裝，而是在拖拉機出廠后進行安裝，影響了精準播種的順利進行。

　　（二）遙感技術在棉花種植面積和長勢監測中的應用

　　農作物面積及長勢的遙感提取與監測是國內外普遍關注的研究課題。遙感技術可以快速有效地監測大面積植被的種類、特性、長勢等信息，并已得到了廣泛的應用[1]。

　　在項目示范區選址，開展棉花種植面積遙感監測，棉花種植面積與連隊土地利用現狀圖對照，準確率達到96%。通過采集研究區高精度的可見光數據，利用相關處理軟件及圖像處理方法有效的實現了棉田保苗株數的信息提取。通過無人機數據與地面結合，利用相關算法對示范區土壤溫度進行檢查和模擬，并用于指導農戶適時采取播種措施。按照棉花生育期不同階段，開展長勢監測作業，監測棉花生長的苗期、盛蕾期、盛鈴期，監測結果與農戶實地對照，反饋結果與其具有較好的一致性。

　　（三）滴灌水肥一體化精準管理系統在棉花種植中的應用

　　農業生產活動導致農業面源污染，化學肥料是土壤養分的主要來源之一，不同種類的農作物或同一農作物的不同生長階段對施肥量的需求也各不相同[2-3]。棉花在生長的不同階段對肥料和水分的需求是不同的。

　　為了對土壤的基礎情況進行了解，項目組2018至2019年分別在石河子總場四分場和六分場核心示范區，采用GPS定位的網格采樣法完成項目區土壤樣品采集，共采集土壤樣品812個，測試了氮磷鉀、有機質共計9744項次。項目組根據實際需求對變量施肥機的型號、性能和價格進行了確定，在石河子總場四分場三連和六分場六連各配置1套滴灌水肥一體化精準管理系統，并配置了田間信息精準監測系統，在棉花生育時期全程監測農田墑情、氣象、設備工況等信息，為水肥決策和作業管理提供信息支撐。該系統的相關界面如圖1至圖3所示：

　　（四）精準施藥在棉花種植中的應用

　　農藥殘留檢測關乎食品安全和人類健康問題。在節藥方面，農藥使用的標準化用藥問題日漸嚴重。農戶經常會經驗性地使用農藥，不看農藥的使用說明，隨意進行農藥的配比和農藥的使用。農戶也追求一次解決所有問題，而加大農藥的劑量和濃度，這樣的做法是極其有害的[4-5]。

　　項目組在調研的基礎上研發了棉蚜監測預警系統與棉葉螨監測預警系統，并對變量施藥精準技術進行探索與研究，建設地點選擇在石河子總場六分場六連與石河子總場四分場三連。研發的基于圖像識別的棉蚜精準監測系統，實現了棉蚜圖像采集、區域定位、蚜蟲數量快速統計、空間分布顯示、發生量預測等功能，這些功能均可在手機終端進行操作。棉葉螨檢測服務系統實現了棉葉螨危害等級的快速識別，準確記錄受害中心株的位置。在系統運行期間，項目組根據需求設定了按3天為1個周期對示范區棉田開展棉蚜和棉葉螨信息采集與監測工作，并按5-7天為1周期出具監測報告與蟲情分布圖，依據監測結果出具施藥處方。項目組在蟲害發生期，開展蟲害遙感監測5次，監測面積累積4500畝，主要發現蟲害情況為紅蜘蛛較為嚴重，通過生成蟲害空間分布圖，與農戶反饋相對比，監測結果與實地對照結果高度一致。另外，配置和升級變量噴藥機，實現了蟲害防治的變量作業。對于無人機的應用，建立了一套適合北疆棉田作業的植保無人機作業技術體系。經過2018年、2019年的試驗示范，有效節約農藥的使用量20%以上，畝節約藥劑成本22元以上。

　　三、結語與展望

　　基于北斗導航的精準農業可以通過提高土地生產力與降低消耗以達到增產的目的。目前，棉花生產環節尚未實現全程數字化、精準化作業。對于精準育種、精準收獲、產后的數字化等環節有待實現。由于目前的北斗導航基站覆蓋范圍不夠大，有些偏遠地方信號弱、導航精度低。在現有的技術下，還沒有做到完全的精準定位和對單株作物的營養及健康狀況進行診斷，因此還無法依據單株作物的實際需求進行精準施肥、施水與施藥。

　　隨著導航技術的發展，定位的精度必將提高，相信未來能夠做到對棉花單株的定位與監測，這樣將會對水、肥、以及農藥的噴灑實現有的放矢，將會大大節約水、肥以及農藥的噴灑量，從而更好的指導田間管理,提高棉花產量。

　　參考文獻：

　　[1]李敏,趙庚星,李百紅,等.基于遙感的鄉鎮級棉花面積提取與長勢監測研究[J].山東農業大學學報(自然科學版),2011,42(4):533-538.

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

　　[3]劉亞瓊,李法虎,楊玉林.北京市農作物種植結構調整與節水節肥方案優化[J].農業大學學報,2011(5):39-44.

　　[4]李東.淺談無公害蔬菜生產中的農藥污染問題及對策[J].農業與技術,2018,38(24):48.

　　[5]桂文君.農藥殘留檢測新技術研究進展[J].食品科學技術學報,2012,30(3):13-18.

　　文/沈劍波1，王應寬1，2