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農(nóng)作學與土壤學原理范文第1篇

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)工程；土木工程；交叉學科；研究生課程

作者：鄭鑫，楊光，葛建銳

中圖分類號：G642.3文獻標識碼：A文章編號：1002-4107（2013）08-0040-02

隨著經(jīng)濟與社會的高速發(fā)展，對復合型高素質(zhì)人才的需求越來越大。面對這種現(xiàn)狀，培養(yǎng)具有跨學科、交叉學科學習背景的復合型人才，是當下研究生教育需要認真解決的問題，也是未來培養(yǎng)創(chuàng)新型研究生的必經(jīng)之路，更是研究生教育教學改革的主要方向。要想達到這種要求，合理設(shè)置交叉學科的課程體系是成功的關(guān)鍵。

一、構(gòu)建交叉學科課程體系的意義

（一）構(gòu)建交叉學科課程體系是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的基礎(chǔ)保障

交叉學科設(shè)置課程可以幫助研究生夯實數(shù)、理、化基礎(chǔ)、計算機應(yīng)用和程序設(shè)計技術(shù)等基本知識，為參與交叉學科項目研究提供基礎(chǔ)保障。在國內(nèi)，北京大學于2006年成立“前沿交叉學科研究院”，該研究院下設(shè)有理論生物學中心（CenterforTheoreticalBiology，CTB）。CTB的課程由4門必修課程、13門專業(yè)選修課程、20門專業(yè)限選課程、15門跨專業(yè)選修課程和8門跨專業(yè)限選課程組成。研究生必須根據(jù)不同的專業(yè)背景進行課程學習，50%為跨學科專業(yè)課程[1]。在國外，美國威斯康辛大學麥迪遜分校（theUniversityofWisconsin-Madison，簡稱UWM）于1998年發(fā)起了一項大學/州伙伴關(guān)系創(chuàng)新性計劃（ClusterHiringInitiative，簡稱CHI）[2]。在教學上，CHI中幾乎每個研究集群都開發(fā)了新的課程，一些研究集群甚至已開發(fā)出新的跨學科計劃[3]。

（二）構(gòu)建交叉學科課程體系是增強研究生創(chuàng)新能力的有效手段

交叉學科的課程體系，會結(jié)合跨學科課題所涉及的知識面的寬度及學科的前沿性調(diào)整研究生教學的選課及授課內(nèi)容。交叉學科的課程體系一般涵蓋不同學科的基礎(chǔ)必修課程、選修課及相關(guān)方向的補修課。一個人具備了廣博的知識才能從整體上把握知識間的縱橫關(guān)系，充分發(fā)揮知識間的相互啟發(fā)、相互促進的作用[4]。因此，如何構(gòu)建合理的交叉學科課程體系是研究生增強創(chuàng)新能力的有效手段。

（三）構(gòu)建交叉學科課程體系是培養(yǎng)研究生學術(shù)興趣的必要途徑

交叉學科一般涉及學科的多個領(lǐng)域，通過對多學科課程內(nèi)容的整合，課程的精彩程度和趣味性會有很大提高。研究生在交叉學科領(lǐng)域?qū)W習過程中，會結(jié)合自身的長處、特點，在交叉學科領(lǐng)域的課題研究中找到落腳點，有利于發(fā)揮學生的主觀能動性，有益于開發(fā)學生的探索精神，有利于激發(fā)學生的創(chuàng)新動力。

二、當前跨學科課程體系的弊端

（一）課程體系固化，以專業(yè)為主

從高校研究生培養(yǎng)計劃可以看出，研究生的課程受專業(yè)限制很大，這就導致本專業(yè)研究生與跨專業(yè)研究生幾乎沒有什么區(qū)別，個體差異關(guān)注不夠，課程內(nèi)容前沿性、綜合性不夠，交叉學科課程、綜合性課程較少[5]。

（二）跨學科人才培養(yǎng)中，研究生課程體系構(gòu)建導師起主導作用

首先，由于理工類研究生大多是在各自導師的指導下進行個別培養(yǎng)，受導師自身專業(yè)背景的局限與依賴，各學科之間存在著較大跨度等原因，致使學生很難進行跨學科研究[6]。其次，當前的研究生培養(yǎng)模式中，導師的課題方向決定研究生的選課方向。

（三）院系設(shè)置以學科為主導，不利于跨學科課程整合

目前，我國高校主要以學科為主導設(shè)置院系，而以跨學科設(shè)置院系的高校較少?，F(xiàn)有院系設(shè)置不利于不同學科之間的溝通與交流，不利于不同專業(yè)之間的課程整合。這樣的局面勢必會影響學生對知識的追求熱情，勢必會影響學生的科研積極性，勢必會影響學生的創(chuàng)新欲望。

三、農(nóng)業(yè)工程與土木工程跨學科課程體系的構(gòu)建

前面系統(tǒng)地討論了建立跨學科培養(yǎng)研究生課程體系的意義及目前存在的弊端，現(xiàn)結(jié)合黑龍江八一農(nóng)墾大學工程學院農(nóng)業(yè)工程與土木工程兩個學科的實際，對北方寒區(qū)農(nóng)業(yè)水利工程與水利資源利用和設(shè)施農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)兩個方向進行跨學科課程體系分析。在確立課程體系時我們設(shè)計了《農(nóng)業(yè)工程和土木工程跨學科培養(yǎng)研究生課程體系建設(shè)調(diào)查問卷》。在制作調(diào)查問卷設(shè)計時，我們充分考慮兩個交叉專業(yè)可能出現(xiàn)的課程共通性，盡可能設(shè)計更多的課程，力求使交叉學科的研究生具有寬泛的理論基礎(chǔ)，使交叉學科的研究生所學到的知識適應(yīng)兩個專業(yè)發(fā)展的需要。

（一）調(diào)查問卷統(tǒng)計

本次發(fā)放調(diào)查問卷的對象是黑龍江八一農(nóng)墾大學工程學院的在職教師，共收到23份有效問卷。參與問卷調(diào)查的教師年齡集中在28―38歲和38歲以上兩個年齡區(qū)間，具有碩士研究生以上學歷的占95.65%，具有副教授職稱和教授職稱的總和占65.20%，問卷填寫教師的任職專業(yè)主要集中在機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)，農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)和土木工程專業(yè)，其他專業(yè)總和低于10%。

（二）交叉學科課程體系分析

1.北方寒區(qū)農(nóng)業(yè)水利工程與水利資源利用方向。交叉學科研究生培養(yǎng)方案要求學術(shù)型研究生所修學分總數(shù)大于等于30學分，扣除英語、中國特色社會主義理論與實踐研究及自然辯證法概論等必修課外，交叉學科研究生必須選修不少于五門的基礎(chǔ)必修課，其中數(shù)值分析是學位必修課，還需要選修4門基礎(chǔ)必修課?；A(chǔ)必修課的數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果如下：在備選的15門課程中，數(shù)值分析得票最高23票，土壤水文過程模擬得票最少僅為8票。考慮到交叉學科研究內(nèi)容的寬泛性，結(jié)合統(tǒng)計結(jié)果，去掉土壤水文過程模擬、土壤物理化學、噴微灌理論與技術(shù)三門課程。這樣在北方寒區(qū)農(nóng)業(yè)水利工程與水利資源利用方向就剩下12門課在基礎(chǔ)必修課模塊內(nèi)供交叉學科研究生選修。課程名稱如下：數(shù)值分析、數(shù)學物理方程、土壤水動力學、水工建筑物健康監(jiān)測與檢測、節(jié)水灌溉工程學、計算流體力學、水土資源規(guī)劃與評價、高等水工建筑物、新型建筑材料及其應(yīng)用、灌溉原理與技術(shù)、地下水資源評價理論與方法、流體仿真與軟件應(yīng)用。研究生培養(yǎng)方案要求在選修課模塊所修學分大于等于10學分，而每門課的學分分配是1.5或2學分。結(jié)合統(tǒng)計結(jié)果，選修課模塊去除土壤學與肥料學及環(huán)境水利學兩門課，保留其余12門得票較多的課程供交叉學科研究生選修。課程名稱如下：水生態(tài)工程學、粘性流體動力學、彈塑性力學、生態(tài)水文學、現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測與控制、環(huán)境水動力學、土壤學與農(nóng)作物學、水工鋼結(jié)構(gòu)、水工混凝土、水文學與水利計算、農(nóng)田水利學水力學。

