GIS技术在农业资源与环境领域的应用进展

王琛

摘要 概括性地从农业资源管理和农业环境评价两方面介绍了GIS技术在农业资源与环境领域的应用，提出构建包括农业信息管理系统、农业决策支持系统和农业生产管理系统的农业地理信息系统，为深入研究GIS技术在农业中的应用和农业地理信息系统开发建设提供参考。

关键词 GIS；农业资源管理；农业环境评价；农业地理信息系统；应用

中图分类号 X825 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2015）17-0237-02

Application Progress of GIS in Agricultural Resources and Environment

WANG Chen

（College of Environmental Science and Engineering，Southwest Forestry University，Kunming Yunnan 650224）

Abstract The application of GIS in the field of agricultural resources and environment was summarized as agricultural resources management and agricultural environment assessment.Agricultural GIS should be constructed，including agricultural information management system，agricultural decision support system and agricultural production management system.A reference can be provided for the application of GIS in agriculture and construction of agricultural GIS.

Key words GIS；agricultural resources management；agricultural environment assessment；agricultural GIS；application

地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是在计算机硬软件的支持下，获取、存储、管理、分析和利用空间和地理信息的高新技术[1]。农业系统是一个高度复杂的自然-社会综合体，系统内的农业资源与环境要素在时空上的复杂性和变异性极强，GIS技术凭借其特有的空间信息管理与数据处理分析功能成为了农业信息化及现代化强有力的分析和决策辅助工具。

在国外，20世纪70年代GIS技术就开始应用于农业领域。90年代以后，GIS在农业领域的应用不断深入和普及，国外GIS技术在农业的应用不仅范围广、程度深、水平高，而且将“3S”技术有机地结合在一起，发挥集成优势，及时有效地解决农业生产和管理中的实际问题。我国从20世纪80年代中期才开始将GIS技术应用于农业领域，尽管与国外相比起步略晚，但部分研究成果已应用于农业生产，取得了很好的经济效益[2]。

1 GIS技术在农业资源管理中的应用

1.1 农业区划

GIS技术是开展农业气候资源分析与区划的重要手段，利用GIS数据库可以对多尺度、多源的农业资源数据进行采集和管理，利用GIS的空间分析功能可以将现有的资源、经济数据库和遥感影像获取的信息在GIS软件中进行叠加分析，运用GIS软件中提供的各种评判方法和模型，可进行不同区划方案的动态模拟与评价，制作农业区划图，以更加直观的形式展示区划结果。中国气象局预测减灾司于2000年组织江西省等7个省（市）气象局联合开发了“农业气候资源和区划信息系统”，用于制作农业气候区划[3]。当前GIS技术在农业区划方面的应用已日益成熟，国内学者将GIS的空间叠加分析功能与传统区划方法相结合，广泛应用于枸杞、烤烟、猕猴桃、火龙果、葡萄、荔枝等经济作物的农业区划工作中，为当地农业生产决策提供可靠的依据。

1.2 农业土地质量评价

利用GIS技术能够将地形、土壤性状、土地利用、环境变量等方面的空间和属性数据进行整合，通过建立各种数学模型，利用空间分析功能分析运算，进行农业土地质量的多因素综合评价，为土地利用、规划、管理提供决策依据。国外从20世纪70年代开始利用GIS技术进行土地质量评价，国外学者主要是将GIS技术与模糊逻辑技术[4]、神经网络方法[5]、遗传算法等人工智能方法结合[6]，进行农业土地质量评价。GIS在我国农业土地评价中的应用起步较晚，20世纪90年代才开始大量利用GIS技术进行评价，主要用于耕地地力评价[7]、农地适宜性评价[8]、耕地生产潜力评价等[9]。部分学者利用GIS的路径分析、缓冲分析等功能提取区位条件因素[10]，丰富了评价指标，使评价体系更加科学合理。

1.3 农作物估产

利用GIS和RS对作物区遥感影像进行处理分析，可获取粮食产区播种面积、作物类型及作物生长态势和环境变化等信息。在充分分析各影响因素对作物的相互作用关系后，利用GIS的模型功能，构建不同条件下（土壤、气候、环境条件）作物生长模型和多种估产模式，估算出大面积的作物产量，并提供数字化、图像化的农情。国内外农作物估产研究的重点有两方面，一是利用GIS技术辅助确定农作物的种植面积[11]，另一个是利用遥感影像提取的归一化差分植被指数[12]、光谱植被指数[13]、收获指数[14]、温度植被角度指数等指数在GIS中与气候或地理要素进行叠加分析[15]。

