农业遥感技术在作物施肥原理与技术课程教学改革中的应用

    苏小娟 李晓琳 王艳霞 史亮涛

    摘要 ? ?作物施肥原理与技术是高等农林类院校针对农业资源与环境专业开设的一门专业综合性较强的核心课程。随着遥感技术在农业生产中的应用，课程体系建设也应与时俱进，符合现代化农业生产和现代化农业人才的培养要求。本文分析出现农业遥感技术在作物施肥原理与技术课程改革中的应用，利用自然资源卫星遥感云服务平台将遥感技术融入该课程教学体系。将课堂教学、科研及实践三者有机结合起来，进一步提高作物施肥原理与技术的教学质量，为现代化农业资源与环境发展培养高素质人才。

    关键词 ? ?作物施肥原理与技术;遥感;教学改革;应用

    中图分类号 ? ?G642 ? ? ? ?文献标识码 ? ?A

    文章编号 ? 1007-5739（2020）20-0258-03 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?开放科学（资源服务）标识码（OSID）

    Abstract ? ?Crop fertilization principle and technique is a comprehensive core course for the major of agricultural resources and environment. With the application of remote sensing technology in agricultural production， the construction of curriculum system should keep pace with the times and meet the requirements of modern agricultural production and modern agricultural talents. This paper analyzed the application of remote sensing technology in the course reform of crop fertilization principle and technique and integrated remote sensing technology into the course teaching system by using natural resources satellite remote sensing cloud service platform. Combining classroom teaching， scientific research with practice organically could further improve the teaching quality of crop fertilization principle and technique， so as to cultivate high-quality talents for the development of modern agricultural resources and the environment.

    Keywords ? ?crop fertilization principle and technique; remote sensing; teaching reform; application

    作物施肥原理與技术是高等农林院校农业资源与环境专业的一门专业核心课程，在土壤肥力、植物需肥特性等理论指导下，以实践应用为主体的一门综合性课程。合理施肥是该门课程中的核心问题，也是作物施肥原理与技术课程理论教学和实践实习的核心内容[1]。作物施肥原理与技术教学实践过程中会涉及多个研究领域，比如土壤学的基础知识、植物营养学作物的需肥特性、肥料的施用、土壤农化分析的理论、施肥专家系统及“3S”（GPS、GIS和RS）技术在区域养分资源管理中的应用等，是一门综合性、系统性和实用性都很强的课程[2-3]。

    当前作物施肥原理与技术中土壤肥力测定、作物养分含量及营养诊断教学内容主要通过传统的土壤农业化学分析方法判断，而对利用“3S”技术解决区域土壤养分空间差异问题讲授较少[4]，且将土壤、施肥与产量等综合考虑应用施肥量精准农业施肥技术不广泛[5]。因此，通过自然资源卫星遥感云服务平台获得最新农业遥感数据，学生解译遥感数据，结合作物施肥原理与技术相关理论知识，判读作物生长状况，监测农作物产量分布等，从而激发学生的学习兴趣和对农业的爱好，掌握更为先进的精准农业施肥技术，提升作物施肥原理与技术教学效果。

    农业遥感技术（Remote Sensing）是指通过遥感技术的支持，在农业资源调查、土地利用现状分析、农业病虫害监测、农作物种植面积及估产、生态环境监测等多方面进行全方位应用的综合技术[6]。该技术在植物营养、土壤、环境保护和生态安全方面发挥着不可替代的作用[7]。遥感课程作为农业资源与环境专业的学科基础课，是一门理论与实践紧密联系的课程。近年来，随着研究的深入和科技的进步，遥感技术用于作物营养诊断和推荐施肥也逐步发展起来，并呈现出生机勃勃的景象[6]。从社会对农业资源与环境专业人才的需求来看，通过教学改革强化农业遥感技术在作物施肥原理与技术课程中的应用，将理论教学、科研与实践三者紧密结合，丰富该课程的现代化技术的教学内容，增强学生对遥感技术在农业上应用的学习兴趣及自主实践能力是当务之急[11]。本文旨在通过利用自然资源卫星遥感云服务平台数据，探讨遥感技术在作物施肥原理与技术课程教学改革中的应用，以期更好地将教育教学、科研与社会实践三者融合，达到提高教学质量、培养现代化农业资源与环境专业人才的目的。