2.設(shè)施農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)方向。交叉學科研究生培養(yǎng)方案要求研究生所修學分大于等于30學分。去掉中國特色社會主義理論與實踐研究、自然辯證法概論、英語及學位課數(shù)值分析，每位交叉學科的研究生必需選擇不少于4門基礎(chǔ)必修課。問卷結(jié)果表明，除設(shè)施環(huán)境工程學獲得11票外，其他13門課，每門課程所得票數(shù)比較均衡，最低票數(shù)是15票，最高票數(shù)是22票。考慮到設(shè)施環(huán)境工程學和防災(zāi)減災(zāi)的關(guān)聯(lián)性不是很大，結(jié)合統(tǒng)計結(jié)果把設(shè)施環(huán)境工程學去掉不作為基礎(chǔ)必修課的選用課程，這樣基礎(chǔ)必修課就改成13門課，供交叉學科研究生選擇。課程名稱如下：數(shù)值分析、數(shù)學物理方程、農(nóng)業(yè)設(shè)施概論、農(nóng)業(yè)生物環(huán)境工程、結(jié)構(gòu)動力學、高等結(jié)構(gòu)力學、計算力學、有限元原理、工程結(jié)構(gòu)加固技術(shù)、建筑火災(zāi)安全新技術(shù)、地震工程學、建筑結(jié)構(gòu)抗風設(shè)計、工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。

農(nóng)作學與土壤學原理范文第2篇

關(guān)鍵詞：玉米；數(shù)字化；精確農(nóng)業(yè)

中圖分類號： TP391.9 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/ki.jlny.2017.10.020

農(nóng)作物模擬技術(shù)的發(fā)展為我國的農(nóng)業(yè)建設(shè)提供了廣闊的發(fā)展空間，同時作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息技術(shù)發(fā)展過程中的重要組成部分，其主要方式是應(yīng)用現(xiàn)代先進的計算機技術(shù)，分析和管理作物的生長，一面通過數(shù)據(jù)結(jié)合作物的生理學和生態(tài)學原理，可以更好地將作物的生長過程加以概括和抽象，通過抽象的分析建立一個作物生長相關(guān)的物候發(fā)育、光合生產(chǎn)、器官建成和產(chǎn)量形成等生理過程的模擬數(shù)字化程序，同時結(jié)合環(huán)境因子的關(guān)系組建一個動態(tài)數(shù)學模型，這個系統(tǒng)兼具解釋能力強、應(yīng)用面較寬，同時容易控制等優(yōu)良的性能，可以及時地為設(shè)計者提供優(yōu)化的動態(tài)決策。以現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模型為核心基礎(chǔ)，模擬優(yōu)化互相結(jié)合，與專家進行溝通，形成現(xiàn)有模型下的優(yōu)化配套，系統(tǒng)分析的數(shù)據(jù)涉及作物科學、系統(tǒng)科學、農(nóng)業(yè)氣象學、土壤學和植物保護學以及計算機信息技術(shù)，具有整體性反饋控制、優(yōu)化和動態(tài)定量決策的特點，是實現(xiàn)“精確農(nóng)業(yè)”的前提和基礎(chǔ)。

1 研究的意義

玉米在我國的整體種植面積位居第三，也是生長期最長的作物之一，其生育期適中，適應(yīng)能力較強。玉米的實用性廣泛，從生活到養(yǎng)殖，從農(nóng)業(yè)到工業(yè)，玉米都是具有很高的價值，對我國的農(nóng)業(yè)發(fā)展具有舉足輕重的作用。為了更好地促進民生發(fā)展，玉米的發(fā)展至關(guān)重要，為此我國的玉米優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)是農(nóng)業(yè)發(fā)展永恒不變的話題。

為了使玉米種植得到更好的發(fā)展，建立計算機模擬動態(tài)程序是一種非常優(yōu)秀的方式，利用玉米生育過程中與環(huán)境之間的切合程度，建立一套玉米、光、溫度、水分、土壤等條件相結(jié)合，模擬玉米的整體生育過程，從光合作用、呼吸作用到作物的生長和干物質(zhì)的積累，最后到各個器官的發(fā)展和生理分配的過程。這是一個系統(tǒng)性的工程，從作物的營養(yǎng)吸收到作物的生長，可以系統(tǒng)地對玉米生長進行分析和總結(jié)，可以將相關(guān)的知識點應(yīng)用到其他種類的作物上，更好地推動種植業(yè)的深化發(fā)展，經(jīng)過不斷發(fā)展得到的理論將成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個全新領(lǐng)域。

2 研究的發(fā)展

在目前的農(nóng)業(yè)發(fā)展方面，研究農(nóng)業(yè)模型的重點還是生物生理生態(tài)的過程，利用計算機強大的處理作用，形成結(jié)構(gòu)化的生長模型，建立一種長效的生殖生長和生長生長，營養(yǎng)元素的同化方面的系統(tǒng)模擬，同時利用現(xiàn)有的多媒體技術(shù)制成相應(yīng)的動態(tài)動畫，以期更好地分析營養(yǎng)元素的攝入與生長間的總體關(guān)系。

這種系統(tǒng)可以應(yīng)用到大田間試驗中，代替人對田間進行更加系統(tǒng)的管理，但是與人的管理存在一定的局限。一是系統(tǒng)的開發(fā)過程中是以輸入來產(chǎn)生的智能，這在很大程度上無法建立決策支撐系統(tǒng)，多數(shù)的實踐都是應(yīng)用到科學的發(fā)展上，造成系統(tǒng)中知識密集型不足；二是這種系統(tǒng)的建立過程復雜，同時也涉及建設(shè)者的問題，地域性決定了無法大面積應(yīng)用，除非建立一個全世界的專家?guī)?，而這種設(shè)備建立的過程太復雜，沒有辦法完成；三是建立的知識無法自動更新，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是一個動態(tài)變化的過程，但是系統(tǒng)的知識總是跟不上模型的發(fā)展，建立的系統(tǒng)生育模型往往不能準確概括生育的整個過程，我國現(xiàn)有的發(fā)展不能更好的概括，所以采用的往往是國外現(xiàn)有的模型，但只對我國的氣候、種植現(xiàn)狀、生育特點等方面的內(nèi)容都存在著不同的誤差；四是模型的建立還是應(yīng)用于數(shù)值的估算，對于理論的疊加和數(shù)字理論的吸收過少，造成系統(tǒng)分析不夠全面；五是由于模型建立過程中對現(xiàn)實的依據(jù)采集較少，所以模型的實用性有限，其中大部分數(shù)據(jù)的輸出單一，沒有系統(tǒng)的分析和解讀，對于大多數(shù)使用者來說相對比較復雜，沒有專家加以輔導很難對所有數(shù)據(jù)進行分析，實用價值比較低。

3 模型在我國的發(fā)展現(xiàn)狀

模型的建立與發(fā)展在我國起步較晚，其應(yīng)用到玉米上就更晚了。近年來，我國的模型研究都是在外國基礎(chǔ)模型的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，隨著我國軟件開發(fā)工作的發(fā)展開始取得了一些顯著的進步，建立了一系列的典型玉米生長模型進行動態(tài)的生長分析，不斷應(yīng)用到現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。

