土壤數(shù)據(jù)和作物營(yíng)養(yǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集
對(duì)于長(zhǎng)期相對(duì)穩(wěn)定的土壤變量參數(shù)，象土壤質(zhì)地、地形、地貌、微量元素含量等，可一次分析長(zhǎng)期受益或多年后再對(duì)這些參數(shù)做抽樣復(fù)測(cè)，在我國(guó)可引用原土壤普查數(shù)據(jù)做參考。對(duì)于中短期土壤變量參數(shù)，象N，P，K，有機(jī)質(zhì)、土壤水分等，這些參數(shù)時(shí)空變異性大，應(yīng)以GPS定位或?qū)Ш綄?shí)時(shí)實(shí)地分析，也可通過(guò)遙感（RS）技術(shù)和地面分析結(jié)合獲得生長(zhǎng)期作物養(yǎng)分豐缺情況。這是確定基肥、追肥施用量的基礎(chǔ)。20世紀(jì)90年代以來(lái)，土壤實(shí)時(shí)采樣分析的新技術(shù)、新儀器有了長(zhǎng)足的發(fā)展進(jìn)步。
1.基于土壤溶液光電比色法開(kāi)發(fā)的土壤主要營(yíng)養(yǎng)元素測(cè)定儀，在我國(guó)已有若干實(shí)用化的產(chǎn)品推廣。
2.基于近紅外（NIR）多光譜分析技術(shù)、半導(dǎo)體多離子選擇效應(yīng)晶體管（ISFET）的離子敏傳感技術(shù)的研究已取得了初步的進(jìn)展和研究成果[5,6]。
3.基于近紅外（NIR）光譜技術(shù)和傳輸阻抗變換理論的土壤水分測(cè)量?jī)x在我國(guó)已經(jīng)研制成功。
4.基于光譜探測(cè)和遙感理論的作物營(yíng)養(yǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究也取得了一定的進(jìn)展。
用植物光譜分析方法診斷植物營(yíng)養(yǎng)水平具有快速、自動(dòng)化、非破壞性等優(yōu)點(diǎn)，但診斷專一性不夠，解譯精度也有待提高。在作物N營(yíng)養(yǎng)與作物光譜特性方面，無(wú)論是多光譜被動(dòng)遙感，還是激光熒光雷達(dá)主動(dòng)遙感的研究和應(yīng)用都已較為成熟，在外觀未發(fā)現(xiàn)缺氮癥狀時(shí)，已能區(qū)分作物的N素營(yíng)養(yǎng)水平。日本首先研制了葉綠素計(jì)應(yīng)用于田間作物氮素營(yíng)養(yǎng)水平診斷及指導(dǎo)施肥，取得了較好的效果，據(jù)日農(nóng)機(jī)新聞1999年又報(bào)道了一種自動(dòng)化施肥裝置，在水稻生長(zhǎng)期間，可根據(jù)其葉子進(jìn)行判斷，自動(dòng)調(diào)節(jié)施肥量，用分光傳感器分析水稻生長(zhǎng)情況，同時(shí)用GPS系統(tǒng)導(dǎo)航，任何人都能進(jìn)行操作。但植物中P、K和微量元素的營(yíng)養(yǎng)水平與作物光譜特性的關(guān)系研究較少。國(guó)內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)基于現(xiàn)在的儀器設(shè)備條件下，在嚴(yán)重缺磷時(shí)，光譜分析才能用作物磷營(yíng)養(yǎng)診斷；鉀只能區(qū)分3~4級(jí)營(yíng)養(yǎng)水平。但隨著一系列地球觀測(cè)衛(wèi)星的將在近幾年發(fā)射，衛(wèi)星影像空間分辨率和光譜分辨率的提高，遙感技術(shù)將在作物營(yíng)養(yǎng)監(jiān)測(cè)的中扮演重要的角色。