    1 ? ?作物施肥原理与技术课程改革的迫切性

    作物施肥原理与技术课程是以土壤学、植物营养学、土壤肥料学等专业课程为基础，结合农业生产实际形成的一门综合性的课程，通过测定土壤肥力、作物需肥特点、肥料自身特性等因素，实现培肥地力、增产、优质、环保等目标，最终确定土壤或植物生长过程中肥料用量、施肥时间和施肥方式，从而提出合理有效的施肥方案[1]。作物施肥原理与技术课程与农业生产紧密相关，但现有教学过程中存在着学生参与实习少、教学课时安排不合理、教学内容与现代化科学技术发展融合不够、学生缺乏对农业类课程学习的兴趣与主动性等问题，因而对该门课程进行教学改革迫在眉睫。

    2 ? ?遥感技术融入作物施肥原理与技术课程的教学过程

    “精心培育农业人才，加强科研创新”不仅是习近平总书记对培养现代化农业人才的期望，更是现代农业发展的需求。随着现代科学技术的发展，多学科交叉发展日新月异，要提高农业人才水平，就要进一步创新农业人才培养模式，不断加强多学科在多领域的融合。教师在讲授过程中结合信息技术在施肥中的应用相关内容，引入遥感技术在现代农业生产中的应用，通过实际案例让学生掌握运用遥感技术对作物进行长势监测和营养诊断监测[4]，确定合理施肥量[12]，为现代精准农业变量施肥提供技术保障[13]。如果能将遥感数据合理融入作物施肥原理与技术教学过程，必将激发学生对该门课程的学习兴趣。

    3 ? ?作物施肥原理与技术课程改革与现代化教育的切合点

    20世纪80年代初期国际农业领域的专家提出了“精准农业”的现代化生产形式和管理模式[14]。随着高光谱遥感技术的发展和高光谱航天时代的到来，使得基于植物叶片光谱反射特征判断作物体内营养元素含量的多少、是否缺素等营养状况成为可能[15]。经过长期研究，美国北达科他州州立大学精准农业研究中心的Jeff White博士提出“未来农业和食物体系（IFAFS）”的发展重点是利用遥感数据改善作物氮肥利用效率，降低不合理施肥对水资源环境的污染[12]。近几十年来，作物科学、土壤学、植物保护科学、资源环境科学等在空间信息技术的支持下，与智能化农业装备、田间信息采集技术、系统优化决策支持技术等组装，形成了一个新的精准农业技术体系。基于遥感技术和植物营养原理，通过处理遥感影像、解译数据结合植物生长的各种参数，制定具体的施肥方案，为精准农业的发展打下坚实的基础。国内外专门成立了“精细农业”研究中心，并确定了博士、硕士研究方向及开设出现相关培训课程[12-13]。目前，已有大量研究成果和有关装备的技术产品，这些成果的进一步推广和技术产品的应用急需农业遥感专业技术方面的人才[14]。大多学校的农业资源与环境专业虽然同时开设了遥感技术课程和作物施肥原理与技术课程，但在教学过程中缺少将2门课程的核心内容有机融合起来。因此，将满足信息时代对专业人才的需求，培养创新性农业人才的要求作为作物施肥原理与技术课程建设的切合点，将农业遥感技术更好地融入该课程改革体系。