隨著農(nóng)業(yè)發(fā)展的加快，農(nóng)民對知識的認識程度不斷增加，這種技術(shù)模型在我國一些地區(qū)比較成型，且有較大影響能力的模型相繼成型并問世。我國最早將這種模型應(yīng)用到生產(chǎn)中，還要追溯到玉米生產(chǎn)光學模型的建立，例如1987年山東省農(nóng)業(yè)科學院高新學等發(fā)表了“玉米光強的光合速率的數(shù)學模型分析”，這是我國發(fā)現(xiàn)的比較早的模型建立和應(yīng)用了，之后在1993年葉修祺等研究室通過在數(shù)據(jù)支撐的基礎(chǔ)上分析，建立了玉米產(chǎn)量與整體氣候間的氣候模型，比較接近現(xiàn)在的研究是1999年在沈陽農(nóng)業(yè)大學尚宗波等通過對數(shù)據(jù)的比較和模擬，建立和完善了玉米生育發(fā)展的綜合動力模擬，其主要研究目的是可以使系統(tǒng)通過利用氣溫、降水量和日照時數(shù)，形成氣候要素的影響因子，分析和建立土壤水分動態(tài)模型分析系統(tǒng)，這種通過系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)了土壤水分可以為植物生長帶來不同影響，對我國玉米生長發(fā)育作出了卓越的貢獻。

農(nóng)作學與土壤學原理范文第3篇

關(guān)鍵詞：精細農(nóng)業(yè)精細農(nóng)作GPS和GIS工程技術(shù)創(chuàng)新

引言

近兩年來，我國科技界在研究推進新的農(nóng)業(yè)科技革命中，關(guān)于國外“精細農(nóng)業(yè)”技術(shù)的發(fā)展，引起了廣泛的關(guān)注。新聞媒體陸續(xù)有了一些報導，科技部在篩選“面向21世紀解決16億人口食物安全的關(guān)鍵技術(shù)”項目、組織S-863農(nóng)業(yè)高技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展計劃研究以及農(nóng)業(yè)部948引進項目立項中，也受到了重視。有的單位已開展了有關(guān)研究和試驗示范工程準備工作,加強了和國外的學術(shù)交流與合作聯(lián)系，國內(nèi)學術(shù)交流也開始活躍。國外有關(guān)產(chǎn)業(yè)界開始向我國推薦其技術(shù)產(chǎn)品，密切關(guān)注中國走向21世紀實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、信息化中這一巨大的潛在技術(shù)市場。可以預(yù)言：“精細農(nóng)業(yè)”技術(shù)體系的試驗示范及其相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品的開發(fā)研究，將在世紀之交成為推進我國新的農(nóng)業(yè)科技革命中的重要研究課題。信息技術(shù)革命為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化發(fā)展提供了新機遇，在開拓新的前沿科技應(yīng)用研究領(lǐng)域中，發(fā)達國家和一些發(fā)展中國家的起跑線拉近了距離，時間上的差距在縮小。在某些重要領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)技術(shù)發(fā)展上的跨越，將是機遇性的挑戰(zhàn)。主席1998.9在安徽考察工作時的講話中指出：“現(xiàn)在一些發(fā)達國家，已經(jīng)把基因育種工程、電子信息互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星地面定位系統(tǒng)等高新技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)。我們必需有緊迫感，盡快迎頭趕上”?！熬氜r(nóng)業(yè)”技術(shù)體系是農(nóng)學、農(nóng)業(yè)工程、電子與信息科技等多種學科知識的組裝集成，其應(yīng)用研究發(fā)展必將帶動一批直接面向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者應(yīng)用服務(wù)的電子信息高新技術(shù)，如：衛(wèi)星定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、遙感技術(shù)的農(nóng)業(yè)應(yīng)用；農(nóng)田信息快速采集儀器、農(nóng)田耕作、土肥管理、農(nóng)藥利用、污染控制等適用技術(shù)和農(nóng)業(yè)工程裝備及其產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的研究與開發(fā)，對推動我國基于知識和信息的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，具有深遠的戰(zhàn)略性意義?！熬氜r(nóng)業(yè)”，即國際上已趨于共識的“PrecisionAgriculture”或“PrecisionFarming”學術(shù)名詞的中譯。國內(nèi)科技界及媒體報導中目前尚有各種不同的譯法和對其內(nèi)涵的理解。實際上，目前國外關(guān)于PrecisionFarming的研究，基本上仍是集中于利用3S空間信息技術(shù)和作物生產(chǎn)管理決策支持技術(shù)（DSS）為基礎(chǔ)的面向大田作物生產(chǎn)的精細農(nóng)作技術(shù)，即基于信息和先進技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代農(nóng)田“精耕細作”技術(shù)。因此，作者認為采用“精細農(nóng)作”譯名來表達當前這一技術(shù)思想的內(nèi)涵可能更為確切?！熬氜r(nóng)作”是直接面向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者服務(wù)的技術(shù)，這一技術(shù)體系的早期研究與實踐，在發(fā)達國家始于八十年代初期從事作物栽培、土壤肥力、作物病蟲草害管理的農(nóng)學家在進行作物生長模擬模型、栽培管理、測土配方施肥與植保專家系統(tǒng)應(yīng)用研究與實踐中進一步揭示的農(nóng)田內(nèi)小區(qū)作物產(chǎn)量和生長環(huán)境條件的明顯時空差異性，從而提出對作物栽培管理實施定位、按需變量投入，或稱“處方農(nóng)作”而發(fā)展起來的；在農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域，自七十年代中期微電子技術(shù)迅速實用化而推動的農(nóng)業(yè)機械裝備的機電一體化、智能化監(jiān)控技術(shù)，農(nóng)田信息智能化采集與處理技術(shù)研究的發(fā)展，加上八十年代各發(fā)達國家對農(nóng)業(yè)經(jīng)營中必需兼顧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力、資源、環(huán)境問題的廣泛關(guān)切和有效利用農(nóng)業(yè)投入、節(jié)約成本、提高農(nóng)業(yè)利潤、提高農(nóng)產(chǎn)品市場競爭力和減少環(huán)境后果的迫切需求，為“精細農(nóng)作”技術(shù)體系的形成準備了條件。海灣戰(zhàn)爭后GPS技術(shù)的民用化，使得它在許多國民經(jīng)濟領(lǐng)域的應(yīng)用研究獲得迅速發(fā)展，也推動了“精細農(nóng)作”技術(shù)體系的廣泛實踐。使得近20年來，基于信息技術(shù)支持的作物科學、農(nóng)藝學、土壤學、植?？茖W、資源環(huán)境科學和智能化農(nóng)業(yè)裝備與田間信息采集技術(shù)、系統(tǒng)優(yōu)化決策支持技術(shù)等，在GPS、GIS空間信息科技支持下組裝集成起來，形成和完善了一個新的精細農(nóng)作技術(shù)體系和開展了試驗實踐。迄今支持“精細農(nóng)作”示范應(yīng)用的基本技術(shù)手段已逐步研究開發(fā)出來，在示范應(yīng)用中預(yù)示了良好的發(fā)展前景。近

五、六年來，已有數(shù)千計的研究成果，實驗報告見諸于國際學術(shù)會議或?qū)W術(shù)刊物；每年都舉辦專題“國際精細農(nóng)業(yè)學術(shù)研討會”和有關(guān)裝備技術(shù)產(chǎn)品展示會；在萬維網(wǎng)上設(shè)置有多個專題網(wǎng)址，可以及時查詢到有關(guān)研究發(fā)展信息；美、英、澳、加等國一些著名大學設(shè)立了“精細農(nóng)業(yè)”研究中心，開設(shè)了有關(guān)博士、碩士研究方向及培訓課程；日、韓等國近年來已加快開展研究工作，并得到了政府部門和相關(guān)企業(yè)的大力支持。國際上對這一技術(shù)體系的發(fā)展?jié)摿皯?yīng)用前景有了廣泛的共識，將成為世紀之交發(fā)展農(nóng)業(yè)高新技術(shù)應(yīng)用研究的重要課題。

