【关键词】贫困山区；农业；种植模式农业是人类衣食之源、生存之本。从拿起工具开始农业生产的那一天开始，如何减轻劳动强度、如何提高劳动效率就成为人们的理想和追求。从刀耕火种的原始农业到自给自足的传统农业，再到以机械化、水利化、化学化和电气化为标准的石油农业，最后发展到合理利用自然资源、维护生态平衡为标志的生态农业。人类在不断探索着、前进着。我国人均占有土地资源少，人增地减趋势仍在继续，尤其是在山区。随着社会发展和人民生活水平的提高，对农产品的需求将不断增长，因此提高土地利用率，提高复种指数，一地多种、一地多收，发展间作、连作、混作等多熟制是必行之路。根据广大农民群众生产、生活需求，发展有机农业种植中的植保技术、养分管理、蔬菜、果树栽培技术等。多种高效模式，多种科学技术，不仅挖掘了光、热、水、土地资源的生产潜力，还增强农业抗风险能力，最终达到增产增收。
中学生进入高中阶段，已经学习了生物学科，而这个科目是与生活最为密切相关的，为了让学生更好的，更多的掌握生物科知识，最有效，最直接的方法，就是运用于农业生产实践。这样强化教学与生产实践的结合，促进农业技术推广、农村实用人才和未来新型农民培训工作。所以本题目设计了学生到农家乐或农户家中进行几项简单易行的实践活动，以事实检验中学生所学知和生产实践的结合，了解先进的农业生产技术，改变学生对未来在农业发展的意识，树立现代农业生产理念，培养科学探索精神和科学实践能力。
1提高农作物光合作用的方法与生产实践的结合
高中生在生物科现学的知识点中，有关农业的主要是植物方面，植物最为重要的是光合作用，即光能合成作用，是植物、藻类和某些细菌，在可见光的照射下，经过光反应和暗反应，利用光合色素，将二氧化碳（或硫化氢）和水转化为有机物，并释放出氧气（或氢气）的生化过程。光合作用是一系列复杂的代谢反应的总和，是生物界赖以生存的基础，也是地球碳氧循环的重要媒介。这个知识点的学习和我们的农业种植模式联系最为紧密的。种植作物就是为了农业产品，要获取更多的产品，必须得提高农作物光合作用，提高农作物光合作用的方法就要从以下方面着手：
（1）提高光合作用效率：是指植物将照射到植物上的光能转化为化学能的效率。它由植物叶片吸收光能的能力、及将吸收了的光能转化为化学能的能力决定。
（2）提高光能利用率：植物将一年中投射到该土地上的光能转化成化学能的效率。它由该土地上植物的多少、进行光合作用时间的长短及植物吸收利用光能的能力决定。
农作物的光合作用效率与光照强度、温度、CO2浓度、矿质元素等有密切关系。提高的途径有光照强弱的控制，温度的控制，CO2的供应，必需矿质元素的供应。光能利用率与复种指数、合理密植、作物生育期、植株株型、CO2浓度、光照强度、温度、矿质元素等都有密切关系；提高的途径有延长光合时间（如复种），增加光合作用面积（如合理密植、间作套种）、加强光合作用效率等途径。阳光、温度、水分、矿质元素和CO2等都可以影响单位绿叶面积的光合作用效率。
运用这些学过的知识点，可以指导学生的生产中的运用情况如何。对于大田作物，可调整作物间距，使气流通畅及扩大受光面积。同时可在田间适当燃烧秸秆以增加二氧化碳浓度。对于温室大棚，可在晚上补充光照，或点燃碳火以提高二氧化碳浓度，当然控制昼夜温差也很重要！以下是几种种植的实践。
间作：将两种或两种以上生育季节相近的作物按一定比例混合种在一块田地上的种植方式。成带（多行）间隔种植或在同行内混播或在株间点播。通过不同作物的恰当组合，可提高光能和土地的利用率，间作形成的作物复合群体可增加对阳光的截取与吸收，减少光能的浪费；同时，两种作物间作还可产生互补作用，如宽窄行间作或带状间作中的高秆作物有一定的边行优势，还能减轻自然灾害和病虫害的危害。如玉米与豆类作物间作最为普遍、甘蔗与花生、小麦与豌豆、高粱与黑豆、大豆与芝麻、棉花与豆类或芝麻混作等。由于混作会造成作物间互相争夺光照和水、肥的矛盾，因此对株型高矮不一、生育期长短稍有参差的作物进行合理搭配和在田间配置宽窄不等的种植行距，有助于提高间作效果。
复种：同一块土地上在一年内连续种植超过一熟（茬）作物的种植制度，能显著提高土地和光能利用率，是实现蔬菜高产种类多样、增加作物的单位面积年总产量，增加地面覆盖，减少土壤的水蚀和风蚀，充分利用人力和自然资源，周年均衡供应的一个有效途径。如麦――棉一年两熟，麦-稻-稻一年三熟，地多为小麦-玉米（或大豆）一年二熟，春玉米-小麦-粟二年三熟等。复种是集约栽培的重要方式之一，一年内不同生长季中，作物搭配种植的方式或类型，因纬度、地区、海拔和生产条件而异。而结合山区降雨量少、海拔高、土地少、生产条件艰难等特点，本地区更适合应用于玉米-大豆一年二熟作物，早辣椒―秋黄瓜―小白菜―莴苣，早辣椒―早大白菜―秋黄瓜等。
除了以上的种植模式外，还有套种是在前一茬作物即将收割沿未收割之前将后一茬作物种入前茬的行间株间。如在棉花尚未收完前种入豌豆，还可利用棉花秆作豌豆的支架。轮作是几种作物轮流种植，如稻田在冬天种萝卜或绿肥；也可今年种水稻、明年种玉米，后年种棉花等许多种植物轮流种植。三者通称为“复种”。其中间作、套种：增加光合面积；轮作：延长光合时间。三者都是为了提高光能利用率，而不是提高光合作用效率。
2增强植物根部吸收营养成分能力的措施
植物所获得的养分大部分是通过根系的吸收获得的，根部营养使作物获得高产的前提与保证。根部吸收养分的过程，通过根部细胞表面的正负离子（主要是细胞呼吸形成的CO2和H2O生成H2CO3再解离出的H+和HCO3-）与土壤中的正负离子进行交换，从而将土壤中的离子吸附到根部细胞的表面，再进入植物体内部的过程。
影响植物根系吸收营养成分的因素：1、土壤温度土壤温度过高或过低，都会使根系吸收速率下降。2、土壤通气状况根部吸收矿物质与呼吸作用密切有关。土壤通气好，增强呼吸作用和ATP的供应，促进根系对矿物质的吸收。3、土壤溶液的浓度土壤溶液的浓度在一定范围内增大时，根部吸收离子的量也随之增加。但当土壤浓度高出此范围时，还可能造成根系吸水困难。因此，农业生产上不宜一次施用化肥过多，否则，不仅造成浪费，还会导致“烧苗”发生。4、土壤溶液的pH值，直接影响根系的生长。大多数植物的根系在微酸性（pH5.5～6.5）的环境中生长良好，也有些植物（如甘蔗）的根系适于在较为碱性的环境中生长。5、土壤水分含量土壤中水分的多少影响土壤的通气状况、土壤温度、土壤pH值等，从而影响到根系对矿物质的吸收。6、土壤微生物菌根的形成可增强根系对矿物质和水的吸收。固氮菌、根瘤菌等有固氮能力。而反硝化细菌则引起N损失。当土壤偏酸（pH值较低）时，根瘤菌会死亡，固氮菌失去固氮能力。当土壤偏碱（pH值较高）时，反硝化细菌等对农业有害的细菌发育良好，这些都会对植物的氮素营养产生不利影响。要增强植物根部吸收营养成分能力，就应力求避免上述因素的发生，定时为植物松土、施肥，灌溉，改善根部的生长环境，从而增进根的吸收力。
3充分利用微生物功能，合理施肥
俗话说“万物土中生”，一方面土壤是植物生长的支撑者，同时又提供植物生长所需的养分、空气和水分，所以土壤的好坏直接关系的作物的产量、品质，因此，需要不断提高土壤的肥力，其有效的措施是施肥。而化肥是近代科学的产物，具有养分浓度高、肥效快、供肥强度大等优点。其致命缺点是不能为土壤提供大量的有机物质，对改善土壤结构、改善土壤理化性质、增加土壤活性物质等较为不利，由于其养分浓度高，施用不当容易造成肥害。长期以来，大量施用化肥，盲目施肥、过量施肥现象普遍，这不仅造成农业生产成本增加，还会降低其肥效，而且对生态环境有潜在污染压力，威胁农产品质量安全。如何科学合理施肥将是一项技术性强又需要长期坚持的基础性工作，有效传授并普及相关基础知识是合理施肥得以贯彻的关键。
无机化肥中的不足，可以用有机肥来补充。施加有机肥，可采用堆肥，将生活垃圾，农作物枝叶堆积在一起利用微生物的分解功能，产生植物所需的矿质元素等养分。堆肥不仅养分完全，供肥持续稳定，而且能改善土壤结构和理化性质，提高土壤肥力，活化土壤养分。有机肥的这些优点，为作物的生长发育提供了协调的水、肥、气、热环境，为高产稳产打下了坚实的基础。施用有机肥可把作物从土壤中带走的养分再归还土壤，是一种封闭的物质循环，要大幅提高作物产量还必须投入新的物质，因而单靠有机肥不能满足大面积大幅提高作物产量的。
因此，有机与无机肥料配合施用，使有机肥的“容量因子”与化肥的“强度因子”相结合，充分发挥有机肥养分完全、长效稳定持久的优点和化肥养分浓度高、肥效快的优势，在重施有机肥的基础上，根据土壤、气候、作物品种及田间生长情况，按照“缺什么补什么”的原则施用化肥，既满足了作物高产稳产的养分需求，又保证了土壤肥力的继续提高。
4农药的使用与选用抗病虫品种
