黑龍江墾區橫跨小興安嶺南麓、黑龙鬆嫩平原和三江平原地區,江垦究 土壤類型多樣且降雨分布不均導致各地區土壤墒情差異明顯。開展集成物聯網技術、区土情监遙感技術、壤墒GIS技術、测技網絡技術、术体雲計算等技術為一體的系研土壤墒情監測技術體係研究, 能夠為墾區農業生產管理提供可靠的數據支撐, 實現農作物的高產高效並節約高效利用水資源。

黑龍江墾區位於東經123°40′~134°40′和北緯40°10′~50°21′,黑龙 分布在黑龍江省12個地 (市) 74個縣 (市、區) ,江垦究 橫跨小興安嶺南麓、鬆嫩平原和三江平原地區。区土情监黑龍江墾區作為我國農業先進生產力的壤墒代表, 是我國重要商品糧基地、糧食戰略後備基地和全國最大的测技綠色、有機、术体無公害食品基地,系研 為保障國家糧食安全做出了重大貢獻, 是國家糧食安全的“壓艙石”。黑龍江墾區現有耕地286.7餘萬hm2,黑龙 主要有棕壤、白漿土、黑土等多種土壤類型, 加上降水量和溫度等氣象因素的影響導致各地區土壤墒情差異明顯。因此, 黑龍江墾區有必要加強農田土壤墒情監測來提高農業管理的信息化水平。在土壤墒情數據的支撐下, 墾區管理部門和農場職工可以實現科學合理的農業種植結構調整和農業生產管理, 節約高效利用水資源, 實現農作物的高產高效。

1 墾區土壤墒情監測的總體設計

為了準確的掌握墾區土壤墒情監測數據, 規範墒情監測和統計數據格式, 並進行集中的管理和分析, 需建立起科學有效的數據管理、分析和傳輸係統。

按照“統籌規劃、合理布局、資源共享”的基本原則, 以係統工程思想為指導, 根據土壤墒情監測的時間性、準確性和高效性, 以土壤墒情數據的采集、存儲、分析、預報為目的, 集成物聯網技術、遙感技術、GIS技術、網絡技術、雲計算等技術, 建立一個集土壤墒情數據采集、處理和分析並具有一定拓展性的土壤墒情監測技術體係。

2 基於物聯網技術的土壤墒情監測網絡設計

黑龍江墾區地域範圍廣, 各農場分布在74個縣 (市、區) 。根據土壤墒情監測規範要求, 科學合理地進行固定監測站點和移動監測站點的布設, 建立覆蓋全、設備先進、運行可靠的墒情監測網絡。

以農場為單位, 綜合考慮土壤類型、水文、氣象條件等因素, 並根據水稻、玉米、豆類的栽培措施來布設監測站點。選用準確度高、測量值可靠的土壤溫濕度傳感器, 選用體積小、操作簡單、性能可靠的土壤墒情自動監測站, 基於ZigBee無線傳感器網絡進行數據的傳輸, 統一設定墒情參數的采樣周期和存儲周期, 完成高頻率數據采集和傳輸。

3 基於遙感技術的土壤墒情數據反演

在地麵墒情實測值的支持下, 利用遙感技術進行土壤墒情數據反演具有宏觀、快速、經濟等優點, 有效克服了地麵數據代表範圍有限的缺點, 成為一種有效的監測手段。

利用數據同化技術, 可以實現地麵實測、遙感反演和模型模擬相結合, 顯著提高土壤墒情監測的精度。采用NOAA/AVHRR、EOS/MODIS、Landsat8、哨兵等多源、多光譜的遙感數據應用溫度植被幹旱指數 (TVDI) 、垂直幹旱植被指數 (PDI) 和地表含水量指數 (SWCI) 進行土壤墒情數據反演。

利用數據融合方法實現對NOAA/AVHRR、EOS/MODIS土壤墒情的空間降尺度, 獲取不同作物類型土壤墒情空間分布, 製成土壤墒情遙感監測專題圖。

4 基於GIS技術和雲服務平台的土壤墒情監測係統

以物聯網技術和遙感技術獲取的墒情監測數據為基礎, 以土壤類型數據和降水量、蒸發量等氣象數據為變量, 采用基於GIS技術和雲服務平台構建墾區土壤墒情監測係統。

GIS數據庫整合文字、表格, 專題圖、地理信息等實現空間數據和屬性數據的存儲和管理的一體化。係統實時地實現數據采集管理和空間分析, 並得到各地區的墒情分布圖和墒情數據, 係統可以實現土壤墒情數據分類統計、查詢、導出。

係統還可以將土壤墒情與主要農作物的生育期結合起來, 結合農業專家知識和農作物墒情評價指標體係, 結合天氣預報信息給出農藝措施建議, 最終生成土壤墒情簡報。

5 結語

黑龍江墾區在“建設現代農業大基地、大企業、大產業, 努力形成農業領域的航母”的發展道路上, 需要不斷用信息化手段來提高農業管理水平和科技貢獻度。黑龍江墾區土壤墒情監測技術體係集成物聯網技術、遙感技術、GIS技術、雲計算技術、網絡技術等為一體, 全麵、及時、準確的反映墾區農田土壤墒情狀況, 揭示土壤墒情的地域差異規律和時間變異規律, 為農業生產管理提供可靠的數據支撐, 構建區域化、低成本的農業信息化管理方式, 促進農業可持續發展。

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