“精細農(nóng)作”技術(shù)思想的內(nèi)涵及其主要支持技術(shù)：

“精細農(nóng)作”技術(shù)思想的核心，是獲取農(nóng)田小區(qū)作物產(chǎn)量和影響作物生長的環(huán)境因素（如土壤結(jié)構(gòu)、地形、植物營養(yǎng)、含水量、病蟲草害等）實際存在的空間和時間差異性信息，分析影響小區(qū)產(chǎn)量差異的原因，采取技術(shù)上可行、經(jīng)濟上有效的調(diào)控措施，區(qū)別對待，按需實施定位調(diào)控的“處方農(nóng)作”。正是信息技術(shù)革命為這一技術(shù)思想的實踐，提供了先進的技術(shù)手段。千百年來的作物生產(chǎn)，都是以地區(qū)或田塊為基礎(chǔ)，在區(qū)域或田塊的尺度上，把耕地看作是具有作物均勻生長條件的對象進行管理，如利用統(tǒng)一的耕作、播種、灌溉、施肥、噴藥等農(nóng)藝措施，滿足于獲得區(qū)域、農(nóng)場或田塊的平均產(chǎn)量的認識水平，很少顧及對農(nóng)田的盲目投入及過量施肥施藥造成的環(huán)境后果。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣模式，也是在區(qū)域尺度上進行品種選擇、土肥監(jiān)測，通過地區(qū)試驗積累的適于當?shù)氐脑耘喙芾泶胧┫蜣r(nóng)戶推薦使用。實際上，即使在同一農(nóng)田內(nèi)，地表上、下影響作物生長條件和產(chǎn)量的明顯時空分布差異性，包括農(nóng)田內(nèi)作物病、蟲、草害總是先以斑塊形式在小區(qū)發(fā)生，再逐步按時空變化蔓延的特性，早已為人們所認識。幾世紀前，農(nóng)民把土地劃分為小田塊來耕作經(jīng)營，正是受到對作物生長環(huán)境和產(chǎn)量空間變異的感性知識的影響。我國農(nóng)民幾千年來在小塊土地上經(jīng)過勞動密集的投入和積累的豐富生產(chǎn)管理經(jīng)驗而形成的“傳統(tǒng)精耕細作”技術(shù)，也可以在小塊農(nóng)田內(nèi)達到很好的經(jīng)濟產(chǎn)量，只是沒有現(xiàn)代科學方法的定量研究和現(xiàn)代工程手段的支持來形成大規(guī)模的生產(chǎn)力。本世紀初期，科學家就研究報告過作物產(chǎn)量和田間土壤特性，如N、P、K、pH、SOM含量等在田間分布具有明顯的差異性。1929年，Illinois大學C.M.Linsley和F.C.Bauer發(fā)表文章勸告農(nóng)戶應(yīng)繪制自己田區(qū)內(nèi)的土壤酸度分布圖和按小區(qū)需求使用石灰的建議。之后，一直都有關(guān)于農(nóng)田土壤和收獲量空間變異性研究的報導。八十年代以來，關(guān)于在農(nóng)田中實施土壤肥力、植保和作物生產(chǎn)定位管理（SiteSpecificCropManagement）的技術(shù)研究受到廣泛的重視。世界著名廠商先后向市場提供了裝有空間定位和產(chǎn)量傳感器的現(xiàn)代谷物聯(lián)合收獲機，已可以在收獲過程中自動生成以12-15m2為單元組成的農(nóng)田小區(qū)產(chǎn)量分布圖。多年的試驗實踐表明，田區(qū)內(nèi)小區(qū)平均產(chǎn)量的最大差異可以超過100％。由于作物生產(chǎn)還受到氣候變異的影響，經(jīng)連續(xù)多年對同一田區(qū)積累的數(shù)據(jù)表明，同一小區(qū)年際間的產(chǎn)量差異性也可能是十分明顯的。田區(qū)內(nèi)產(chǎn)量上述明顯的時空分布差異性，顯示了農(nóng)田資源利用存在的巨大潛力?，F(xiàn)代農(nóng)學技術(shù)與電子信息技術(shù)的發(fā)展，為定量獲取這些影響作物生長因素及最終收成的空間差異性信息，實施基于知識和現(xiàn)代科技的分布式調(diào)控，達到田區(qū)內(nèi)資源潛力的均衡利用和獲取盡可能高的經(jīng)濟產(chǎn)量成為可能。圖1是精細農(nóng)作技術(shù)思想的示意圖。其實施過程可描述為：帶定位系統(tǒng)和產(chǎn)量傳感器的聯(lián)合收獲機每秒自動采集田間定位及對應(yīng)小區(qū)平均產(chǎn)量數(shù)據(jù)通過計算機處理，生成作物產(chǎn)量分布圖根據(jù)田間地形、地貌、土壤肥力、墑情等參數(shù)的空間數(shù)據(jù)分布圖，作物生長發(fā)育模擬模型，投入、產(chǎn)出模擬模型，作物管理專家知識庫等建立作物管理輔助決策支持系統(tǒng)，并在決策者的參與下生成作物管理處方圖根據(jù)處方圖采用不同方法與手段或相應(yīng)的處方農(nóng)業(yè)機械按小區(qū)實施目標投入和精細農(nóng)作管理。上述精細農(nóng)作技術(shù)體系在許多發(fā)達國家的試驗和應(yīng)用表明，可以顯著節(jié)約投入，獲得良好的經(jīng)濟效益，受到農(nóng)戶的歡迎。

“精細農(nóng)作”是基于田間小區(qū)農(nóng)作條件的空間差異性，為實現(xiàn)優(yōu)化作物生產(chǎn)系統(tǒng)的目標而提出的。但工程支持技術(shù)的開發(fā)研究，對實現(xiàn)這一技術(shù)思想起著關(guān)鍵的作用。如：農(nóng)田信息采集與處方農(nóng)作的空間定位，需依靠衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）；地理空間信息管理和數(shù)據(jù)處理，需要應(yīng)用地理信息系統(tǒng)(GIS)；未來大量地理空間數(shù)據(jù)的更新，需要遙感技術(shù)(RS)的支持；作物產(chǎn)量計量與小區(qū)產(chǎn)量圖的生成需要能按秒記錄收獲機累計產(chǎn)量和對應(yīng)地理坐標位置的智能型收獲機械，以及計算機數(shù)據(jù)處理和產(chǎn)量圖自動生成技術(shù)；田區(qū)空間變量信息的快速實時采集，需要研究基于新原理的傳感技術(shù)與信號處理技術(shù)；按小區(qū)實施自動處方農(nóng)作、調(diào)控目標投入需要變量處方農(nóng)業(yè)機械；制定科學的農(nóng)作處方需要計算機作物管理輔助決策支持系統(tǒng)的支持；作為一個能協(xié)調(diào)運作的智能化系統(tǒng)需要有高效的信息集成以及有關(guān)信息傳輸、標準化技術(shù)的研究等等。

迄今“精細農(nóng)業(yè)”在發(fā)達國家也不過

五、六年的應(yīng)用試驗歷史，部分支持技術(shù)手段還不十分成熟，有待不斷研究完善，相關(guān)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究還比較薄弱。“精細農(nóng)作”應(yīng)用實踐可根據(jù)不同國家、不同地區(qū)的社會、經(jīng)濟條件，圍繞提高生產(chǎn)、節(jié)本增效、保護環(huán)境的目標，采用不同的技術(shù)組裝方式，逐步提高作物生產(chǎn)管理的科學化與精細化水平。其中，獲取農(nóng)田小區(qū)產(chǎn)量空間分布的差異性信息是實踐精細農(nóng)作的基礎(chǔ)。有了小區(qū)產(chǎn)量分布圖，農(nóng)戶既可以根據(jù)自己的經(jīng)驗知識，分析小區(qū)產(chǎn)量差異的原因，選擇經(jīng)濟適用的對策，在現(xiàn)實可行條件下采取適當措施實施調(diào)控；也可以根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟發(fā)展的條件，利用先進的科技手段或智能化變量處方農(nóng)業(yè)機械實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動調(diào)控。建立一個完整的精細農(nóng)作技術(shù)體系，需要有多種技術(shù)知識和先進技術(shù)裝備的集成支持

