前言(yan)

精準農(nong)業(ye)是近年(nian)來農(nong)業(ye)科學(xue)研究(jiu)的(de)熱(re)點領域(yu)，也(ye)是當今世界(jie)農(nong)業(ye)發展的(de)新潮流。研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)希望通(tong)過(guo)精準農(nong)業(ye)技(ji)術(shu)體系的使用降(jiang)低生產(chan)成本, 提高(gao)和(he)穩定(ding)農(nong)產(chan)品(pin)產(chan)量(liang)和(he)質(zhi)量(liang), 增加經濟(ji)收入, 減少(shao)環(huan)境汙染(ran)。

土壤中的鹽分、水(shui)分(fen)、有(you)機質(zhi)含(han)量(liang)、土壤壓實度(du)、質(zhi)地結(jie)構等(deng)，均(jun)不(bu)同(tong)程度(du)影響土壤電導率(lv)變(bian)化(hua)。通(tong)過(guo)測定(ding)土壤電導率(lv)，可為(wei)分析產(chan)量(liang)、評(ping)價(jia)土壤生產(chan)能力(li)、制定(ding)精準施肥(fei)處方(fang)提供(gong)重要(yao)依(yi)據。傳(chuan)統(tong)的樣方(fang)抽(chou)樣調(tiao)查(zha)不(bu)僅費時費力(li)，還由(you)於抽(chou)樣密度(du)過低不(bu)能真實反應地塊(kuai)土壤特性的時空變化(hua)，對於大(da)尺度(du)調(tiao)查(zha)而言(yan)與機動(dong)車輛相結(jie)合(he)的(de)拖(tuo)曳(ye)式土壤電導率(lv)測量(liang)系(xi)統(tong)無疑是(shi)優秀的選(xuan)擇(ze)。

基(ji)於以(yi)上(shang)信息(xi)，美國VERIS公司(si)於1997年(nian)推出了(le)商(shang)業(ye)化大(da)面積(ji)土壤電導率(lv)（EC）勘(kan)查(zha)系統(tong)，2006年(nian)推出VIS-NIR雙波(bo)段(duan)土壤有(you)機質(zhi)光(guang)譜傳(chuan)感器（OM），2016年(nian)推出iSCAN 多參(can)數(shu)土壤理(li)化性質(zhi)測繪(hui)系統(tong)——該(gai)系(xi)統(tong)既(ji)可以(yi)由(you)拖(tuo)拉(la)機或(huo)皮(pi)卡(ka)進(jin)行拖(tuo)曳(ye)作業(ye)（需選(xuan)配(pei)支(zhi)架），又可安(an)裝在播(bo)種機等(deng)農(nong)機具(ju)上(shang)——在(zai)耕種作業(ye)的同(tong)時完成對農(nong)用地的勘查(zha)，靈活(huo)而便(bian)捷(jie)；隨(sui)後(hou)推出附(fu)加(jia)土壤溫度(du)和(he)濕度(du)傳感器的升級版iSCAN+系(xi)統(tong)（溫度(du)和(he)濕度(du)是種(zhong)子發芽和(he)出苗(miao)非常(chang)重要(yao)的影響因(yin)子(zi)）。

iSCAN 多參(can)數(shu)土壤理(li)化性質(zhi)測繪(hui)系統(tong)通(tong)過(guo)實(shi)地原(yuan)位(wei)測量(liang)土壤電導EC、OM值(zhi)、溫(wen)度(du)和(he)濕度(du)值(zhi)，利用GPS定(ding)位和(he)數(shu)據處理(li)測繪(hui)軟件（收費數(shu)據處理(li)服務(wu)），繪(hui)制出土壤理(li)化性質(zhi)分(fen)布(bu)圖，全面分(fen)析反(fan)映土壤質(zhi)地、鹽堿(jian)度(du)、持水(shui)能力(li)、陽離子交(jiao)換能力(li)、根系(xi)深度(du)等(deng)。適(shi)用(yong)於精準農(nong)業(ye)、土壤調(tiao)查(zha)和(he)碳匯農(nong)業(ye)（土壤碳儲(chu)量(liang)估算(suan)）的(de)研(yan)究(jiu)示(shi)範(fan)及(ji)土地管理(li)和(he)土地利用規(gui)劃等(deng)領域(yu)。

