莊衛(wèi)東

2002年11月

    現(xiàn)在測(cè)土施肥是通過在田間隨機(jī)多點(diǎn)取土樣，然后混合，作為整塊地的土樣，再進(jìn)行化驗(yàn)分析，決定肥料施用量，這樣使整塊地只能應(yīng)用一個(gè)施肥量。隨著精準(zhǔn)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(cè)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DGPS在田間定點(diǎn)取樣，能夠做到監(jiān)測(cè)土壤成分和性質(zhì)分布，做到合理施肥，節(jié)約費(fèi)用、降低成本，達(dá)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(xué)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)研究中心在黑龍江省友誼農(nóng)場(chǎng)五分場(chǎng)二隊(duì)2號(hào)地進(jìn)行了土壤取樣工作。

    GPS (Global Positioning System, 全球定位系統(tǒng))是美國(guó)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(shí)為全球陸、海、空用戶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(hào)，此改正信號(hào)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(jí)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(hào)，加上來自附近的差分GPS站的改正數(shù)。DGPS接收機(jī)由兩部分組成：有差分改正數(shù)輸入口的GPS接收機(jī)和無線電信號(hào)接收機(jī)。DGPS接收機(jī)可按用戶的需要顯示位置、速度和時(shí)間等。

    黑龍江省農(nóng)墾總局友誼農(nóng)場(chǎng)五分場(chǎng)二隊(duì)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)示范項(xiàng)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(yùn)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(jī)，GPS天線、35瓦PCC數(shù)傳電臺(tái)等組成，實(shí)際測(cè)試結(jié)果，數(shù)傳電臺(tái)作用距離為30公里，完全可以滿足精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)需要。DGPS接收機(jī)為用于接收衛(wèi)星信號(hào)的手持式Ag132型GPS接收機(jī)和用于接收差分信號(hào)的PCC無線電信號(hào)接收機(jī)，接收機(jī)端口設(shè)置為RTCM (Radio Technical Commission for Maritime Services，航海無線電技術(shù)委員會(huì))格式，即差分信號(hào)格式，波特率為9600。

    項(xiàng)目點(diǎn)的聯(lián)合收割機(jī)和變量播種機(jī)的GPS接收機(jī)與Ag132型GPS接收機(jī)接收的都是WGS-84（World Geodetic System-1984，1984年世界大地坐標(biāo)系）坐標(biāo)，所以采樣定位坐標(biāo)采用WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)，不需要進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)變換。定位方式是采用GPS絕對(duì)定位，利用一臺(tái)接收機(jī)觀測(cè)衛(wèi)星，獨(dú)立地確定出自身在WGS-84坐標(biāo)系的絕對(duì)位置，這一位置在WGS-84坐標(biāo)系中是****的，要實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)絕對(duì)定位必須同時(shí)能觀測(cè)到4個(gè)衛(wèi)星，這樣能確定3維坐標(biāo)：緯度、經(jīng)度、高度。機(jī)器在田間作業(yè)時(shí)的定位坐標(biāo)可只應(yīng)用2維坐標(biāo)：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(jī)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(biāo)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?。如東經(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(biāo)來確定取樣點(diǎn)。

    利用裝有DGPS接受機(jī)的機(jī)車，沿2號(hào)地的邊緣行走，在存儲(chǔ)卡中記錄下地塊的邊緣坐標(biāo)，手工記錄下地塊的4個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)，以利于比較和計(jì)算使用。

                   C                 B

 

 

 

             D                  A

                圖1   2號(hào)地示意圖

 

A-B長(zhǎng)：1668米  A-D長(zhǎng)：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(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(duì)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(yīng)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(shù)量劇增，超出變量播種機(jī)的變量范圍，造成浪費(fèi)。應(yīng)根據(jù)地塊的大小、形狀，變量作業(yè)機(jī)組的作業(yè)速度、工作幅寬、變量響應(yīng)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(shù)應(yīng)小于200個(gè)，每個(gè)單元格的面積應(yīng)大于0.2 hm²。2號(hào)地的面積為130 hm²，為平行四邊形，擬采用大型變量播種機(jī)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(xì)的變量應(yīng)用試驗(yàn)研究，把一些單元格分成了4個(gè)小格。根據(jù)地塊的坐標(biāo)，利用美國(guó)凱斯公司的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)AFS (Advanced Farming Systems，先進(jìn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng))，繪出取樣網(wǎng)格圖，見圖2。

圖2   2號(hào)地取樣網(wǎng)格圖

 

4.2 格子的編號(hào)                                    

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

4.3 取樣格中心坐標(biāo)確定

    利用單元格對(duì)角的經(jīng)緯度坐標(biāo)確定其中心坐標(biāo)，即分別求其單元格對(duì)角經(jīng)度和緯度的平均值，得到中心坐標(biāo)。相臨的單元格中心坐標(biāo)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(biāo)按編號(hào)整理成表備用。

    使用DGPS接收機(jī)，按照編號(hào)及坐標(biāo)，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(gè)土樣進(jìn)行混合作為此格的土樣，做好標(biāo)記，用于土壤化驗(yàn)分析。

    此次土壤取樣，共取了101個(gè)土樣，其中2號(hào)地取了99個(gè)土樣用于變量施肥，3號(hào)地取了2個(gè)土樣用于比較分析。總之，利用DGPS進(jìn)行田間定點(diǎn)土壤取樣，進(jìn)行土壤養(yǎng)分分析是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的一個(gè)基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，需要認(rèn)真進(jìn)行。如使用土壤采樣車或掌上電腦，配合相關(guān)軟件，將會(huì)使定點(diǎn)取樣更易進(jìn)行。