3.“精細農(nóng)作”技術(shù)發(fā)展與工程技術(shù)創(chuàng)新

3.13S技術(shù)農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究：

“精細農(nóng)作”中的定位信息采集與處方農(nóng)作實施，需要采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）。已經(jīng)建成投入運行的有美國GPS系統(tǒng)和俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)。美國GPS系統(tǒng)包括在離地球約20,000km高空近似圓形軌道上運行的24顆地球衛(wèi)星，其軌道參數(shù)和時鐘，由設(shè)于世界各大洲的五個地面監(jiān)測站和設(shè)于其本土的一個地面控制站進行監(jiān)測和控制。使得在近地曠野的GPS接收機在晝夜任何時間、任何氣象條件下最少能接受到4顆以上衛(wèi)星的信號，通過測量每一衛(wèi)星發(fā)出的信號到達接收機的傳輸時間，即可計算出接收機所在的地理空間位置。信號處理技術(shù)的發(fā)展，可使微弱的衛(wèi)星信號為便攜式或掌上型接收機的小型天線所接收。這是一個功能強大、對任何人、在全球任何地方都可以免費享用的空間信息資源。盡管美國政府對其GPS系統(tǒng)施加了“選擇可用性政策”(SA)的影響和衛(wèi)星信號在空間傳輸過程中發(fā)生的各種累積誤差，但技術(shù)上可通過差分誤差校正方式及信息處理技術(shù)使通用接收機的動態(tài)3維定位精度容易達到米級或分米級，測量型GPS接收機動態(tài)定位精度可達厘米級要求。近幾年來，GPS產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展迅速，若干大公司迅速涉足農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，提供了用于農(nóng)田測量、定位信息采集和與智能化農(nóng)業(yè)機械配套的DGPS產(chǎn)品。這類產(chǎn)品通常均具有12個可選擇的衛(wèi)星信號接收通道、動態(tài)條件下每秒能自動提供一個3維定位數(shù)據(jù)，動態(tài)定位精度一般可達分米和米級，并具有與計算機和農(nóng)機智能監(jiān)控裝置的通用標準接口。如美國Trimble公司Ag13212通道GPS接收機，可接收信標臺的地區(qū)性差分校正信號免費服務(wù)或獲得由近地衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的廣域差分收費校正信號服務(wù)，提供可靠的分米級定位和0.1米/小時的速度測量精度。系統(tǒng)可用于農(nóng)田面積和周邊測量、引導田間變量信息定位采集、作物產(chǎn)量小區(qū)定位計量、變量作業(yè)農(nóng)業(yè)機械實施定位處方施肥、播種、噴藥、灌溉和提供農(nóng)業(yè)機械田間導航信息等。配置這一系統(tǒng)需要考慮本地區(qū)可能提供的差分信號現(xiàn)有條件，或在缺乏上述服務(wù)條件下購置兩臺Ag132和配套通信電臺建立獨立的自用差分GPS系統(tǒng)，另還可配置必要的專用可選件如：基站附件、導航附件、背負式田間信息采集附件、掌上型計算機及必要的聯(lián)接信號電纜等。Ashtect公司的AgNavigator結(jié)構(gòu)設(shè)計有些不同，但功能大體相當。DGPS技術(shù)的迅速發(fā)展，使得近幾年來各國提供局域差分信號免費服務(wù)的信標站迅速建設(shè)起來，至1996年末，美國這類信標站的地區(qū)覆蓋范圍已接近國土的2/3。信標站差分信號服務(wù)半徑約計300km。我國在東南沿海原交通部也建立了近20個這類信標站。以近地衛(wèi)星作為星載GPS廣域差分信號服務(wù)系統(tǒng)在今后幾年內(nèi)也可望在我國部分地區(qū)相繼建立。在競爭中謀求信息高新技術(shù)產(chǎn)品市場的商業(yè)利益，將是今后GPS技術(shù)發(fā)展競爭的總趨勢。今年3月30日美國副總統(tǒng)戈爾在白宮新聞會上，宣布開放GPS衛(wèi)星的L2頻道并進一步開放L3頻道民用服務(wù)，這將大大有利于進一步改善GPS衛(wèi)星服務(wù)的精度和可靠性，使用戶獲得性能價格比更好的精確定位、定時技術(shù)服務(wù)。GPS用戶系統(tǒng)外觀結(jié)構(gòu)簡單，小型化，操作方便，但技術(shù)含量高?，F(xiàn)有國外農(nóng)機廠商配套的GPS產(chǎn)品，大多采用OEM方式引進關(guān)鍵部件進行二次開發(fā)后嵌入于農(nóng)業(yè)機械應(yīng)用系統(tǒng)中，可使性能價格比顯著改善。DGPS作為農(nóng)業(yè)空間信息管理的基礎(chǔ)設(shè)施，一旦建立起來，即不但可服務(wù)于“精細農(nóng)作”，也可用于農(nóng)村規(guī)劃、土地測量、資源管理、環(huán)境監(jiān)測、作業(yè)調(diào)度中的定位服務(wù)，其農(nóng)業(yè)應(yīng)用技術(shù)開發(fā)的前景廣闊。地理信息系統(tǒng)（GIS）作為用于存儲、分析、處理和表達地理空間信息的計算機軟件平臺，技術(shù)上已經(jīng)成熟。它在“精細農(nóng)作”技術(shù)體系中主要用于建立農(nóng)田土地管理，土壤數(shù)據(jù)、自然條件、作物苗情、病蟲草害發(fā)生發(fā)展趨勢、作物產(chǎn)量的空間分布等的空間信息數(shù)據(jù)庫和進行空間信息的地理統(tǒng)計處理、圖形轉(zhuǎn)換與表達等，為分析差異性和實施調(diào)控提供處方信息。它將納入作物栽培管理輔助決策支持系統(tǒng)，與作物生產(chǎn)管理與長勢預(yù)測模擬模型、投入產(chǎn)出分析模擬模型和智能化農(nóng)作專家系統(tǒng)一起，并在決策者的參與下根據(jù)產(chǎn)量的空間差異性，分析原因、作出診斷、提出科學處方，落實到GIS支持下形成的田間作物管理處方圖，指導科學的調(diào)控操作。由于農(nóng)業(yè)活動涉及廣闊的地理空間和各種管理信息都有明顯的空間隨機分布特征，GIS在農(nóng)業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用價值。在形成農(nóng)業(yè)空間信息地理圖形時，采樣密度、采樣成本與信息處理的方法如何能更準確反映參數(shù)的空間分布，仍然是尚待深入研究的課題。由于商用GIS系統(tǒng)的功能一般都照顧到各種類型用戶的需要，針對農(nóng)業(yè)資源信息管理和精細農(nóng)業(yè)實踐的需要和農(nóng)村用戶的特點，開發(fā)基于GIS設(shè)計規(guī)范的簡單實用、易于向基層農(nóng)村用戶推廣、界面友好的田間地理信息系統(tǒng)（FIS）已引起學術(shù)界的注意，值得我國農(nóng)業(yè)工程師進行創(chuàng)新研究。