2017-2018年(nian)VERIS公司(si)在美國選(xuan)取(qu)4個(ge)州(zhou)共計(ji)15塊(kuai)土地利用iSCAN系(xi)統(tong)進(jin)行勘測，並(bing)與手(shou)持式設(she)備數(shu)據進(jin)行比對，得(de)到非常(chang)好的線(xian)性相關(guan)結(jie)果。

上(shang)圖為(wei)堪(kan)薩(sa)斯州(zhou)40公頃(qing)地塊(kuai)勘查(zha)地圖

主要(yao)特點

• iSCAN可同(tong)時測繪(hui)土壤EC值(zhi)、OM值(zhi)，iSCAN+則(ze)多了土壤表層溫度(du)和(he)濕度(du)值(zhi)
• 原(yuan)野現(xian)場測繪(hui)：隨(sui)著(zhe)機載系統(tong)在原(yuan)野前行，即(ji)時獲(huo)取(qu)電導及(ji)地理(li)坐標(biao)（經(jing)緯度(du)），每公頃(qing)可以(yi)測量(liang)120-240個(ge)樣點數(shu)據
• 直(zhi)接接觸法測量(liang)EC（Electrical Conductivity），測量(liang)基(ji)本(ben)不(bu)受周邊(bian)電磁(ci)影響，也(ye)不(bu)需要(yao)校準，反(fan)映(ying)土壤質(zhi)地、鹽度(du)特性
• VIS-NIR雙波(bo)段(duan)光(guang)譜傳(chuan)感器，可經(jing)由Veris數(shu)據處理(li)中心(xin)進(jin)行數(shu)據處理(li)提供(gong)土壤有(you)機質(zhi)OM（Organic Matter）值(zhi)，反(fan)映土壤氮(dan)礦化、土壤水(shui)滲(shen)透(tou)、根系(xi)生長以(yi)及(ji)土壤持水(shui)能力(li)

上(shang)圖為(wei)經(jing)由VERIS數(shu)據中(zhong)心處理(li)後(hou)得(de)到的(de)地圖

技(ji)術(shu)指標

• OpticMapper雙波(bo)段(duan)VIS-NIR傳感器，原(yuan)位(wei)測繪(hui)植物(wu)枯(ku)落物(wu)下層土壤表層光(guang)譜反(fan)射(she)
• 可見光(guang)波(bo)長(chang)：660nm；近紅外(wai)波(bo)長(chang)：940nm；光(guang)源：LED
• 光(guang)譜檢(jian)測器：5.76mm光(guang)敏二極管(guan)
• 除(chu)通(tong)過(guo)雙波(bo)段(duan)VIS-NIR光(guang)譜傳(chuan)感器高(gao)密度(du)原(yuan)位(wei)測繪(hui)分析土壤OM值(zhi)及(ji)其(qi)分布(bu)圖外(wai)，可壹次(ci)同(tong)時測量(liang)繪(hui)制EC，iSCAN+可附(fu)加土壤溫度(du)和(he)濕度(du)傳感器，並可實(shi)時記錄(lu)顯(xian)示(shi)測量(liang)數(shu)據和(he)分布(bu)圖
• Garmin GPS 15X：差(cha)分GPS定(ding)位(wei)精度(du)，優於3米
• 電子(zi)器件：NMEA 4X密封(feng)，高(gao)級(ji)防(fang)水(shui)接口(kou)
• 數(shu)采：80 pin PIC 微處理(li)器，1Hz采集率(lv)，背(bei)光(guang)顯示(shi)器，電源12VDC，5A
• 測繪(hui)軟件SoilViewer：即(ji)時顯(xian)示(shi)EC值(zhi)及(ji)光(guang)譜反(fan)射(she)，並將(jiang)地理(li)位置信息(xi)（經(jing)緯度(du)）及(ji)測量(liang)值(zhi)下(xia)載到計(ji)算(suan)機上(shang)並(bing)自(zi)動(dong)制(zhi)作二維分布(bu)圖（光(guang)譜反(fan)射(she)需經(jing)由Veris數(shu)據處理(li)中心(xin)進(jin)行處理(li)分析(xi)形(xing)成SOM值(zhi)）
• EC測繪(hui)，可形(xing)成0－60cm的表(biao)層土壤電導測繪(hui)圖
• OM測量(liang)深(shen)度(du)：38－76mm
• 長(chang)度(du)：農(nong)機版145cm；拖(tuo)曳(ye)版259cm
• 寬度(du)：農(nong)機版31cm; 拖(tuo)曳(ye)版127cm
• 高(gao)度(du)：110cm
• 重量(liang)：147 kg
• 測量(liang)速(su)度(du)：可達(da)24km/hr
• 工(gong)作溫度(du)：-20－70°C