农药的使用可以杀灭昆虫、真菌和其他危害作物生长的生物，但在动植物及人体中不断积累，对人畜的危害很大。这个是两面性的，没有农药，就会发生病虫害，产量就有可能降低。那时，菜就会很少，绿色食品，但很贵，一些城里的人就会又在报怨菜贵。喷了农药，若是科学合理地用药，那问题是很少的。滥用农药，对环境的影响也很大，污染大气、水环境，造成土壤板结。流失到环境中的农药通过蒸发、蒸腾，飘到大气之中，并随风扩散，造成大气环境的污染。大气中的农药通过降雨，流入水里，造成水环境的污染，对人、畜，特别是水生生物（如鱼、虾）造成危害，大家吃到了，农药残留对人健康的肯定影响。长时间使用同一种农药，最终会增强病菌、害虫的抗药性。除草剂对地表的破坏，影响破坏生态平衡，造成恶性循环。除草剂与杀虫剂混配不当直接使农作物减产或绝收。选用抗病虫品种是植物病害防治的重要途径，是最经济有效的方法。因为寄主植物和病原物，害虫在长期斗争过程中，有些寄主植物对一些病原物，害虫形成了不同程度的抗病虫性。因此，种植抗病虫品种防治病害简单易行，经济有效，特别是对一些难以防治的病害，效果更佳。由此看来，利用抗病虫品种在作物病害的防治中占有很重要的地位，但不是唯一的。在利用抗病虫品种时，还应考虑品种抗病虫性持久性的问题，避免单一大面积推广某一抗病虫品种，应合理布局，及时轮换品种，并注意提纯复壮。
5种植模式的生态循环化
生态农业模式是指按照生态农业的要求，根据当地自然资源，生态环境和经济发展优势采取适宜的技术措施和规范行为，保护和改善生态环境质量，保持农业协调、可持续发展的生产形式。贫困山区应采用独特的“种、养、加”立体种植的生态模式，该模式能够实现生态和经济的良性循环，并且产生了很好的经济、社会、生态效益。
立体种植就是指充分利用时间、立体空间等多方面种植（养殖）条件来实现优质、高产、高效、节能、环保的农业种养模式，就是中国传统的“四位一体”的庭院农业模型（例如：将鸡、猪、菜、沼等生物组分整合成一个生态微循环系统），简单的例子就是“玉米（蔗）―牛―沼”种养结合。
“玉米（蔗）―牛―沼”种养生态模式技术，就是利用玉米中（蔗叶蔗尾梢）饲养肉用牛和奶水牛，用牛粪作为沼气池发酵原料，提高玉米（蔗）综合利用率，构建以玉米（蔗）产业为龙业，以养牛为纽带，以沼气为热点，形成互动联动的，循环式的“玉米（蔗）―牛―沼”三个产业共同协调发展的高效生态农业产业链。该模式对促进玉米（蔗）生产、实现农业增效、农民增收，保护农业生态环境具有重大的意义。
图示所示如下
注重生态，实现农业的可持续的发展。在推广应用农业种养模式中，着重要把握好以下几点：一是要严格控制化学品的投入。要根据作物、畜牧和水产的实际需要投入，严防过多过滥投入而影响环境，同时要加快高效低毒低残留的替代品的引进开发和使用工作；二是要大力推广应用养殖业排泄特循环利用的种养模式。各地要因地制宜，充分发挥生物间的降价和利用作用，减少面源污染；三是大力推行传统的耕作方式，水旱轮作、增施有机肥，深耕中耕培土、种植绿肥以培肥地力、冬耕冻融等，实践证明，这些传统的方式对改善和提高地力、提高耕地生产能力、减少连作障碍、减少对环境的影响等有良好的促进作用，最终实现都市农业的可持续生产和生态建设目标。
通过这次实践活动，使我了解到科学管理和科学种植的重要性和必要性，了解到农民靠科技致富的劲头，看到了我国未来新农村的发展前景和美好未来，另外，这次调查使我有机会为家乡瓜农出谋划策，在努力用科技文化知识服务于民的同时，我也得到了极大的锻炼，加强了实践能力，积累了宝贵的经验，激发了创新创业的思维，重新认识了自己，提高了自身的素质。像我们中学生更要倡导科学种植、科学管理、科教兴农，更不忘要以所学知识为家乡献计献策，把家乡早日建设成为生产发展、生活富裕、乡风文明、村容整洁、管理民主、社会和谐的社会主义新农村。
参考文献
[1]李菡；孙爱清；郭恒俊.《农田不同种植模式与土壤质量的关系》.应用生态学报，2010
[2]马建庄；程朝忠.《小麦、朝天椒一年两熟种植模式及栽培技术》中国农技推广；2010
[3]杨红.《生态农业与生态旅游业耦合机制研究》.重庆大学，2009
[4]张贺.《增施二氧化碳的几种方法》.北方园艺，1991
[5]李建魁.《如何提高作物光能利用率》.河北农业科技，1989
关键词：精准农业；研究进展；发展方向
中图分类号：S-0文献标识号：A文章编号：1001-4942（2013）09-0118-04
我国农业资源约束日益突出，农业生态环境退化加剧，化肥占农业生产成本25%以上，但利用率仅为30%～35%，远低于发达国家的50%～60%，不仅造成了经济上的巨大损失，更带来了严重的地下水污染和生态环境破坏。国内外研究表明，精准变量施肥可使多种作物平均增产8.2%～19.8%，降低总成本约15%，化肥施用量减少约20%～40%，土壤理化性质得到改善。因此，解决上述问题的最佳途径是大范围地推广应用按需变量施肥的精准农业和测土配方施肥技术。
1精准农业及其在我国的实践与发展
精准农业[1～5]又称精细农业，它以信息技术为基础，根据田间每一操作单元的具体条件，定位、定时、定量地调整土壤和作物的各项管理措施，最大限度地优化各项农业投入的量、质和时机，以期获得最高产量和最大经济效益，同时兼顾农业生态环境，保护土地等农业自然资源。
精准农业技术是基于信息技术、生物技术和工程装备技术等一系列科学技术成果上发展起来的一种新型农业生产技术，由全球定位系统、农田信息采集系统、农田遥感监测系统、农田地理信息系统、农业专家系统、智能化农机具系统、环境监测系统、网络化管理系统和培训系统等组成。其核心技术是“3S”（即RS、GIS、GPS）技术[6，7]及计算机自动控制技术。
遥感（RS）技术[8]的主要作用是农作物种植面积检测及产量估算、作物生长环境信息检测（包括土壤水分分布检测、水分亏缺检测、作物养分检测和病虫害检测）、灾害损失评估。地理信息系统（GIS）[9]是精细农业技术的核心。应用该系统可以将土地边界、土壤类型、地形地貌、灌溉系统、历年土壤测试结果、化肥和农药使用情况、历年产量等各种专题要素地图组合在一起，为农田管理提供数据查询和分析，绘制产量分布图，指导生产。应用全球定位系统（GPS）可以精确定位水、肥、土等作物生长环境和病、虫、草害的空间分布，辅助农业生产中的播种、灌溉、施肥、病虫害防治工作。另外，农机具上安装GPS系统还可以进行田间导航，实现变量作业。
我国在1994年就有学者进行精细农业的研究。国家“十五”科技战略重点将发展精准农业技术、提高农业生产水平作为重中之重，并首次在“863”计划中支持研究机构进行精准农业技术自主创新。目前一些地区已经将精细农业引入生产实践中，在北京、上海、黑龙江以及新疆一些地区建立起一批精细农业示范基地，并取得了可观的经济效益。
2国内精准农业技术研究现状
从技术角度来看，完整的精细农业技术由土壤及作物信息获取、决策支持、处方生成、精准变量投入四个环节组成（图1）。信息获取技术、信息处理与分析技术、田间实施技术是精准农业不可或缺的组成部分，三者有机集成才能实现精准农业的目标。
图1精准农业（PA/PF）技术组成
2.1土壤及作物信息获取[10，11]
由全球卫星定位系统（GPS）获得的定位信息、遥感系统（RS）获得的遥感信息和基础、动态信息构成了农业生物环境监测数据信息。
2.1.1土壤环境信息的获取（1）土壤养分信息的获取：土壤养分的快速测量一直是精准农业信息采集的难题。目前主要的测量仪器一是基于光电分色等传统养分速测技术的土壤养分速测仪，其稳定性、操作性和测量精度虽然尚待改进，但对农田主要肥力因素的快速测量具有实用价值。如河南农业大学开发的YN型便携式土壤养分速测仪[12]，相对误差为5%～10%，尽管每个项目测试所需时间仍在40～50min，但较传统的实验室化学仪器分析在速度上提高了20倍。二是基于近红外（NIR）多光分析技术、极化偏振激光技术、离子选择场效应晶体管（ISFET）集成元件[13，14]的土壤营养元素快速测量仪器，相关研究己取得初步进展，有的已装置在移动作业机上支持快速信息采集。
（2）土壤水分信息的获取：土壤水分的测量是精细农业实施节水灌溉的基础。目前常用的水分测量方法有基于时域反射仪（TDR）原理的测量方法、基于中子法技术的测量方法、基于土壤水分张力的测量方法和基于电磁波原理的测量方法[15]。
（3）土壤电导率信息的获取：土壤电导率能不同程度地反映土壤中的盐分、水分、有机质含量、土壤质地结构和孔隙率等参数的大小[16，17]。有效获取土壤电导率值对于确定各种田间参数时空分布的差异具有重要意义。快速测量土壤电导率的方法有电流-电压四端法和基于电磁感应原理的测量方法。