遙感（RS）技術(shù)是未來精細農(nóng)作技術(shù)體系中獲得田間數(shù)據(jù)的重要來源。它可以提供大量的田間時空變化信息。近30多年來，RS技術(shù)在大面積作物產(chǎn)量預(yù)測，農(nóng)情宏觀預(yù)報等方面作出了重要貢獻。由于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)目前尚達不到必要的空間分辨率和提供滿足農(nóng)作需要的實時性，目前還未用于作物生產(chǎn)的精細管理。然而，遙感技術(shù)領(lǐng)域積累起來的農(nóng)田和作物多光譜圖象信息處理及成像技術(shù)、傳感技術(shù)和作物生產(chǎn)管理需求密切相關(guān)。RS獲得的時間序列圖象，可顯示出由于農(nóng)田土壤和作物特性的空間反射光譜變異性，提供農(nóng)田作物生長的時空變異性的信息，在一季節(jié)中不同時間采集的圖象，可用于確定作物長勢和條件的變化?；谶b感產(chǎn)業(yè)界對“精細農(nóng)作”的商業(yè)興趣，一系列的地球觀測衛(wèi)星將在近幾年內(nèi)發(fā)射，到2005年，將有超過40個這類衛(wèi)星提供服務(wù)。大部分這類衛(wèi)星采集的全色圖象，空間分辯率將達1～3米，多光譜圖象分辯率預(yù)計可達3～15米，掃視區(qū)6～30km。由于采用衛(wèi)星遙感比航空攝影的成本將低一半以上，衛(wèi)星遙感技術(shù)可預(yù)期在近3～5年內(nèi)，在“精細農(nóng)作”技術(shù)體系中扮演重要角色。農(nóng)業(yè)工程師應(yīng)該涉足這一領(lǐng)域，了解有關(guān)的知識，參與應(yīng)用研究，現(xiàn)在的RS軟件已可裝載在PC機上使用，性能價格比已可為普通用戶所接受。

3.2收獲機械產(chǎn)量計量與產(chǎn)量分布圖生成技術(shù)

作物產(chǎn)量是許多因素綜合影響形成的結(jié)果和評價種植管理水平的基礎(chǔ)。“精細農(nóng)作”技術(shù)思想也正是從獲得田間小區(qū)產(chǎn)量的差異性信息出發(fā)，分析原因，指導管理決策。在“精細農(nóng)業(yè)”研究發(fā)展中，雖然也有關(guān)于甜菜、土豆、甘蔗、牧草、棉花、水果等收獲機械產(chǎn)量計量及產(chǎn)量分布圖自動生成的試驗研究成果，但迄今已商品化的產(chǎn)品仍集中于谷類作物收獲機械方面。據(jù)報導，美國目前約有20個制造商供應(yīng)谷物聯(lián)合收獲機產(chǎn)量計量系統(tǒng)，1997年底，全國使用這一技術(shù)的聯(lián)合收獲機約17,000臺，其中約有一半帶GPS定位系統(tǒng)可支持產(chǎn)量分布圖自動生成。一個主要生產(chǎn)廠商宣稱，至2001年其生產(chǎn)的90%谷物聯(lián)合收獲機將裝備產(chǎn)量監(jiān)視器。迄今已進入商品化的這類產(chǎn)品主要是基于沖擊式-力傳感技術(shù)（如美國JohnDeree和CaseIH）、容積式光電計量技術(shù)（如英國RDS產(chǎn)品）和γ射線流量傳感技術(shù)（如MasseyFerguson產(chǎn)品）等。在谷物流量自動傳感過程中，還可同時測量凈糧含水量，在小區(qū)產(chǎn)量分布圖基礎(chǔ)上結(jié)合定位處方投入的成本分析直接顯示小區(qū)經(jīng)濟效益分布圖（GrossMarginVariabilityMap）?！熬氜r(nóng)作”體系中的產(chǎn)量圖自動生成技術(shù)，需要解決如下的科學技術(shù)問題：

流量傳感器的計量精度、穩(wěn)定性、通用性、標定簡便性的進一步改善；

產(chǎn)量計量中同時獲得收獲機的實際割幅和前進速度信息；

生成產(chǎn)量分布圖需要的空間分辨率不大于收獲機械工作幅寬的DGPS定位系統(tǒng)；

針對不同收獲機械建立谷物由割臺至流量測量點的谷物運移過程模型，以校正產(chǎn)量分布信息的動態(tài)誤差；

研究采集的定位數(shù)據(jù)和產(chǎn)量數(shù)據(jù)編碼格式與快速存儲傳輸方式。這些數(shù)據(jù)通常都是存儲在軟盤或IC智能卡中，能一次存儲至少一個作業(yè)班內(nèi)的全部數(shù)據(jù)，然后再傳入PC機進行處理和生成產(chǎn)量分布圖；

開發(fā)PC上進行產(chǎn)量分布圖生成的軟件，含文件結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、誤差校正、數(shù)據(jù)圖形化、顯示方式等；

上述技術(shù)都還需要繼續(xù)完善。研究適于不同國家的農(nóng)業(yè)機械裝備、種植特點、適于不同作物和更為精確的上述各環(huán)節(jié)的智能化技術(shù)，仍然是農(nóng)業(yè)工程師面臨的挑戰(zhàn)。谷物聯(lián)合收獲機電子裝置，包括谷物產(chǎn)量自動計量和產(chǎn)量圖自動生成技術(shù)，是當代農(nóng)機研究的一個重要方向，也應(yīng)是我國農(nóng)機裝備機電一體化、信息化研究的優(yōu)先發(fā)展方向之一。對于改善易地收獲、農(nóng)機社會化服務(wù)，提高農(nóng)機作業(yè)信息化意識，促進作物生產(chǎn)科學管理，都有十分重要的現(xiàn)實意義，應(yīng)是世紀之交我國農(nóng)機技術(shù)創(chuàng)新的重要課題。3.3田間變量信息采集與處理技術(shù)

快速、有效采集和描述影響作物生長環(huán)境的空間變量信息，是實踐“精細農(nóng)作”的重要基礎(chǔ)。優(yōu)先需予考慮的主要是土壤含水量、肥力、SOM、土壤壓實、耕作層深度和作物病、蟲、草害及作物苗情分布信息采集等。目前田間信息快速采集技術(shù)的研究仍大大落后于支持精細農(nóng)作的其它技術(shù)發(fā)展，已成為國際上眾多單位攻關(guān)研究的重要課題?，F(xiàn)有的土壤信息采集方法是基于定點采樣與實驗室分析相結(jié)合，耗資費時、空間尺度大、難于較精細地描述這些信息的空間變異性。技術(shù)創(chuàng)新的方向是研究開發(fā)可快速操作，有利于提高采樣密度，測量精度能滿足實際生產(chǎn)要求的新傳感技術(shù)和進一步改善空間分布信息的定量描述與近似處理方法。部分參數(shù)將可用掃描方式通過安裝于作業(yè)機械上的傳感器連續(xù)采集和進一步自動生成空間信息分布圖。已經(jīng)取得實用化或具有良好開發(fā)前景的成果，如：土壤含水量測量將在TDR成熟技術(shù)基礎(chǔ)上，在開發(fā)經(jīng)濟實用的基于駐波比、頻域法原理、近紅外技術(shù)的快速測量儀方面拓寬研究領(lǐng)域。土壤主要肥力因素（N、P、K）測量儀器開發(fā)方面，基于傳統(tǒng)化學分析技術(shù)基礎(chǔ)上的快速肥力分析儀，目前國內(nèi)已有實用化產(chǎn)品投入使用，其穩(wěn)定性、操作性和測量精度雖然尚待改進，但對農(nóng)田主要肥力因素的快速近似測量具有實用價值；一種基于近紅外技術(shù)通過間接葉面反射光譜特性進行農(nóng)田氮肥肥力水平快速評估儀器已在試驗使用，它與遙感技術(shù)的農(nóng)業(yè)應(yīng)用密切相關(guān)，可以相互借鑒相關(guān)技術(shù)研究成果；一種基于離子選擇場效應(yīng)晶體管（ISFET）集成元件的土壤主要礦物元素含量測量技術(shù)的研究在國外已取得進展，將是值得關(guān)注的技術(shù)突破性研究方向。土壤耕作層深度對評價土壤持水能力和指導定位處方耕作，確定播種深度、施肥用量密切相關(guān)，在美、加、澳等已經(jīng)開發(fā)出不接觸式、基于電磁場測量土壤電導率用于評價土層深度分布圖的儀器已試驗使用，可對指導定位處方深耕取得良好的經(jīng)濟效益；關(guān)于SOM傳感器，早在數(shù)年前已有報導，通過NIR原理研制的可用于田間在線測量的多光譜SOM測量儀已有商品化產(chǎn)品。在作物生長有關(guān)變量信息的采集方面，田間雜草識別是“精細農(nóng)業(yè)”支持技術(shù)中引起廣泛關(guān)注的領(lǐng)域。在雜草識別的光譜響應(yīng)特性方面已有許多研究成果及參考數(shù)據(jù)可供借鑒。其它田間作物變量傳感與空間信息處理技術(shù)方面的研究，將圍繞新的物理原理與數(shù)學方法的應(yīng)用，如多光譜識別、NIR視角技術(shù)、圖象模式識別、人工智能方法（ANN、Fuzzy系統(tǒng)分析、ES應(yīng)用）、狀態(tài)空間分析、小波分析、卡爾曼濾波方法等。在實踐“精細農(nóng)作”方面，開發(fā)基于新的物理原理的近似快速信息采集技術(shù)與改善空間地理信息處理方法，仍然是科技工作者面臨的艱巨任務(wù)。