軟件界(jie)面

產(chan)地

美國

選(xuan)配(pei)技(ji)術(shu)方案

• 可選(xuan)配(pei)高(gao)光(guang)譜成像以(yi)評(ping)估土壤微生物(wu)呼吸(xi)作用
• 可選(xuan)配(pei)紅外熱(re)成像研(yan)究(jiu)土壤水(shui)分(fen)、溫(wen)度(du)變化(hua)對呼吸(xi)影響
• 可選(xuan)配(pei)ECODRONE®無人(ren)機平臺搭(da)載高(gao)光(guang)譜和(he)紅外(wai)熱(re)成像傳(chuan)感器進(jin)行時空格(ge)局調(tiao)查(zha)研究(jiu)

部(bu)分參(can)考文(wen)獻(xian)

• Adamchuk, V.I., J.W. Hummel, M.T. Morgan, S.K. Upadhyaya. 2004. On-the-go soil sensors for precision agriculture. Comput. Electron. Agric. 44:71–91.
• Christy, C.D. 2008. Real-Time Measurement of Soil Attributes Using On-the-go Near Infrared Reflectance Spectroscopy. Computers and Electronics in Agriculture. 61:1. pp.10-19
• Kitchen, N.R., S.T. Drummond, E.D. Lund, K.A. Sudduth, G.W. Buchleiter. 2003. Soil electrical conductivity and other soil and landscape properties related to yield for three contrasting soil and crop systems. Agron. J. 95:483–495.
• Kweon, G., E.D. Lund, and C.R. Maxton. 2013. Soil organic matter and cation-exchange capacity sensing with on-the-go electrical conductivity and optical sensors. Geoderma 199:80–89.
• Lund, E.D. 2008. Soil electrical conductivity. p.137-146. In: S. Logsdon et al. (ed.) Soil Science Step by Step Field Analysis. SSSA, Madison, WI.
• Lund, E.D., C.R. Maxton, T.J. Lund. 2015. Assuring data quality and providing actionable maps using a multi-sensor system. Proceedings of Global Workshop on Proximal Soil Sensing. Hangzhou China. 266-278.
• Eric Lund, Chase Maxton. 2019. Comparing Organic Matter Estimations Using Two Farm Implement Mounted Proximal Sensing Technologies. 5TH GLOBAL WORKSHOP ON PROXIMAL SOIL SENSING. P35-40.
• José Paulo Molin, Tiago Rodrigues Tavares. 2019. SENSOR SYSTEMS FOR MAPPING SOIL FERTILITY ATTRIBUTES: CHALLENGES, ADVANCES, AND PERSPECTIVES IN BRAZILIAN TROPICAL SOILS. Eng. Agríc. vol.39.