1.4 土壤养分管理endprint

在大面积的生产管理中，土壤养分的空间变异性和气候变化的不一致性等问题给平衡施肥、合理施肥带来很大的困难。GIS在土壤养分管理方面的应用主要是利用GIS技术对农田土壤进行调查、采样，结合地统计学知识进行区域农田土壤养分空间变异特征分析[16-17]，在此基础上进行土壤养分管理分区[18-19]，并可结合气候变化、预测系统等构建施肥推荐系统，为施肥决策和管理提供服务[20]。

2 GIS技术在农业环境评价中的应用

2.1 农业灾害评价与预测

GIS技术为农业灾害评价与预测提供了新的手段，在GIS技术支持下，将获取的灾情信息与地面现实信息有机结合，能够实现对区域内灾害发生的基本规律、时空分布特征的综合分析评价[21]。另外，通过构建灾害风险模型可进行灾害风险评估与区划[22]，并利用空间插值功能对灾害发展趋势进行预测[23]，如对旱灾、涝灾、作物病虫害等农业灾害的预测预报，可为防灾减灾提供分析对策。以GIS为二次开发平台，集成人工智能技术、决策支持系统等开发构建的农业灾害预测防治专家系统[24]，让农业灾害防治工作变得简单易行。

2.2 农业面源污染分析

农业面源污染具有分散性、空间异质性等特征，GIS技术凭借其强大的空间信息管理、空间分析、可视化等功能，成为了研究面源污染的有效手段。利用GIS技术可以对农业面源污染的时空分异性进行分析，直观地反映其时空动态变化情况[25-26]，与其他模型集成还可进行农业面源污染排放量的预测[27]。以GIS作为二次开发平台，建立农业面源污染信息系统[28]，更能实现信息发布、管理、分析和预测。

2.3 农业生态环境评价

农业生态环境评价是对某一区域的农业生态环境状况的优劣进行定性和定量的描述，在GIS中可实现生态环境信息的快速获取及空间数据的分析处理，利用GIS模型功能建立农业生态环境评价模型[29]，评价区域内农业生态环境的现状[30]，分析其动态变化和发展趋势[31]，为决策和管理提供依据，实现农业资源的可持续利用和农业环境的保护。

3 农业地理信息系统的建设展望

随着GIS技术的不断成熟，其在农业资源与环境领域的应用已越来越广泛和深入，建立综合的农业地理信息系统愈加必要，将“3S”（GPS、GIS、RS）技术和农业专家系统充分集成，构建具有人工智能的空间决策系统将是未来的发展方向。农业地理信息系统应该将“3S”、通信网络、计算机、自动化等技术与农学、气象与气候学、土壤学、地理学等基础学科紧密结合，形成一个可对农作物、气候、土壤等信息进行定期获取、动态分析和诊断预测，并提出耕作措施及管理方案的系统。

未来的农业地理信息系统应该包括农业信息管理系统、农业决策支持系统、农业生产管理系统3个部分。农业信息管理系统是基础，统一采集和管理农业资源与环境的空间数据和基础信息，实现查询、更新、可视化等功能，并为农业决策支持系统提供数据支撑。农业决策支持系统是核心，对农业信息管理系统提供的数据进行整合，利用系统的分析、评价、评估和预测功能，为相关农业管理决策提供技术支持。如进行农业区划、农地适宜性评价、农业估产、农业生态环境监测、农业灾害预测与防治等工作。农业生产管理系统是重点，在农业决策支持系统提供的决策支持的基础上，结合专家系统，进行科学的农业生产管理，实现种植、施肥、灌溉等农业生产管理的精确化、专业化。如进行农作物种植作物类型和模式确定、精准农业变量施肥管理、灌区水资源优化配给等农田管理。

4 结语

中国是农业大国，农业在国民经济中起着举足轻重的作用，信息农业是农业现代化的重要发展方向之一。GIS技术是农业信息化及现代化过程中有力的技术支持，进一步深入开展其在农业资源与环境领域的应用研究非常必要，开发农业地理信息系统也将成为其研究的重中之重，它将指导农业生产、促进农业现代化、推动农业的高产丰收。

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