3.4智能型處方農(nóng)作機械

七十年代中期微電子應(yīng)用技術(shù)的迅速發(fā)展，使得工業(yè)化國家的農(nóng)業(yè)機械進入到一個以迅速融合電子技術(shù)向機電一體化方向發(fā)展的新時期。農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計中，廣泛引入了微電子監(jiān)控技術(shù)用于作業(yè)工況監(jiān)測和控制。八十年代后期起，其監(jiān)控系統(tǒng)又迅速趨向智能化，由單元控制發(fā)展到分布式控制，由單機作業(yè)系統(tǒng)向與管理決策系統(tǒng)集成的方向發(fā)展。這新一代農(nóng)業(yè)機械裝備技術(shù)的發(fā)展，與過去十多年來基于信息技術(shù)的作物生產(chǎn)管理決策支持系統(tǒng)的迅速發(fā)展，都是近五年來“精細農(nóng)作”技術(shù)得以進入日益廣泛試驗實踐的重要條件。雖然，迄今支持“精細農(nóng)作”的若干主要農(nóng)機裝備，除了如前述帶產(chǎn)量圖自動生成的谷物收獲機以外，實施按處方圖進行農(nóng)田投入調(diào)控的智能化農(nóng)業(yè)機械,如安裝有DGPS定位系統(tǒng)及處方圖讀入裝置的，可自動選擇作物品種（二選一）、可按處方圖調(diào)節(jié)播量和播深的谷物精密播種機；可自動選擇調(diào)控兩種化肥配比的自動定位施肥機和自控噴藥機；可分別控制噴水量的定位噴灌機均已有商品化產(chǎn)品，并在繼續(xù)完善。拖拉機駕駛室已安裝智能化顯示器，在一個LED顯示屏上，可隨意調(diào)用各種圖形化可視界面,監(jiān)控機器各部分的工況和顯示處方作業(yè)和導航信息。現(xiàn)代帶有多處理器的智能型農(nóng)業(yè)機械，已經(jīng)引用了工業(yè)部門中采用的控制器局部網(wǎng)總線技術(shù)（CAN），相互間采用光纜傳輸信息，建立了工業(yè)化設(shè)計標準。我國當今農(nóng)業(yè)機械技術(shù)水平從總體上看與發(fā)達國家落后了不止20年，需要在某些領(lǐng)域推動高新技術(shù)的應(yīng)用研究與實踐。開發(fā)適于我國國情的先進技術(shù)?！熬氜r(nóng)作”的示范試驗研究有可能成為農(nóng)業(yè)機械裝備領(lǐng)域應(yīng)用信息高新技術(shù)實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的切入點。3.5系統(tǒng)集成技術(shù)新晨

“精細農(nóng)業(yè)”技術(shù)體系是一個集成系統(tǒng)，它涉及到多種學科知識的支持，需要學習應(yīng)用不同子系統(tǒng)已經(jīng)形成的硬、軟件設(shè)計規(guī)范、標準、數(shù)據(jù)格式與通信協(xié)議，應(yīng)用已有的單項技術(shù)成果，研究建立某些支持技術(shù)的新標準。近幾年來，國外研究實踐中已經(jīng)積累了一些進行“精細農(nóng)業(yè)”技術(shù)體系集成組裝的經(jīng)驗。我國科技工作者要研究這方面的進展，參與國際交流。作為工程師，要善于根據(jù)工程項目的整體目標，既能從具體技術(shù)角度去思考和研究問題，具有不斷突破現(xiàn)有解決實際問題的觀念與模式的創(chuàng)新意識；又能注意進行項目目標的整體評估，協(xié)調(diào)技術(shù)先進性與經(jīng)濟可行性的綜合優(yōu)化目標，提出推動技術(shù)進步的試驗實踐方案。

4.問題與思考

農(nóng)作學與土壤學原理范文第4篇

【關(guān)鍵詞】土壤肥料 作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè) 教學改革

【中圖分類號】G【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2013）01C-0074-02

一、土壤肥料課程教學改革背景

土壤肥料是農(nóng)業(yè)的基本生產(chǎn)資料，是發(fā)展農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)。土壤肥料知識是種植類專業(yè)的重要專業(yè)知識。土壤肥料學是農(nóng)業(yè)院校的傳統(tǒng)學科，是作物栽培、果蔬栽培、中草藥栽培等專業(yè)課的前導課和橋梁課，主要介紹土壤基礎(chǔ)知識和肥料的性質(zhì)作用。在多年的教學過程中，該專業(yè)教師積累了豐富的教學經(jīng)驗，但隨著知識的快速更新，土壤肥料的新知識和新理念不斷涌現(xiàn)，如配方施肥、無土栽培、營養(yǎng)診斷和新型肥料等；同時，隨著學科交叉程度的不斷加深、教學課時的壓縮以及高職教育新理念的出現(xiàn)，原來的土壤肥料課程日益顯現(xiàn)出與當前實際不相符的狀況，如課程目標定位不清晰、學科體系模式過濃、教材內(nèi)容陳舊、教學方法不適應(yīng)現(xiàn)在的高職生，等等。在課時緊縮的前提下，為順應(yīng)社會發(fā)展的需求，大部分農(nóng)業(yè)高職院校將土壤學、肥料學和植物營養(yǎng)學等農(nóng)類專業(yè)基礎(chǔ)課進行整合，廣西農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學院就是其中之一。筆者以廣西農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學院為例，對土壤肥料課程教學改革進行探討。

二、土壤肥料課程教學改革總體思路

教育部《關(guān)于加強高職高專教育人才培養(yǎng)工作的意見》中指出：“高職高專是我國高等教育的重要組成部分，培養(yǎng)擁護黨的基本路線，適應(yīng)生產(chǎn)、建設(shè)、管理、推廣、經(jīng)營、服務(wù)第一線需要的，德、智、體、美等方面全面發(fā)展的高等技術(shù)應(yīng)用性專門人才；學生應(yīng)在具有必備的理論基礎(chǔ)知識和專門知識的基礎(chǔ)上，重點掌握從事本專業(yè)領(lǐng)域?qū)嶋H工作的基本能力和基本技能”?？梢姼呗毥逃饕囵B(yǎng)技能型和應(yīng)用型人才，課程教學中必須突出技能的培養(yǎng)與提升。時下推行的“教、學、做”一體化職業(yè)教育新模式就是基于此目的。

鑒于此，廣西農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學院將原土壤肥料學和植物營養(yǎng)方面的學科整合為土壤肥料與應(yīng)用課程，其主體內(nèi)容為土壤肥料的知識，但在其中融入營養(yǎng)學知識?？傉n時為80學時，旨在讓學生在有限的學習時間內(nèi)，在掌握土壤肥料基礎(chǔ)知識的前提下，突出掌握植物營養(yǎng)診斷技能和土壤肥料在生產(chǎn)上的應(yīng)用。此外，該學院還在課程內(nèi)容、教學模式、教學環(huán)節(jié)、教材選取及考核制度等方面進行革新，立足于學以致用、為社會經(jīng)濟發(fā)展服務(wù)的根本目標，力求在教學改革中遵循科學性、系統(tǒng)性和實用性。