（4）土壤pH值的获取：目前适合精细农业要求的pH值检测仪器主要有光纤pH值传感器和pH-ISFET电极[18～21]。光纤pH值传感器虽然易受环境干扰，但在精度和响应时间上基本能满足田间实时快速采集的需要。基于pH-ISFET电极的测量方法具有良好的精度和较短的响应时间，但易受温度影响，需要温度补偿，且电极的寿命较短。
（5）土壤耕作层深度和耕作阻力：圆锥指数CI（ConeIndex）可以综合反映土壤机械物理性质，表征土壤耕作层深度和耕作阻力[22]。圆锥指数CI是用圆锥贯入仪（简称圆锥仪）来测定的。圆锥仪的研制工作不断发展，从手动贯入到机动贯入，从目测读数到电测记录，出现了多种多样的圆锥仪。
2.1.2作物生长信息的获取作物生长信息包括作物冠层生化参数（叶绿素含量、作物水分胁迫和营养缺素胁迫）、植物物理参数（如根茎原位形态、叶片面积指数）等。作物长势信息是调控作物生长、进行作物营养缺素诊断、分析和预测作物产量的重要基础和根据。主要方法有三种：一是从宏观角度利用RS遥感的多时相影像信息研究植被生长发育的节律特征[23]。二是在区域或田块的尺度上，近距离直接观测分析作物的长势信息。三是基于地物光谱特征间接测定作物养分和生化参数。
2.1.3病虫草害信息的采集病虫害和杂草是限制农作物产量和品质提高的重要因素，及时、准确、有效检测病虫害的发生时间、发生程度是采取治理措施的基础。目前，病虫草害信息的自动快速采集主要是基于计算机图像处理和模式识别技术，以研究植株的根、茎、冠层（叶、花、果实）等的形态特征作为诊断判读的目标。主要分析方法有光谱特征分析法、纹理特征分析法、形状特征分析法等[24～29]。
2.1.4作物产量信息的获取获取作物产量信息是实现作物生产过程中变量管理的重要依据。国际上已商品化的谷物联合收割机产量监视系统主要有美国CASEIH公司的AFS（advancedfarmingsystem）系统、英国AGCO公司的FieldStar系统、美国John-Deree公司的Greenstar系统、美国AgLeader公司PF（precisionfarming）系统及英国RDS公司的产量监测系统等[30]。这些系统具有功能较强的GIS综合功能，能自动完成产量监测和生成产量分布图。我国谷物产量测产系统的研究起步较晚，目前尚在研制中。
2.2决策支持与处方生成
分析决策系统[31]主要包括地理信息系统（GIS）、作物生产函数或生长模型和决策系统三部分，决定变量施肥效果[14]。
地理信息系统（GIS）用于描述农田属性的空间差异和建立土壤数据、自然条件、作物苗情等空间信息数据库，进行空间属性数据的地理统计。它主要应用于离线的处方控制方式中，而在实时控制模式中没有使用的必要。
作物生产函数或生长模型是生物技术在农业实际生产中的应用。它将作物、气象和土壤等作为一个整体进行考虑，应用系统分析的原理和方法，综合农学领域内多个学科的理论和研究成果，对作物的生长发育与土壤环境的关系加以理论概括和数量分析，并建立起相应的数学模型。该模型描述了作物的生长过程及养分需求，是变量施肥决策的根本依据。
决策系统根据农业专家长期积累的经验和知识或GIS与作物生长模型的组合分析计算[11]，这些存储在GIS系统中的数据信息经由作物生产管理辅助决策支持系统，最终生成具有针对性的优化了的投入决策及对策图，即进行时、空、量、质全方位的田间管理实施处方图，得到施肥的处方图（离线形式）或具体的施肥量（在线形式），并将其存入存储卡或者数据库中，供施肥作业使用。
2.3变量投入技术
由配套农业设施设备（ICS农机装备和VRT变量投入设备）组成调控实施系统，经全球卫星定位系统GPS定位，在田间管理处方图的指导下实施精细控制，田间实施的关键技术是现代工程装备技术，是“硬件”，其核心技术是“机电一体化”。田间实施技术应用于农作物播种、施肥、化学农药喷洒、精准灌溉和联合收割机计产收获等各个环节中。
3国内精准农业发展对策
3.1宣传普及，提升对精准农业的认识
精准农业技术本身能带来可观的经济效益和社会生态效益，同时对提高农民收入、减少农民劳动强度、改善环境质量等有非常重要的作用。
精准农业技术的推广应用涉及精准农业技术本身的发展、农业机械化水平、农业技术培训、农民承担生产风险的能力等，其中农业技术培训是推广应用过程中的关键。由于农民获得信息的渠道有限，只有通过农业技术培训，农民才能认识到精准农业技术的优点并在技术培训过程中掌握这项技术，精准农业技术才能在生产实践中大范围地推广应用。
3.2完善精准农业的配套技术
通过测土配方和相应的变量施肥技术，改变农民传统施肥观念，根据土地的肥力现状按需变量配合施用肥料，提高肥料利用率，减少面源污染，增产增收。
做好精准农业资料收集和信息标准化工作，应用3S技术建立农作物品种、栽培技术、病虫害防治等技术信息网络以及农业科研成果、新材料等科研信息网络，实现农业资源的社会化、产业化。
3.3选准适合国情的精准农业项目
我国大部分地区尤其是较落后地区的农村承包地普遍处于碎片化状态，难以支撑起发展精准农业的要求，必须通过土地流转达到规模经营的效果。
另一方面，随着农村市场化和产业结构的调整，在垦区农场（如黑龙江大型农场、新疆建设兵团）和大面积作物生产平原区建立“精确施肥”技术示范工程，或联合一些高效益企业（烟草企业、中药材企业等）带动“精确施肥”的发展是结合中国国情发展精确施肥的有效途径。
4结束语
精准农业的发展在我国尚处于起步阶段，面临诸多问题与困难。而且我国土地相对分散，技术落后，环保意识不强，在相当长的时期内仍然是小农经济占主导成分。因此建立一个集资源化、信息化、知识化、生态化于一体的全方位生态系统，走具有中国特色的精准农业发展之路，是我国农业发展的必然。
《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006～2022年）》中明确把农业精准作业与信息化作为农业领域科技发展的优先主题，精准农业对提高我国农业现代科技水平具有重要作用，具有广阔的发展前景。
参考文献：
[1]汪懋华.“精细农业”发展与工程技术创新[J].农业工程学报，1999，15（1）：1-8.
[2]汪懋华.发展精细农业的思考[J].农机科技推广，2002，2：4-6.
[3]汪懋华.“精细农业”的实践与农业科技创新[J].中国软科学，1999，4：21-25.
[4]赵春江，薛绪掌，王秀，等.精准农业技术体系的研究进展与展望[J].农业工程学报，2003，19（4）：7-12.
[5]刘微，赵同科，方正，等.精准农业研究进展[J].安徽农业科学，2005，33（3）：506-507.
[6]母金梅，申志永.3S技术在我国农业领域的应用[J].农业工程，2011，1（2）：68-70.
[7]索全义，白光哲，孙智.精准农业下的土壤养分管理——3S技术在施肥中的应用[J].内蒙古农业科技，2001，土肥专辑：22-24.
[8]蒙继华，吴炳方，李强子，等.农田农情参数遥感监测进展及应用展望[J].遥感信息，2010，3：35-43.
[9]潘瑜春，赵春江.地理信息技术在精准农业中的应用[J].农业工程学报，2003，19（4）：1-61.
[10]王凤花，张淑娟.精细农业田间信息采集关键技术的研究进展[J].农业机械学报，2008，39（5）：112-121.
[11]罗锡文，臧英，周志艳.精细农业中农情信息采集技术的研究进展[J].农业工程学报，2006，22（1）：167-173.
[12]胡建东，段铁城.便携式土壤养分速测仪技术研究[J].现代科学仪器，2002，4：27-30.
[13]HummelJW，SudduthKA，HollingerSE.SoilmoistureandorganicmatterpredictionofsurfaceandsubsurfacesoilsusinganNIRsensor[J].ComputersandElectronicsinAgriculture，2001，32（2）：149-165.
[14]BirrellSJ，HummelJW.Real-timemultiISFET/FIAsoilanalysissystemwithautomaticsampleextraction[J].ComputersandElectronicsinAgriculture，2001，32（1）：45-67.
[15]张小超，王一鸣，方宪法，等.精准农业的信息获取技术[J].农业机械学报，2002，33（6）：125-128.
[16]李子忠，龚元石.农田土壤水分和电导率空间变异性及确定其采样数的方法[J].中国农业大学学报，2000，5（5）：59-66.