    4 ? ?科研、教学与实践在课程改革中的有机结合

    高等普通本科院校的中心工作是教学，但教学质量的提升，不仅受教师科研活动的影响，还与实践教学的多少密切相关。目前在作物施肥原理与技术课程教学中，对本科生科研素质的培养不够重视，理论教学和实践教学结合不紧密。科研的积累是丰富课堂教学案例的基础，教学过程更是科研成果传播途径，实践是检验科研和教学的方法和手段[3，16]。因此，在今后的教学过程中，应将基于遥感数据在诊断作物营养元素丰缺领域、变量施肥决策、土壤养分估测及空间变异特征、产量评估和品质调控等方面的科研成果融入教学内容，使课堂教学信息更加丰富，激发学生对交叉学科和前沿知识的兴趣，让学生掌握应用遥感技术的手段和方法，培养学生利用遥感技术解决植物生产过程中的营养缺失及施肥调节等问题的能力[15]。例如，通过申请应用自然资源卫星遥感云服务平台节点，结合专业课程教学，培养农业资源与环境、林学、水土保持、生态环境等领域的高层次人才，服务区域经济社会发展和生态环境保护。进一步将云南省主要经济作物烟草种植面积、植株养分的遥感影像及不同轮作条件下土壤肥力变化等引入课堂教学中。同时，结合专业综合实习基地开展教学，先将万家欢蓝莓庄园、云南省热区作物研究所等实习基地种植的相应作物的养分丰缺及土壤肥力的遥感影像数据进行解译，再去实际样地进行采样分析验证。这种教学—科研—实践三位一体的教学过程能提高学生的实践能力，将课堂的理论知识通过科研和实践紧密结合起来，为今后走入社会打下坚实基础。

    5 ? ?结语

    随着科学技术水平的提升，遥感技术作为一项具有广阔应用前景的高新技术，在植物营养诊断及作物精准施肥技术领域的大力发展呈必然趋势。我国首颗精准农业观测高分卫星高分六号的发射，将大力推动我国数字农业和精准农业、生态农业的发展，为农业农村发展、生态文明建设等重大需求提供遥感数据支撑。因此，在当今农林高校农业资源与环境专业作物施肥原理与技术教学改革中，将遥感技术融入教学和实践教学课程体系是培养现代化农业人才的当务之急。

    6 ? ?参考文献

    [1] 谭金芳.作物施肥原理与技术[M].北京：中国农业大学出版社，2014.

    [2] 贾良良，寿丽娜，李斐，等.遥感技术在植物氮营养诊断和推荐施肥中的应用之研究进展[J].中国农学通报，2007（12）：404-409.

    [3] 张明聪，金喜军，王孟雪，等.基于农业遥感技术的《植物营养诊断与施肥》课程教学改革模式研究[J].安徽农学通报，2016（13）：160-161.

    [4] 杨张青，胡建东，段铁城，等.植株叶绿素无损诊断技术研究进展[J].中国农学通报，2019，35（7）：139-144.

    [5] 臧英，侯晓博，汪沛，等.基于无人机遥感技术的黄华占水稻施肥决策模型研究[J].沈阳农业大学学报，2019，50（3）：324-330.

    [6] 韩秀梅，张建民.农业遥感技术应用现状[J].农业与技术，2006，26（6）：32-35.

    [7] 刘峰，朱阿兴，裴韬，等.高时间分辨率遥感在土壤质地空间变化识别中的应用[J].地球信息科学学报，2010（5）：733-740.

    [10] 李粉玲，常庆瑞，申健，等.黄土高原沟壑区生态环境状况遥感动态监测：以陕西省富县为例[J].应用生态学报，2015，26（12）：3811-3817.

    [11] 陈冉红，陈婉婷，张颖，等.遥感技术在树木营养学课程教学改革中应用[J].安徽农学通报.2018，24（6）：97-99

    [12] 梁红霞.基于高光谱遥感技术的变量施肥算法及机理研究[D].合肥：安徽农业大学，2005.

    [13] 刘海启，金敏毓，龚维鹏.美国农业遥感技术应用状况概述[J].中国农业资源与区别，1999，20（2）：56-60.

    [14] 楊国鹏，余旭初，冯伍法，等.高光谱遥感技术的发展与应用现状[J].测绘通报，2008（10）：1-4.

    [15] 唐延林，黄敬峰.农业高光谱遥感研究的现状与发展趋势[J].遥感技术与应用，2001，16（4）：248-251.

    [16] 杨敏华.面向精准农业的高光谱遥感作物信息获取[D].北京：中国农业大学，2002.

    [17] 柳维扬，王家强，彭杰.遥感课程在植物营养学科建设中模式初探[J].江苏科技信息，2014（12）：71-72.