【摘要】：我国农业正从传统的粗犷式向现代的精准式方向发展,可变量技术是实施精准农业的重要手段。变量施肥不仅具有高产、高效、优质等特点,还具有科学性、合理性以及针对性,目前已经成为世界范围内科学施肥的典范。变量施肥能够有效地减少环境污染,提高作物的品质和产量,减少化肥的投入量,降低生产成本,在现代化精准农业发展进程中具有深远的战略意义。然而在我国的农村地区,田间化肥的施用仍然以人工撒播方式为主,劳动效率低下。上个世纪90年代以来,许多发达国家研制出各具特色的变量施肥机,变量施肥系统一般附带导航、采集土壤样品、生成电子地图、实时记录作业信息等额外的功能,但大多总体造价高,且实际作业效果受到土壤环境等因素影响较大。近年来,我国变量施肥技术取得了较大的发展,在变量施肥处方制定、肥料配比施入等领域都取得了很多成果,但主体技术形式与国外相似,由于成本高、操作复杂等原因,相关研究成果主要局限在科研领域,在实际农业生产中应用较少,尤其无法在广大农村推广使用。本文针对我国南方农村农业生产按户分散作业、不同农户农田护理差异显著、单户田块面积小、单个田块土壤肥力状况相对均匀等特点,并结合农户基肥施肥作业中最为关注的两个实际问题:确定单个自然田块的目标施肥量和实现单个自然田块的施肥均匀性,提出了基于亩产潜力和目标产量的变量施肥电子处方图的构建方案及实现方法,开发出可以指导变量施肥机械作业的电子处方图软件系统,可以自动确定作业田块的目标施肥量,实现不同自然田块内的变量施肥和单个自然田块内的均匀施肥作业。具体的研究内容和研究成果如下:(1)基于农村自然田块的电子地图构建:不同农户间的田块,通过长期的耕作形成了比较稳定的自然边界,为了识别田块的地理位置,将自然边界等效成不规则多边形,应用高精度GPS测量仪记录多边形顶点的经纬度坐标,构建基于自然田块的电子地图。(2)设计基于自然田块的定位算法:将农村单个自然田块作为变量施肥的作业单元,采用角度累加算法完成对自然田块的定位识别,在实际应用时,根据已经建立的电子地图,可以应用普通精度GPS模块实现对自然田块的定位。(3)基于自然田块的亩产潜力数据库的构建:在农村,同一区域内由不同农户经营的相邻田块的土壤肥力状况可能存在较大差异,导致亩产潜力的不同,亩产潜力综合反映了田块的肥力状况,在多年耕作基础上,农户对自家农田的亩产潜力有比较清楚的认识,通过对农户经营的自然田块亩产潜力的调查,可以建立基于自然田块的亩产潜力数据库.(4)基于目标产量的施肥策略:农业主管部门和相关农业科技部门在长期实践基础上,总结出容易被农户理解和接受的目标产量和施肥量之间的对应关系,本文采用这种对应关系构建出基于目标产量的施肥策略,结合自然田块亩产潜力数据,提供目标施肥量数据。(5)变量施肥电子处方图软件系统的构建:基于自然田块的电子地图、自然田块定位算法、亩产潜力数据库和基于目标产量的施肥策略共同构建成变量施肥电子处方图软件系统,本文基于Android开发了一款简单实用的变量施肥电子处方图软件系统,该软件系统能够通过蓝牙与硬件设备进行数据通讯,从而达到记录田间作业信息和发送变量施肥控制信息的功能。(6)田间性能测试:将开发的变量施肥电子处方图软件系统安装在Android系统手机上开展了性能测试实验,软件系统能利用普通精度GPS模块采集的信息完成自然田块的定位,通过手机蓝牙功能向具有蓝牙通讯功能的硬件设备提供目标施肥量信息,并接收硬件设备传送的作业信息,记录形成田间变量施肥作业数据文件。田间测试结果表明:本文开发的基于亩产潜力和目标产量的变量施肥电子处方图软件系统能实现有效识别作业田块的位置信息,根据作业田块的亩产潜力和目标产量,结合内嵌的施肥策略正确给出目标施肥量,实现以自然田块为处理单元的变量施肥作业,适合我国农村散户使用。
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【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP311.52;S224.2
【参考文献】
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2361135
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