[17]SudduthK，DrummondS，KitchenN.Accuracyissuesinelectromagneticinductionsensingofsoilelectricalconductivityforprecisionagriculture[J].ComputersandElectronicsinAgriculture，2001，32（3）：239-264.
[18]张靖，李先立.光纤pH计的设计[J].环境科学与技术，1999，1：46-49.
[19]荆淼，李伟，庄峙厦，等.光纤化学pH传感技术的现状和进展[J].传感技术学报，2002，3：263-267.
[20]贡献.离子敏场效应晶体管pH电极[J].分析仪器，1995，4：44-47.
[21]杨百勤，杜宝中，李向阳，等.全固态复合pH传感器的研制与应用[J].西北农林科技大学学报，2006，34（10）：181-183，188.
[22]张利民，罗锡文.差分GPS定位技术在土壤耕作阻力测量中的应用[J].农业工程学报，1999，15（4）：35-39.
[23]杨敏华，刘良云，刘团结，等.小麦冠层理化参量的高光谱遥感反演试验研究[J].测绘学报，2002，31（4）：316-321.
[24]纪寿文，王荣本，陈佳娟，等.应用计算机图像处理技术识别玉米苗田间杂草的研究[J].农业工程学报，2001，17（2）：154-156.
[25]王月青，毛文华，王一鸣.麦田杂草的实时识别系统研究[J].农机化研究，2004，11：63-68.
[26]马骏，王建华.一种基于数学形态学的植物病虫识别方法[J].深圳大学学报（理工版），2004，21（1）：72-75.
[27]陈佳娟，纪寿文，李娟.采用计算机视觉进行棉花虫害程度的自动测定[J].农业工程学报，2001，17（2）：157-160.
[28]田有文，李成华.基于统计模式识别的植物病害彩色图像分割方法[J].吉林大学学报，2004，34（2）：291-293.
[29]田有文，张长水，李成华.基于支持向量机和色度矩的植物病害识别研究[J].农业机械学报，2004，35（3）：95-98.
当前我国农产品质量与安全问题，越来越引起社会广泛关注。引发农产品质量不良的因素，包括自然与人为两个方面，其中生态环境，即水、土、气、生等方面的污染，是导致农产品品质不良的重要根源。以往人们关注的是“蓝天、碧水”，认为只要天蓝，水碧，就能保证农业环境及其产品质量安全。岂不知，除了“蓝天、碧水”外，更重要的是保证土壤质量的安全，只有保证了“净土”、才能保证“洁食”，才能保证人类生命的健康与安全，最终才能保障整个社会的稳定与发展。相反，如果没有“净土”，土壤中的有害气体将影响大气，土壤中的有毒物质也会影响到水体，致使天不再蓝，水不再碧，即使天蓝、水碧，也会有毒害物质飘在空中，溶在水中，或进入土中。因此，对农产品质量安全而言，“净土、洁食”比“蓝天、碧水”更加重要，都是同等重要的战略性安全问题。
土壤污染是农产品不安全的源头
不洁净的土壤是指遭受不良物质污染的土壤。土壤污染包括重金属污染、农药和持久性有机化合物污染、化肥施用污染等多方面。
随着人口增加及经济发展，我国面临的土壤环境安全问题越加突出。据统计，我国重金属污染的土壤面积达2000万公顷，占总耕地面积的1／6。因工业“三废”污染的农田近700万公顷，使粮食每年减产100亿公斤。其中，在一些污灌区土壤镉的污染超标面积，近20年来增加了14．6％，在东南地区，汞、砷、铜、锌等元素的超标面积占污染总面积的45．5％。有资料报道，华南地区有的城市有50％的农地遭受镉、砷、汞等有毒重金属和石油类的污染。长江三角洲地区有的城市有万亩连片农田受镉、铅、砷、铜、锌等多种重金属污染，致使10％的土壤基本丧失生产力，也曾发生千亩稻田受铜污染及水稻中毒事件，一些主要蔬菜基地土壤镉污染普遍，其中有的市郊大型设施蔬菜园艺场中，土壤中锌含量高达517毫克／千克，超标5倍之多。
其次，我国农药总施用量达131．2万吨（成药），平均每亩施用931．3克，比发达国家高出一倍。特别是随着种植结构的改制，蔬菜和瓜果的播种面积大幅度增长，这些作物的农药用量可超过100公斤／公顷，甚至高达219公斤／公顷，较粮食作物高出1～2倍。农药施用后在土壤中的残留量为50％～60％，已经长期停用的六六六、滴滴涕目前在土壤中的可检出率仍然很高。据调查，一些名特优农副产品中，有机磷检出率100％，六六六检出率95％，超标2．4％。另在全国16个省的检查结果，蔬菜、水果中农药总检出率为20％～60％，总超标率为20％～45％；因蔬菜、水果农药残留引起人畜中毒死亡事件时有发生。据不完全统计，华南地区的中心城市自1997年至2001年共发生因蔬菜农药残留引发的食物中毒事件28起，中毒415人，个别地市高毒、高残留农药每年造成急性中毒5～7宗，受害人数约300人。类似的急性中毒事故在长江三角洲地区也有发生。值得注意的是，近年来沿海大部分地区的大田耕地土壤中持久性毒害物质大量积累，2000年太湖流域农田土壤中，15种多氯联苯同系物检出率为100％，六六六、滴滴涕超标率为28％和24％。令人不安的是，许多低浓度有毒污染物的影响是慢性的和长期的，可能长达数十年乃至数代人。
第三，过量施用化肥也会造成土壤污染。90年代，全世界氮肥使用量为8000万吨氮，其中我国用量达1726吨氮，占世界用量的21．6％。我国耕地平均施用化肥氮量为224．8公斤／公顷，其中有17个省的平均施用量超过了国际公认的上限225公斤／公顷，有4个省达到了400公斤／公顷。据31个省、市、自治区的调查，目前在农业结构改制后的蔬菜、瓜果地里，单季作物化肥（折合纯养分）用量通常可达569～2000公斤／公顷以上，如一些蔬果种植大县的化肥平均用量已达1146公斤／公顷；滇池区蔬菜花卉基地，一季作物氮磷肥用量（纯养分）达687公斤／公顷，最高可达3300公斤／公顷；其化肥用量远高于全国平均水平（390公斤／公顷），较之世界用化肥首户的荷兰还高出一倍多；每年农田使用化肥氮进入环境的氮素达1000万吨左右，有些地区饮用水及农产品中，硝态氮和亚硝态氮的含量均明显超标。2000年下半年，华南地区有的城市监测到菜地土壤硝酸盐含量超标率为33．1％；据中国农科院对某地32种主要蔬菜调查，蔬菜硝酸盐含量比80年代初增加了1～4倍，其中有17种蔬菜硝酸盐含量超过欧盟提出的最低量标准；2001年长江三角洲的个别省份农产品出口由于监测不合格而损失数亿美元。
综上所述，近年来我国的土壤污染正在向不同尺度的区域性发展，并对各种农产品品质产生严重影响。特别是我国东南沿海经济快速发展地区，土壤及环境污染问题严重。主要表现为：1．持久性微量毒害污染物已成为新的、长期潜在的区域性土、水环境污染问题；2．大气中有害气体细粒子和痕量毒害污染物构成了土壤与大气的复合污染，城市光化学烟雾频繁并加重；3．农田与菜地土壤受农药／重金属等污染突出，硝酸盐积累显著，已严重影响农产品安全质量及其市场竞争力；4．珠江三角洲和太湖流域土壤和沉积物中有机氯农药残留普遍，已发现一些多环芳烃和多氯联苯等有害污染物的潜在高风险区。
造成如此严重的污染，除了自然原因外，人为活动是产生土壤与环境污染的主要原因，尤其是近20年来，随着工业化、城市化、农业集约化的快速发展，人们对农业资源高强度的开发利用，使大量未经处理的固体废弃物向农田转移，过量的化肥与农药大量在土壤与水体中残留，造成我国大面积农田土壤环境发生显性或潜性污染，成为影响我国农业与社会经济可持续发展的严重问题。
应当指出，由于土壤污染具有隐蔽性，潜伏性和长期性，其严重后果仅能通过食物给动物和人类健康造成危害，因而不易被人们察觉。因此，改善生态环境，保护土壤质量，控制与修复土壤污染，才能实现农业安全，保证人畜健康。
值得商榷的几种认识
针对当前农产品质量安全问题，社会上有各种提法。如建立“无公害农业”、“绿色农业”、“有机农业”、“绿色食品”、“生态农业”等。的确，21世纪的农业应该建立以“生态农业”为标志的现代化农业，但生态农业并不等于或不能完全保证农产品是安全的。如果不能从本质上实施生态农业的基本原则，杜绝有害物质的介入，不能通过整个农业生产体系与全程质量控制来保证农产品质量安全，则上述的这些提法均是无济于事的。下面就相关问题进行商榷。
1．“有机”不能替代“无机”，有机肥并非是最“洁净”的
人们一般认为有机肥培肥土壤是最安全的。这种认识是不全面的。第一，农业增产的实践证明，1公斤化肥，可增产5公斤～10公斤粮食。我国粮食的增产，有30％～35％是靠施用化肥取得的，化肥的贡献不容忽视。正确地说，化肥和有机肥的配合施用才是最有效的增产措施。第二，从对环境的污染看，无论是化肥还是有机肥，只要施用不当，均会出现污染。过量施用化肥是有害的，但有机肥若用量过大，腐熟不全，施用季节不当，也会对水圈、生物圈与大气圈产生污染。特别应注意的是，当前农村中的有机肥有不少是来自含化学激素或重金属等饲料饲养的畜禽排泄物，不少企业制造的商品有机肥的原料也不纯净。因此，有机肥也会变成引发土壤污染的根源。第三，目前社会上提出的“无公害”、“绿色”、“有机食品”以及A级、AA级“绿色食品”等，是以不使用或少用化学合成物质（化肥、农药、食品添加剂等）为主要标准的，其中以有机食品为最高等级。然而，这些标准还有待于国家对土壤与农产品质量标准与监测体系全面建立和完善后才能真正做到。对此，我们必须要有清醒的认识。
