莊衛(wèi)東

2002年11月

    現(xiàn)在測土施肥是通過在田間隨機多點取土樣，然后混合，作為整塊地的土樣，再進行化驗分析，決定肥料施用量，這樣使整塊地只能應(yīng)用一個施肥量。隨著精準農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，利用DGPS技術(shù)、地理信息系統(tǒng)（GIS）、測試技術(shù)、自動控制技術(shù)等，可在田間實時地改變施肥量，只在田間某一需要肥料的地方施用。通過DGPS在田間定點取樣，能夠做到監(jiān)測土壤成分和性質(zhì)分布，做到合理施肥，節(jié)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(nóng)墾大學精準農(nóng)業(yè)技術(shù)研究中心在黑龍江省友誼農(nóng)場五分場二隊2號地進行了土壤取樣工作。

    GPS (Global Positioning System, 全球定位系統(tǒng))是美國的第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS的空間部分使用24顆衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座，每天24小時為全球陸、海、空用戶全天侯提供三維位置、速度和時間。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以內(nèi)，這種精度完全能保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的定位需求。采集視野內(nèi)所有GPS導(dǎo)航信號，加上來自附近的差分GPS站的改正數(shù)。DGPS接收機由兩部分組成：有差分改正數(shù)輸入口的GPS接收機和無線電信號接收機。DGPS接收機可按用戶的需要顯示位置、速度和時間等。

    黑龍江省農(nóng)墾總局友誼農(nóng)場五分場二隊精準農(nóng)業(yè)技術(shù)示范項目點，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(shè)備包括MS750型雙頻接收機，GPS天線、35瓦PCC數(shù)傳電臺等組成，實際測試結(jié)果，數(shù)傳電臺作用距離為30公里，完全可以滿足精準農(nóng)業(yè)試驗需要。DGPS接收機為用于接收衛(wèi)星信號的手持式Ag132型GPS接收機和用于接收差分信號的PCC無線電信號接收機，接收機端口設(shè)置為RTCM (Radio Technical Commission for Maritime Services，航海無線電技術(shù)委員會)格式，即差分信號格式，波特率為9600。

    項目點的聯(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(tǒng)，不需要進行坐標系統(tǒng)變換。定位方式是采用GPS絕對定位，利用一臺接收機觀測衛(wèi)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，要實現(xiàn)單點絕對定位必須同時能觀測到4個衛(wèi)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)時的定位坐標可只應(yīng)用2維坐標：緯度/經(jīng)度(Lat/Long)。數(shù)據(jù)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”)。取樣找點前需要把坐標值從“度”的形式轉(zhuǎn)為“度分”的形式。把度的小數(shù)部分乘60變?yōu)榉值男问健Ｈ鐤|經(jīng)131.867822度變?yōu)闁|經(jīng)131度52.06932分。這樣根據(jù)手持式GPS顯示的坐標來確定取樣點。

    利用裝有DGPS接受機的機車，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個頂點的坐標，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：1668米  A-D長：875米   面積：130公頃

 

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

4.1 格子面積的確定

    每個單元格的面積大小應(yīng)適宜。一方面，面積太大，使單元格的面積接近整個地塊的面積，會失去變量施肥的意義；另一方面，面積太小，使單元格的數(shù)量劇增，超出變量播種機的變量范圍，造成浪費。應(yīng)根據(jù)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(yīng)速度，每個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(shù)應(yīng)小于200個，每個單元格的面積應(yīng)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行作業(yè)，作業(yè)速度為（7～10）km/h，工作幅寬為15m，確定每個單元格的面積為1.4 hm²。為了進行更精細的變量應(yīng)用試驗研究，把一些單元格分成了4個小格。根據(jù)地塊的坐標，利用美國凱斯公司的精準農(nóng)業(yè)系統(tǒng)AFS (Advanced Farming Systems，先進農(nóng)業(yè)系統(tǒng))，繪出取樣網(wǎng)格圖，見圖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)格進行編號，用于記錄。編號的原則是要利于田間行走找點和取樣，格子的編號與格子的土壤土樣編號應(yīng)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，在格子中心周圍（3～10）m范圍內(nèi)取10個土樣進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個土樣，其中2號地取了99個土樣用于變量施肥，3號地取了2個土樣用于比較分析。總之，利用DGPS進行田間定點土壤取樣，進行土壤養(yǎng)分分析是精準農(nóng)業(yè)的一個基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，需要認真進行。如使用土壤采樣車或掌上電腦，配合相關(guān)軟件，將會使定點取樣更易進行。