差分全球定位系統(tǒng)（DGPS）
無(wú)論是田間實(shí)時(shí)土樣分析，還是精確施肥機(jī)的運(yùn)作，都是以農(nóng)田空間定位為基礎(chǔ)的。全球定位系統(tǒng)（GPS）為精確施肥提供了基本條件。GPS接收機(jī)可以在地球表面的任何地方、任何時(shí)間、任何氣象條件下至少獲得4顆以上的GPS衛(wèi)星發(fā)出的定位定時(shí)信號(hào)，而每一衛(wèi)星的軌道信息由地面監(jiān)測(cè)中心監(jiān)測(cè)而精確知道，GPS接受機(jī)根據(jù)時(shí)間和光速信號(hào)通過(guò)三角測(cè)量法確定自己的位置。但由于衛(wèi)星信號(hào)受電離層和大氣層的干擾，會(huì)產(chǎn)生定位誤差，美國(guó)提供的GPS定位誤差可達(dá)100米，所以為滿足精確施肥或精確農(nóng)作需要，須給GPS接受機(jī)提供差分信號(hào)即差分定位系統(tǒng)（DGPS）。DGPS除了接收全球定位衛(wèi)星信號(hào)外，還需接收信標(biāo)臺(tái)或衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的差分校正信號(hào)。這樣可使定位精度大大提高。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中用的美國(guó)GARMIN公司的GPS12XL 接受機(jī)，接收差分輸入后可達(dá)到1~5的定位精度?，F(xiàn)在民用DGPS已完全能滿足精確施肥的需要?，F(xiàn)在的研究正向著GPS-GIS-RS一體化，GPS-智能機(jī)械一體化方向發(fā)展。日本最近實(shí)驗(yàn)利用GPS定位插秧機(jī)、GPS定位自動(dòng)施肥機(jī)，誤差在10cm以內(nèi)[14,15]。

決策分析系統(tǒng)
決策分析系統(tǒng)是精確施肥的核心，直接影響精確施肥的技術(shù)實(shí)踐成果。決策分析系統(tǒng)包括地理信息系統(tǒng)（GIS）和模型專家系統(tǒng)二部分。GIS用于描述農(nóng)田空間屬性的差異性；作物生長(zhǎng)模型和作物營(yíng)養(yǎng)專家系統(tǒng)用于描述作物的生長(zhǎng)過(guò)程及養(yǎng)分需求。只有GIS和模型專家系統(tǒng)緊密結(jié)合，才能制定出切實(shí)可行的決策方案，這也使現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外GIS集成的研究熱點(diǎn)。在精確施肥中，GIS主要用于建立土壤數(shù)據(jù)、自然條件、作物苗情等空間信息數(shù)據(jù)庫(kù)和進(jìn)行空間屬性數(shù)據(jù)的地理統(tǒng)計(jì)、處理、分析、圖形轉(zhuǎn)換和模型集成等。作物生長(zhǎng)模型是將作物及氣象和土壤等環(huán)境作為一個(gè)整體，應(yīng)用系統(tǒng)分析的原理和方法，綜合大量作物生理學(xué)、生態(tài)學(xué)、農(nóng)學(xué)、土壤肥料學(xué)、農(nóng)業(yè)氣象學(xué)等學(xué)科的理論和研究成果，對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育、光合作用、器官建成和產(chǎn)量形成等生理過(guò)程與環(huán)境和技術(shù)的關(guān)系加以理論概括和數(shù)量分析，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。它是環(huán)境信息與作物生長(zhǎng)的量化表現(xiàn)。通過(guò)作物生長(zhǎng)模型我們可以得出任意生長(zhǎng)時(shí)期作物對(duì)土壤生長(zhǎng)環(huán)境的要求，以便采取相關(guān)的措施。在這方面美國(guó)的科學(xué)家們綜合考慮大氣-土壤-作物之間的相互作用，早在20世紀(jì)70年代研制出大型作物模擬模型CERES（覆蓋了玉米、小麥、高粱、大豆、花生等12種作物），國(guó)內(nèi)高亮之等系統(tǒng)的完成了水稻模型RICEMOD。但這些模型在生理生態(tài)模擬方面仍比較簡(jiǎn)單，其機(jī)理性、適用性有待于進(jìn)一步發(fā)展和提高。我國(guó)20世紀(jì)80年代就就開(kāi)發(fā)了作物營(yíng)養(yǎng)專家系統(tǒng)，但無(wú)論是作物肥料效應(yīng)函數(shù)模型為基礎(chǔ)的專家系統(tǒng)，還是測(cè)土施肥目標(biāo)產(chǎn)量模型，都屬于統(tǒng)計(jì)模型，不同的統(tǒng)計(jì)模型計(jì)算的施肥量相差3倍以上。以作物生理機(jī)理為基礎(chǔ)的作物營(yíng)養(yǎng)模擬模型有待于進(jìn)一步發(fā)展和提高。

控制施肥
現(xiàn)在有二種形式，一是實(shí)時(shí)控制施肥。根據(jù)監(jiān)測(cè)土壤的實(shí)時(shí)傳感器信息，控制并調(diào)整肥料的投入數(shù)量，或根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的作物光譜信息分析調(diào)節(jié)施肥量[18,19]。二是處方信息控制施肥。根據(jù)決策分析后的電子地圖提供的處方施肥信息，對(duì)田塊中肥料的撒施量進(jìn)行定位調(diào)控。