2．“无土栽培”不能代替“净土”种植
随着农业经济的不断发展，各地已广泛建立了农业科技示范园或基地，并以高度集约的方式，进行无土栽培，取得了可喜的成绩，解决了部分城市的蔬菜、瓜果供给，获得了很好的经济、社会效益。但从国家的粮食总体需求来看，至少在近阶段（几十年甚至几个世纪）仍然不能取代广阔的农业耕地。因此，必须在发展无土栽培蔬菜、瓜果的同时，继续强化全国耕地土壤肥力的培育与土壤污染防治，用“净土”生产粮食，造福于人民。
3．目前的“生态农业”并非等于安全农业
所谓“生态农业”是以生态理论为基础，以现代生态农业技术为手段，以农业可持续发展为核心，通过农业与环境，生态与经济的平衡，达到农业安全与人类健康的最终目标。在建设生态农业过程中，必须注意贯彻生态学原理，做到生态系统的良性循环，保持系统功能的稳定性与持续性；将农业安全与人类健康列为首位，建立多层次的持续高效的农业生态系统，并按区域特点建立生态区域模式。从而使现代生态农业在促进地区与国家经济发展方面起重要推动作用。生态农业是综合复杂的系统工程，需要与国家及地区的农业现代化建设相结合，核心是农业安全与人类健康。其中土壤与环境质量是农业生态工程的重要内容。这是一项需要投入实力，坚持不懈，科学实施的宏大工程。而目前多数地方多只是停留在口号和概念上，尤其不注意农业安全与人类健康。大家应对此有清醒认识。
4．“净土”不等于“洁食”
的确，洁净的土壤只是生产质量安全农产品的基本保证。事实上，洁净基地生产出的清洁农产品，还需经过储存、运输、深加工、市场流通直至餐桌等诸多过程。只有经过了这些全过程质量控制，最后到达餐桌仍是清洁的，才算农产品的真正安全。因此，在农业安全生产中，除了从防治土壤污染这个源头抓起外，还必须注意防治产地环境、生产过程、流通环节中所产生的污染问题，并通过建立与制定国家与地方一系列的农产品规范，完善质量认证、监测、管理、法制等体系建设，严格控制农产品的“全程清洁”生产，才能使农业安全得到可靠保障。转贴于
保护和治理土壤与环境质量的建议
1．开展全国土壤质量本底调查，建立全国土壤质量监测网络，为实现农产品的安全生产提供保障
我国土壤资源丰富，土壤类型复杂多样，不同利用方式、不同投入水平、不同管理模式均对土壤质量产生影响。虽然已经进行过两次全国性的土壤普查，但最近的一次已经过去了20多年，当时所获得的有关土壤环境质量的信息甚少，不能满足当今农业生产，特别是农产品质量安全生产的需要。如最近在太湖地区进行的土壤质量调查，其结果表明土壤质量的空间变异很大，环境质量状况令人担忧。如果不全面摸清各地土壤质量本底情况，针对不同质量土壤进行农业清洁生产，就根本不能保障农产品的质量安全。因此，在全国范围内进行土壤质量的本底调查十分紧迫。
目前，国家有关部门也正在推动全国性的与土壤质量有关的调查，如国土资源部的农业环境地球化学调查；国家环境保护总局的土壤污染调查；农业部的耕地质量调查与评价以及中国科学院的土壤质量研究等。但从目前的进展来看，各部门的侧重点均有所不同，缺乏必要的统一与整合，造成工作重复和资源浪费。因此，建议国务院组织、协调有关部门，加强资源和技术的整合，逐步、分区、分阶段地开展基于农产品质量安全的全国性耕地土壤环境质量调查与评价工作，并建立长期的动态监测体系。
2．尽快修订土壤环境质量标准，加强土壤有机与激素类污染物质的监测和研究，并尽快与国际接轨
目前，就农业生产中污染物而言，FAO（联合国粮农组织）迄今已公布了相关限制标准共2522项，美国则多达4000多项，其它发达国家的控制标准达数百项甚至上千项，而我国农产品质量标准中仅涉及62种化学污染物，所颁布的无公害农产品标准中，也仅规定了农药残留、重金属和硝酸盐含量控制标准，这与发达国家的限制标准不相适应。此外，美国、德国、英国、荷兰等西方国家对PCBs（多氯联苯）、PAHs（多环芳烃）、PCDD／PCDFs（二恶英类）等与人体健康威胁最大的有机污染物（环境激素）也制订了有关的质量控制标准。而我国新近颁布的无公害农产品产地土壤环境质量标准仍是引用现行土壤环境质量标准，且重金属仅限5种，农药仅限六六六和滴滴涕，其它有机污染物未涉及。因此，建议加强土壤中环境激素类物质的监测和研究，尽快修订有关土壤环境质量标准和农产品质量标准，尽快与国际接轨。
3．大力开展农业清洁生产，加强土地质量保护和修复的研究
开展农业清洁生产是解决农产品品质的根本措施。据江苏的经验，必须在摸清土壤与环境质量本底，抓好“净土”这个源头的基础上，选好主要农产品，明确技术规程，通过试验示范抓好并建立五大体系，即农产品质量安全生产技术规范体系；农产品质量安全标准体系；农产品质量安全监管监测与认证体系；质量安全农产品管理与市场信息体系；农产品质量安全法规与执法体系。
对大面积遭受污染的土壤，必须开发行之有效的污染土壤修复技术，并对有关环境技术基础与原理，如土壤污染形成机制与农产品质量安全措施；持久性微量毒害物的环境行为、生态毒理及人体健康危害；污染土壤、地表水和地下水的环境生物修复；农业面源污染及水体富营养化的修复过程与机理；痕量气体污染、细粒子污染及酸雨的形成、危害机制与防治等进行深入研究，以恢复和提高其土壤与环境质量水平。与此同时，应发展具有我国自主知识产权的环保技术与产业。此外，应将生态环境资产损失计入生产成本，以绿色GDP指标来衡量和考核地区经济发展成就。
4．制订土地质量修复和保护规划，加强规模化和标准化农产品生产示范基地的建设
应利用土壤环境质量调查与评价的结果，制订土地质量修复和保护规划，包括质量安全农产品发展的生产基地布局、结构调整、污染防治、污染土壤修复、农业清洁生产规划等，加强污染土地整治与修复的资金投入。同时在长江三角洲、珠江三角洲、胶东半岛、京津塘和东北等地区进行规模化和标准化农产品生产示范基地建设，逐步在全国建成一批安全、优质（营养、保健）、特色农产品生产基地，不断提升市场竞争力和出口创汇能力。
此外，应加强环保法规建设，健全管理体制和机制，制定更严格的环境标准。在保证国家现行环境法规的基础上，制定区域性新法规。在控制农业和农村面源污染的工作中，重点应该包括制定合理的土壤质量保护条例、湖泊和近海养殖规划，实施规模化畜禽养殖和生态养殖，建设农村集中居住社区和污水废物集中处理，合理使用有机肥，推广使用绿色农药，推广精准施肥技术，严禁使用高毒、高残留农药等。重视土壤、水体和大气持久性有毒物质及其长期危害效应的监测。
5．加强土壤与环境质量的宣传与科普工作，进一步提高全民生态环保意识
摘要：土壤肥料学实验是植物生产类专业的一门重要的专业基础课。本研究综述了部分高校土壤肥料学实验课程学分、学时、实验项目及实验内容设置情况，结合红河学院土壤肥料学实验课程问卷调查结果，分析了目前土壤肥料学实验教学中存在的主要问题，提出土壤肥料学实验教学改革的主要措施，以期为土壤肥料学实验课程改革及教学质量的提高提供参考。
关键词：土壤肥料学；实验；教学改革
中图分类号：G642.0文献标识码：ADOI编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2013.07.021
ExplorationandPracticeofTeachingReforminSoilFertilizerScienceExperiment
ZHANGDe-gang，LIUYan-hong，SHIXian，LIChun-yan
（CollegeofLifeScienceandTechnology，UniversityofHonghe，Mengzi，Yunnan661100，China）
Abstract：Soilandfertilizerexperimentwasakindofplantproductionspecializedbasiccourse.Thisarticlereviewedcoursecredits，hours，experimentalprojectsandexperimentalcontentsettingsofsoilandfertilizerexperimentfromsomeuniversities，combinedwithsurveyresultsofHongheuniversity’ssoilandfertilizerexperimentalquestionnaire，presentsoilandfertilizerexperimentteachingproblemswereanalyzed，measuresforsoilandfertilizerexperimentteachingreformandcurriculumconstructionwereproposed，inordertoprovideareferenceforsoilandfertilizerexperimentcurriculumreform，constructionandimprovingthequalityofteaching.
Keywords：soilfertilizerscience；experiment；teachingreform
实验教学是高等学校教学工作的重要组成部分，是全面实施人才培养计划，提高教学质量的主要教学环节，是培养高素质人才全过程的重要步骤，是培养学生实验技能、开发智力资源、孕育发明创造、丰富人类科技知识的重要手段[1]。土壤肥料学是植物生产类专业的一门重要的专业基础课[2]。土壤肥料学实验课的目的是通过实验使学生在对土壤肥料学的理论知识进一步深化的同时，着重给学生严格的训练，培养学生初步的实验能力、良好的实验习惯和严谨的科学作风，为以后的学习、工作和科学研究打下基础[3]。
本研究归纳了国家精品课程资源网土壤肥料学精品课程资料及部分文献资料，分析了目前部分高校土壤肥料学实验课程开设的基本情况，结合红河学院土壤肥料学实验课程学习问卷调查结果，分析了目前土壤肥料学实验教学中的主要问题，并提出一些改革措施，以期进一步提高该门课程的教学质量。
1部分高校土壤肥料学实验开设情况
1.1实验课时、学分及实验项目
《土壤肥料学实验》要求学生掌握土壤肥料学的基本实验方法、常用科学仪器的基本原理和操作技术，从而达到培养学生的动手能力、思维能力、知识综合运用能力和创新能力的目的。
由表1并结合部分文献资料可以看出，目前该课程的学时、学分及实验类别设置在不同学校和不同专业之间有很大差别，还有部分学校还是《土壤肥料学》理论课程的附属课程。从学分上看，有0.5～1个学分不等；从学时上看，有16～36个学时不等。由于学分学时的不同，实验项目设置上也存在差异，实验项目5～14个不等。另外，除室内实验野外，部分学校还安排1～2d的野外实习。
1.2实验项目内容
从表1可以看出，从开设频度来看，土壤学部分土壤有机质测定和土壤速效养分测定（部分学校分别开设土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量测定）、土壤机械组成分析、土壤样品的采集与处理和土壤酸碱性测定等经典实验被大多数院校开设。其他实验如土壤容重，土壤含水量测定，主要成土矿物、岩石和母质的识别，土壤微量元素的测定等根据各学校学时安排被部分学校选开。
肥料学部分化学肥料的定性鉴定、过磷酸钙有效磷的测定两个实验被大部分院校开设。其他实验项目根据各学校情况选开，如作物缺素症状的外形诊断、植物体内全氮磷钾测定、尿素含氮量测定、尿素肥料中缩二脲含量的测定、磷二铵中水溶性磷的测定和肥料中钾含量的测定等。
2红河学院土壤肥料学实验开设及学习情况调查分析
2.1红河学院土壤肥料学实验开设情况
红河学院是一所地方本科院校，以培养应用型人才为主。《土壤肥料学实验》是农学、设施农业科学与工程两个专业的专业必修课，该课程为1个学分，实践课对应36学时，在秋季学期开设。在参考了其他院校该门课程的开设情况后，结合本校应用型人才培养的要求，实验设置如表1所示。
2.2土壤肥料学实验课程学习情况调查
为充分了解学生对土壤肥料学实验课程的认识，从学生的角度来看待教学过程中存在的问题，使得土壤肥料学实验教学建设与改革能够顺利进行，本次调查采用了问卷形式，问卷题目的设计考虑了实验课程开设必要性、兴趣、实验内容设置、学习收获及考核方法方面，采用不记名的方式对刚学习过这门课程的红河学院农学系设施农业科学与工程和农学两个专业的2008、2009级175名本科生进行问卷调查，要求学生在充分了解本课程的性质、特点等后作出选择，并对结果进行统计，问卷回收率100%，调查结果具有一定的说服力。
关键词：物联网；农业；土壤监控；系统
浙江省供销社课题：“基于物联网的农业用地土壤智能监控系统的研究”（课题编号：13SS10）
中图分类号：F32文献标识码：A
收录日期：2015年10月26日
我国是一个耕地紧缺的人口大国。近年来，随着环境日益恶化和城市化进程，人口增多和可用耕地面积减少成为不可逆转的矛盾。在自然经济条件下的传统农业生产存在管理粗放，生产技术落后，抵御自然灾害能力差，滥施化肥、农药导致土壤环境恶化，生态系统功效低等问题，农业生产方式改革刻不容缓。土壤环境直接影响着农作物的生长状况，而农作物的生长又会反作用于土壤环境，因此对土壤环境进行实时监控、及时调整相关参数，能够有力促进农作物增产增收。土壤监控系统可以根据不同的监控对象和场合，利用多种先进的传感器和信息技术手段采集、存储、分析、利用土壤环境信息，科学决策农业生产。
一、物联网技术应用于我国农业
进入21世纪以来，随着以传感技术为代表的智能识别技术快速发展、移动通信网的扩容和多种智能终端设备的迅速普及，物联网（IOT）技术在现代农业中的应用逐步拓宽。现代农业生产管理涉及土壤信息采集、智能信息处理、农业信息库、专家系统、智能农机设备、市场分析等多个方面，涵盖了生物、信息、机械、经济等多个领域，呈现出多学科交叉的特点。
国外对农业物联网和土壤环境监控的研究较早，以欧美为代表的发达国家，在信息技术和大规模农业生产方面积累颇多，目前他们在农业信息网络建设、农业信息技术开发、农业信息资源利用等方面，利用“5S”技术（GPS、RS、GIS、ES、DSS）、环境监测系统、气象和病虫害监测预警系统等，对农作物生产进行精细化管理和调控，节约了人力资源，优化了种植水平，取得了较大成就。
我国农业存在耕地高度分散、生产规模小、时空变异大、量化和规模化程度差、稳定性和可控程度低等问题，另外由于广大农民知识水平较低，过于复杂的农业信息化设备难以得到推广应用。农业物联网的研究带动了土壤环境监控系统的发展，不仅能给农业生产带来科学管理和高效益，也为农业信息化提供了可靠的硬件基础，其快速发展将为中国农业与世界同步提供发展平台，也将对传统农业产业升级起到巨大的推进作用。
二、土壤监控系统需求分析
土壤环境涉及到害虫分布密度、空气温度、空气湿度、光照强度、风速风向、降雨量、土壤湿度、土壤温度、各项有机质、微量元素和农作物生长形态等多种相关参数。土壤环境对于农作物的生长发育具有重要影响，对土壤环境实施全方位实时监控，及时调整相关参数，可以有力促进农业增产增收。
现有土壤监控网络大多存在网络建设成本高、公共网络接入速率低、操作复杂、网络覆盖范围小、信息难以共享等不足，一定程度上影响到土壤环境监控网络在现代农业生产中的普及推广。基于农业物联网架构的土壤环境监控系统可以达到低成本、低功耗、大区域、多参数、多地点、高接入速率等要求，并实现空气温度、湿度、土壤湿度、光照强度及水环境PH值和农作物生长形态的多参数实时在线监控。
实现土壤环境监控可以在农业生产现场设置多个参数感知节点，准确感知土壤环境信息和作物信息，通过标准化的传感网络汇集到网关。在多地布设土壤环境监控点，即可实现省级乃至全国范围的土壤情况信息共享，也可以将数据存储在服务器，用作农业基础数据库，指导农业生产，有利于防治各类病虫害和气候环境灾害，达到提高农产品产量和品质的目的。
三、土壤监控系统整体设计
（一）系统架构设计。土壤监控系统支持GPRS组网与3G移动通信网、TCP/IP网络的连接，通过GPRS进行无线数据的传输。GPRS是在现有GSM网络上开通的一种新型的数据传输技术，采用分组交换方式，提高了无线信道和核心网络的使用效率。在土地上安置基于无线传感网络的感知节点，利用节点的数据采集模块获取数据参数，即土壤湿度、土壤酸碱度、光照度等。采用异构数据存储土壤数据，提高存储能力和使用效率。采用ARM9微处理器平台的嵌入式协调器网关，内嵌Web服务器，支持远程客户对协调器网关的访问控制。
农业用地土壤智能监控系统将无线传感器网络与因特网、3G网络有机融合，系统架构可分为三层分：感知层、网络构建层和应用层。感知层由若干感知节点组成，搭载多参数传感阵列以获取田间信息，负责土壤监控数据的采集，可以在多点分别设置感知节点，保证数据采集的有效性；网络构建层设备即协调器网关，包含了ZigBee协调器模块、3G模块和以太网模块，主要负责系统的无线数据通讯，可以实时数据传输；应用层的农业环境监控中心由SQL数据库和Web服务器构成，负责数据存储和信息，并可根据实时和存储的数据查看土壤情况、绘制土壤情况波形图，提供智能土壤分析功能，为科学农业管理提供决策依据。
（二）系统工作流程。土壤监控系统的具体工作流程首先由土地中布置的众多感知节点将采集到的土壤状态数据汇聚到协调器网关，协调器网关负责将数据转发给远程农业环境监控中心进行存储。农业环境监控中心服务器可以根据历史数据或曲线形式显示土壤环境变化过程，并根据数据提供智能分析，农户可以通过智能手机、PC或其他智能终端访问查询环境参数，根据土壤环境变化进行合理的农业操作，也可以对感知节点和协调器网关进行控制管理操作。
四、土壤监控系统功能设计
（一）功能设计考虑因素。土壤监控系统应该能够实现多地点、多参数的监测功能。多地点是指感知节点可以被布置到多个需要监测的区域，并能统一协调进行同步数据采集。多参数是指单一节点要能够同时获取多个环境参数，将多种传感器布置在同一节点上，以充分了解农业现场信息。同时要能满足农业专家、农业技术人员、普通农民能随时随地的访问信息，以科学决策、指导、实施农业生产。考虑到我国从业农民主体上文化程度不高，应当尽量降低用户使用“门槛”。从系统在农业田间安装、管理和维护，到农户使用，每个环节都应简单易用，以提高农民使用的积极性。系统设计要尽量低成本、高效率，成本是限制农业土壤监控系统普及推广的重要因素。高效的数据处理能力、工作的稳定性是系统得到广泛应用的前提。
（二）功能模块设计。基于GPRS平台的无线监控系统由监控中心和监控终端两部分组成。监控中心是PC机与数据通信模块的组合，数据通信模块包括控制模块和GPRS无线模块；监控终端是数据通信模块与受控设备的组合。其中，监控中心的PC机及数据通信模块完成控制参数和查询命令的设置与发送以及响应监控终端的请求，监控终端的GSM/GPRS调制解调器接收控制参数和查询命令并传送给受控设备，同时将所接收到的受控设备的应答数据或操作受控设备的操作结果及状态信息回送给监控中心，监控中心的数据中心存储监控终端发来的信息，以备操作维护人员的查询，对监控终端进行及时有效的操作，使监控终端正常运行。
根据对系统结构的分析，可将系统分为以下几个功能模块：（1）节点的数据采集模块：需检测的土壤通过相关传感器，获取数据参数，即土壤湿度、土壤酸碱度、光照度等；（2）基于GPRS的无线传输控制系统：基于GSM/GPRS网络的远程无线监控系统利用其双向传输的特点，可方便地实现对于需要在田地上监测、操作和维护设备的远程控制和信息采集，实现对系统设备实行遥信、遥测和遥控；（3）监控中心模块：服务器端的监控中心可以实时查看、分析从节点上传的土壤监控数据，并对监控数据进行存储。可以根据数据绘制动态数据图形，并提供智能数据分析，为用户农业操作提供参考。农户可以通过PC或智能手机登智能终端设备实时查看土壤监控数据。
五、结论
土壤监控系统的研究应用于农业中，实现了远距离土壤湿度、土壤酸碱度、光照度测量等功能，可以快速对某区域的土壤进行测量，并实时绘出浓度分布曲线以及其随时间改变的规律，从而为灌溉、施肥等农业操作提供数据参考，具有重大的社会意义和经济价值。对于促进我国物联网技术和农业经济快速发展有着深远影响，其市场前景也十分广阔。
主要参考文献：
[1]樊志平，洪添胜.柑橘园土壤墒情远程监控系统设计与实现[J].农业工程学报，2010.26.
关键词：农地资源；调查；综合评价；罗田县凤三养生走廊
中图分类号：F301.2文献标识码：A文章编号：0439-8114（2013）11-2695-05
农地资源利用效率直接影响到我国农业的可持续发展，而准确的农地资源评价是农地资源合理利用的基础[1，2]。随着人们对农地资源系统性认识的加深，农地资源评价研究经历了从单项资源评价到资源整体综合评价的发展过程。当前单项资源评价集中在水、土地、气候和化肥等方面，如采用频度统计法、专家咨询法、谱系聚类法之分裂法、理论分析法等多种方法相结合构建农地资源利用评价指标体系[3-6]。更多的农地资源评价研究着眼于区域农地资源整体，逐步走向农地资源综合性评价，并开始注重农地资源可持续利用评价研究。有利用综合指数法、区位熵法等评价方法对主要农地资源（土地资源、气候资源与社会资源）进行定量分析，并在此基础上利用资源优势度分析法进行综合评价[7-10]。而当前对大别山地区农地资源的研究较为缺乏，因此本研究以罗田县凤三养生走廊典型农地为研究对象，对该区域农地资源进行调查，并构建指标体系，进行综合评价，以期对该区域今后农地资源可持续利用和综合开发提供依据。
1研究区域概况
以罗田县凤三养生走廊为研究区域，范围涉及罗田县凤山镇、三里畈镇和大河岸镇3个镇的33个村或街道办事处，包括三里畈镇的温泉村、桥头湾、尤河嘴、古塘河、新铺村、叶家湾、宜林村、六家坳等11个村，凤山镇的鸟雀林、中石源河、花石桥、栗子坳、土门坳、河东街、三里桥、黄道山等15个村或街道办事处，大河岸镇的高庙村、罗家嘴、周家嘴、石井头、枫树湾、滚石坳、闵家河等7个村。
根据罗田县凤三养生走廊确定的行政范围，结合2009年底罗田县第二次土地现状调查数据分析表明，凤三养生走廊土地总面积为13599.94hm2，其中农用地为11096.55hm2，占土地总面积的81.59%；建设用地1621.60hm2，占土地总面积的11.92%；其他土地881.79hm2，占土地总面积的6.49%。
2农地资源调查取样
2.1调查单元的划分
根据罗田县凤三养生走廊农地资源分布情况及行政村范围，结合实际踏勘线路，将凤三养生走廊划分为39个评价单元，其中农地资源评价单元为35个（图1）。
2.2调查取样
以35个农地资源评价单元为依据，分别组织土壤测验、农业规划相关人员于2012年2月27日～3月5日先后3次对评价单元逐一取土采样，采样覆盖了凤三养生走廊区内全部典型农地地块，符合农地资源评价调查标准，可满足农地资源评估的需要。
3农地资源调查评价指标体系与测度
3.1指标体系的建立
根据农地资源调查评价指标体系科学性与可操作性、系统性与完整性、评价指标相对独立性的构建原则[11]，结合罗田县凤三养生走廊农地资源实际，构建农地物理指标、土壤主要养分指标以及基础设施指标等三大项目层，并在此基础上明确具体指标[12，13]，共确定10项指标：地貌类型、坡度、耕层质地、pH、有机质、有效磷、速效钾、碱解氮、农田灌排条件、交通通达能力，见表1。
构建的指标体系中有定性描述性指标，为使构建指标可量化，需对指标进行度量，具体指标赋值说明如下。
1）地貌类型：根据农地资源调查评价相关标准，结合罗田县实际地貌情况，进行度量确定：水网平原赋值为1.0，河谷平原赋值为0.7，低丘赋值为0.5，高丘地貌赋值为0.3。
2）坡度：根据全国第二次国土资源调查的相关数据，确定小于2°为1级，赋值为1.0；2°～6°为2级，赋值为0.8；6°～15°为3级，赋值为0.7；15°～20°为4级，赋值为0.4；20°～25°为5级，赋值为0.1。
3）根据实际踏勘采集土壤样本，明确评价单元内耕层质地情况，确定黏壤土赋值为1.0；壤土赋值为0.9；黏土赋值为0.7；砂土赋值为0.5。
4）pH：根据农地资源调查评价相关标准，确定pH8.50的赋值为0.2；4.50～5.50的赋值为0.4；5.50～6.50的赋值为0.8；6.50～7.50的赋值为1.0；7.50～8.50的赋值为0.7。
5）有机质：根据农地资源调查评价相关标准确定：农地有机质含量小于10g/kg的赋值为0.3；10～20g/kg的赋值为0.5；20～30g/kg的赋值为0.8；30～40g/kg的赋值为0.9；大于40g/kg的赋值为1.0。
6）有效磷（碳酸氢钠法）：根据农地资源调查评价相关标准确定：农地有效磷含量小于5mg/kg赋值为0.2；5～10mg/kg赋值为0.5；10～15mg/kg赋值为0.7；15～20mg/kg赋值为0.8；20～30mg/kg赋值为0.9；30～40mg/kg赋值为1.0；当有效磷大于40mg/kg反而起到副作用，赋值为0.8。
7）速效钾：根据农地资源调查评价相关标准确定：农地速效钾含量小于50mg/kg赋值为0.3；50～80mg/kg赋值为0.5；80～100mg/kg赋值为0.7；100～150mg/kg赋值为0.9；有效磷大于150mg/kg赋值为1.0。
8）碱解氮：根据农地资源调查评价相关标准确定：农地碱解氮含量小于50mg/kg赋值为0.3；50～80mg/kg赋值为0.5；80～100mg/kg赋值为0.7；100～150mg/kg赋值为0.9；有效磷大于150mg/kg赋值为1.0。
9）农田灌排条件：根据对凤三养生走廊实际踏勘确定：有新建硬化沟渠，认为其农田灌排条件很好，赋值为1.0；如仅有老旧的土质灌排系统，认为其农田灌排条件一般，赋值为0.6；如农田无明显灌排系统，则认定其农田灌排条件很差，赋值为0.3。
10）交通通达能力：根据对凤三养生走廊的农地交通通达能力调查情况，确定：如有县级以上道路，认为其农田交通通达能力很好，赋值为1.0；如有县级道路，认为其交通通达能力较好，赋值为0.8；如有乡村道路，认为其交通通达能力一般，赋值为0.4；如仅有田间机耕道，则认定其农田交通通达能力较差，赋值为0.3；如仅有田间人行道，则认定其农田交通通达能力很差，赋值为0.1。
3.2指标权重的确定
在多指标定量综合评价中指标权重的确定尤为重要。目前关于指标权重的确定方法主要有主观赋权法和客观赋权法两类。其中主观赋权法是由具有丰富专业知识的专家凭借经验来确定指标权重，但在实际应用中由于客观因素的复杂性和不确定性，导致主观上对各因素的重要程度难以作出精确的判断，因而需与客观赋权法相结合。客观赋权法得出的权重独立于人的偏好以及经验，克服了主观赋权法的不足。本研究采用主观赋权法和客观赋权法相结合综合确定各指标的权重。首先由具有丰富专业知识的专家凭借经验认为土壤常规5项养分指标对农地资源评价的影响最大，其次为农地物理指标，最次为基础设施指标。因此，综合指标权重确定农地物理指标为0.20，土壤养分指标为0.70，基础设施指标为0.10。采用客观赋权法中的熵权法确定各指标的权重，对主观赋权和客观赋权再进行平均确定综合权重，见表2。
3.3综合指数的测度
根据农田评价单元各指标权重和土壤调查、分析测试结果，计算出综合分值，结合农地地力分等定级综合评价指数方案（表3），即可得出农地资源评价单元综合等级状况。
4农地资源综合评价结果与分析
农地资源包括耕地、园地、林地、草地以及养殖水域等，但根据凤三养生走廊农地资源中林地多为有林地，以及养殖水域和草地很少的现状，本研究主要对区域内的耕地和园地进行综合评价。根据现场踏勘取样获取的现状信息和实验仪器对土壤主要养分指标的检测结果，以罗田县土地利用现状图作为工作底图，利用ArcGIS软件对指标体系确定的10项指标进行单要素分析。
4.1农地物理指标分析
4.1.1地貌类型凤三养生走廊区内农地资源以低丘和河谷平原为主，其中河谷平原主要分布在新昌河新浦村、义水河宜林村、鸟雀林村、罗田河石井头村、闵家河村；花石桥村附近部分为高丘地貌；其他区域主要以低丘地貌为主。对应评价单元最终确定第1、2、6、8、35、36、37评价单元为河谷平原地貌；第27评价单元为高丘地貌；其余评价单位为低丘地貌。
4.1.2坡度研究区域内的农地资源坡度以二、三级为主，其占总量的78.10%；一级占总农地资源的16.18%；4级和5级比例较小，占总量的5.72%。农地资源坡度等级一级主要集中在新昌河新浦村、义水河宜林村、鸟雀林村、罗田河石井头村、闵家河村；二、三级主要分布在以低丘地貌为主的大部分区域，四、五级零星分布在花石桥村、登场坳村等区域。就坡度一项而言，凤三养生走廊内的农地资源土地平整度状况一般，农地坡度主要集中在10°～15°。
4.1.3耕层质地耕层土壤质地是土壤物理性质之一，指土壤中不同大小的矿物颗粒的组合状况。土壤质地与土壤通气、保肥、保水状况及耕作的难易有密切关系；土壤质地状况是拟定土壤利用、管理和改良措施的重要依据。虽然土壤质地主要决定于成土母质类型，有相对的稳定性，但耕作层的质地仍可通过耕作、施肥等活动进行调节。调查结果表明，罗田县凤三养生走廊区内农地资源耕层质地主要是砂土和黏土，其中黏土分布在新昌河、义水河、罗田河的河谷平原区域；低丘岗地等主要是砂质土。
4.2土壤主要养分指标分析
4.2.1土壤pH对照我国土壤pH划分，研究区域内的农地酸碱度较好，pH在6.05～7.25，以中性和弱酸性为主。主要位于6.50～7.50和5.50～6.50两个区间，其中6.50～7.50主要分布在中部低丘地区，5.50～6.50主要分布在新昌河和罗田河河谷平原区。
4.2.2土壤有机质研究区域土壤有机质含量差异性较大，最小值仅0.17g/kg，最大值达43.45g/kg，含量较高的主要分布在三里畈镇内新昌河以东义水河以北的区域，含量较低的分布在凤山镇及大河岸镇，但总体有机质含量较低，大多数区域的有机质含量在30g/kg以下。
4.2.3土壤有效磷在农业生产中一般采用土壤有效磷的指标来指导施用磷肥。土壤有效磷含量是决定磷肥有无效果以及效果大小的主要因素。
研究区域内土壤有效磷含量的差异性很大，最高值为84.88mg/kg位于鸟雀林村，最小值位于枫树湾村，仅1.12mg/kg。整体上土壤有效磷含量较好，大部分属于三级以上。但需指出的是有部分地区土壤有效磷含量明显超出40mg/kg的合理值，实践证明，土壤有效磷含量过高并不利于作物增产。
4.2.4土壤速效钾钾肥能够促进作物的光合作用，促进作物结果和提高作物的抗寒、抗病能力，从而提高农业产量。研究区域内土壤速效钾的含量处于四级和五级两个级别之间，无一、二、三等级，其土壤速效钾含量远低于一级150mg/kg的标准值，最高值为72.76mg/kg位于三里畈镇新铺村，最小值仅7.53mg/kg，位于枫树湾村。其中四级主要集中在大金湾、古塘河村、新铺村附近。可见，凤三养生走廊内土壤速效钾的含量整体偏低，因此，建议在今后一段时期内对调查范围区内的农业用地增大钾肥施用量。
4.2.5土壤碱解氮元素氮对作物生长起着非常重要的作用，研究区域内土壤碱解氮的含量处于三、四、五级三个级别，无一、二等级，其土壤碱解氮含量远低于一级150mg/kg的标准值，最高值为98.73mg/kg，位于三里畈镇宜林村，最小值仅28.04mg/kg，位于大河岸镇高庙村。其中含量较高的三级主要集中在宜林村、叶家湾村、大金湾村附近。由此可见，凤三养生走廊内土壤碱解氮的含量整体偏低。
4.3基础设施指标
4.3.1农地灌排条件排水良好的农地不易受侵蚀，易于机械化耕作。因此，在农地资源评价过程中需考虑到农田灌排情况。在对凤三养生走廊35个农地评价单元进行实地踏勘后，发现其范围内主要存在有因农田土地整理而修建的硬化沟渠，有20世纪70年代修建开挖的老旧灌排系统，也有相当部分区域无明显灌排系统。
4.3.2农地交通通达能力凤三养生走廊位于罗田凤三镇、三里畈镇以及大河岸镇的核心区，区内有318国道、省道长三线、胜麻线等，主要村湾也已由乡村硬化道路相连，整体农地交通通达能力较好。但也有少量区域农地因低丘冲积扇改造而成，农地内部道路等级较低，通达能力较弱。农地通达能力较弱的区域主要分布在罗家嘴村、七里牌村、登场坳村、花石桥村、古唐河村等区域。
4.4农地资源综合评价结果
结合各单要素数据，计算各评价单元的综合得分，见表4。根据各评价单元综合得分，结合农地资源综合指数测度方案，利用ArcGIS对单要素叠加分析，得到农地资源综合评价分级图（图2），从图2可以看出，凤三养生走廊区内没有一级农田，只有二到六级农田，且以四级和五级的农田居多，由此可见，凤三养生走廊区域内农地资源总体状况处于中等偏下水平。但区域内农地资源也存在较大差异性，其中较好的二级农田主要分布在宜林村、大金湾村一带，其次主要分布在新昌河与义水河冲积河谷平原地带，如古塘河村、叶家湾村、新铺村等。
5结语
1）该研究利用GIS空间分析和多源信息复合分析对罗田县凤三养生走廊农业用地进行综合评价，比较深入地分析了研究区自然土壤要素、基础设施条件的地域差异。同时，所选基本单元不是采用传统的以行政单元为基础，而是依据现状地类，打破了行政区界，使得各行政单元内部的综合评价状况有了较大变化，从而为乡（镇）、行政村内部因地制宜的管理提供了参考。
2）研究表明区域内无一级农田，且以四级和五级的农田居多，农地资源总体状况处于中等偏下水平。主要原因是：区域内农地以低丘岗地为主，土壤主要为砂质土，土壤有机质、碱解氮、速效钾的含量整体偏低。
参考文献：
[1]陈印军，卢布，杨瑞珍，等.农地资源管理研究发展趋势与未来展望[J].中国农业资源与区划，2007，28（6）：21-25.
[2]孙进群，雷娜.我国农业资源评价与利用研究[J].安徽农业科学，2010，38（36）：20899-20901.
[3]黄初龙，邓伟，杨建锋.农业水资源可持续利用评价指标体系构建及其应用[J].农业现代化研究，2005，26（6）：422-425.
[4]石丽忠，陈金良，迟道才，等.辽宁省农业水资源多维耦合评价指标体系研究[J].中国农村水利水电，2008（3）：9-12.
[5]王宗明，张柏，宋开山，等.东北地区农业土地资源潜力评价模型及其应用[J].生态科学，2008，26（4）：351-360.
[6]高桂芹，齐作辉，董玉武.唐山市农业气候资源DTOPSIS优势分析[J].气象科技，2008，36（2）：202-205.
[7]于伯华，吕昌河.基于DPSill模型的农业土地资源持续利用评价[J].农业工程学报，2008，24（9）：53-58.
[8]陈生永，鞠敏睿.土地资源综合评价研究进展[J].水土保持应用技术，2011（5）：25-28.
[9]程绍文，张毅.湖北省农地资源及其利用评价研究[J].中国人口资源与环境，2005（1）：35-39.
[10]姜文来，罗其友.区域农地资源可持续利用系统评价模型[J].经济地理，2000，20（3）：78-81.
[11]幸莉.四川省农地集约利用评价及影响因素研究[D].成都：四川农业大学，2011.