三、土壤肥料課程教學改革的具體方案

（一）構(gòu)架內(nèi)容體系

立足于原來土壤肥料課程，結(jié)合作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè)特點，對其內(nèi)容進行合理增刪，優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)。

改革后該課程內(nèi)容分理論與實踐兩大部分。理論部分可分為土壤、植物營養(yǎng)、土壤農(nóng)化技術(shù)應(yīng)用3個篇幅，共12章：土壤形成與固相組成、土壤基本性質(zhì)、土壤肥力因素、我國土壤資源狀況、植物營養(yǎng)原理、土壤養(yǎng)分與化學肥料、有機肥料、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)農(nóng)田建設(shè)及中低產(chǎn)土壤改良、土壤免耕技術(shù)、設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤的管理、測土配方施肥、信息技術(shù)在土壤肥料中的應(yīng)用。實踐部分包括11個實驗項目和6個實訓項目。此外，該課程中還穿插了部分選修內(nèi)容，以滿足不同專業(yè)方向的教學需求并激發(fā)學生學習的興趣。其內(nèi)容體系構(gòu)架見圖1。

課程內(nèi)容需體現(xiàn)種植類專業(yè)特點，要與生產(chǎn)結(jié)合，在保證基礎(chǔ)理論前提下，突出方法技能的訓練。針對原課程基礎(chǔ)理論內(nèi)容偏多、實用方法技能過少的情況，新課程一方面保留原課程精華部分，如土壤組成、土壤基本性質(zhì)、土壤速效養(yǎng)分測定、肥料合理施用技術(shù)等基本內(nèi)容和技能性較強的內(nèi)容，另一方面對原有部分內(nèi)容進行擴展和補充，如設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤的管理、測土配方施肥、營養(yǎng)化學診斷、信息技術(shù)在土壤肥料中的應(yīng)用等，并增加方法技能方面的內(nèi)容，如土壤種類鑒別、低產(chǎn)地的沃良、化學肥料系統(tǒng)鑒別等。

（二）改革教學模式

所謂“教、學、做”一體化是指教師站在較高的角度，對教材內(nèi)容進行總體把握并解析、抽取其中一個個具體的知識技能點，再結(jié)合實踐，設(shè)計出具體的問題、情境和案例。其中，每個案例包含若干個知識技能點，每次課程完成一個案例。教師在課程教學時應(yīng)選擇典型的、實用的、可操作的內(nèi)容來進行情境設(shè)計。比如土壤肥料課上，教師應(yīng)在學生掌握土壤肥料基本知識和技能的基礎(chǔ)上，鼓勵和指導學生自己去做，即根據(jù)設(shè)計的目標讓學生去完成該項任務(wù)，在完成任務(wù)的過程中運用知識、提升技能。此外，也可結(jié)合教師的某項科研工作或?qū)W生論文，教師與學生一起設(shè)計不同試驗項目，以學生為主體，讓其去查找資料，然后實地考察，根據(jù)試驗設(shè)計目的采集土壤樣本，帶回實驗室進行處理和分析，整個項目試驗完成后，再要求其寫出實習報告。這樣可使學生主動投入整個試驗中，并充分理解試驗原理、方法和過程?！敖獭W、做”一體化教學模式將教學過程與生產(chǎn)過程緊密相連，實現(xiàn)教學與生產(chǎn)的無縫對接，加深了學生對知識的理解并提高了學生的實踐動手、綜合分析等能力。

（三）加強教學實踐

實踐教學是職業(yè)教育的特色。土壤肥料課程實踐操作性較強，因此應(yīng)注重加強和改進實踐教學，培養(yǎng)學生動手能力。原土壤肥料課程共56學時，實踐教學僅24學時。教學時只能進行一些驗證性的實驗，學生基本上是依葫蘆畫瓢。現(xiàn)土壤肥料與應(yīng)用課程共80課時，其中實踐課程40學時，占總課時一半。此外，新課程對實訓內(nèi)容也進行了優(yōu)化，將實踐教學分為實驗（驗證理論為主）和實訓（自主、創(chuàng)新為主）兩部分。實驗課主要在實驗室內(nèi)對一些基本分析操作進行學習；實訓則構(gòu)建以綜合性、設(shè)計性、實用性為主的教學內(nèi)容，教師給出多個項目，學生可自行選擇其一，然后教師引導學生自主設(shè)計和操作。這與“教、學、做”一體化教學模式相一致。

培土施肥是作物栽培過程中一個經(jīng)常涉及的技術(shù)環(huán)節(jié)，而作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè)的栽培課程很多，有農(nóng)作物栽培、果蔬栽培等。教師可以設(shè)計一些綜合實訓項目，既可以對栽培技能進行實踐，又可以進行田間施肥的試驗。具體做法為：將土壤肥料與應(yīng)用課程同栽培課程的實踐教學部分重疊安排在一起，在試驗田里栽培作物，再劃分小區(qū)，各田間小區(qū)分別進行配方施肥試驗。學生通過參與整個作物種植和田間管理過程，既能掌握作物栽培的技能，又能充分實踐土壤肥料的管理，而且更為系統(tǒng)地掌握綜合技能，學會綜合應(yīng)用知識的技能，還節(jié)約了實訓資源和時間。此外，還可安排學生到校外實訓基地或生產(chǎn)單位（肥料廠、種植園區(qū)等）進行實戰(zhàn)和學習等。這樣，學生對實訓有充分的自主性、系統(tǒng)性，才能發(fā)揮他們的實踐能力、創(chuàng)新能力、設(shè)計能力和動手能力，達到教學目的。

（四）創(chuàng)新教學方法

傳統(tǒng)的課堂教學方法多是教師講、學生聽，學生被動接受知識。高職學生基礎(chǔ)較差，對農(nóng)業(yè)尤其是土壤的興趣原本就不大，若全部采用灌輸式教學法，盡管教師課堂講得很清楚，但學生主觀能動性發(fā)揮極差，教學效果不甚理想。因此，教師應(yīng)進行教學方法的改革和創(chuàng)新，變被動教學為主動教學，因?qū)ο蠖?，采用啟發(fā)式、提問式等各種教學方法，激發(fā)學生學習熱情，引導學生主動思考。如在土壤有機質(zhì)的教學中，可用“問題―探研”的方法引導學生：“一般從外觀看，你們認為什么樣的土壤比較肥？為什么呢？”大多學生知道顏色深、濕潤的土壤較肥沃，至于原因就需要查找資料或聽教師分析了，對此教師可先讓學生進行討論，最后再進行總結(jié)，以此來加深學生對知識的理解。又如在講解土壤含水量的計算時，可先向?qū)W生提出問題：“公式分母用的是烘干土重，而不是我們通常認為的鮮土重，原因是什么？”并提示他們需要在教師講解完之后回答問題，以提問吸引學生注意力。同時，在教學中還應(yīng)補充一些相關(guān)的時事和前沿動態(tài)等，以豐富教學內(nèi)容和提高學生學習興趣。

（五）優(yōu)化考核制度

考核是檢驗教學效果的手段。高職院校往往采取理論考試+技能考核+平時成績的考核方式，但在實際操作中，這三方面容易脫節(jié)。因此，應(yīng)注意將理論與實踐技能的考核有機結(jié)合，也就是理論考試中應(yīng)能體現(xiàn)技能的掌握程度，而技能考核中也要求學生弄清原理，即“知其然，知其所以然”。如在化學肥料定性鑒定的技能考核中，除鑒別化學肥料的種類外，還應(yīng)回答鑒別的理論依據(jù)和過程。將“教―學―做―考”一體化，才能將知識融匯貫通，學習的內(nèi)容也才具有持續(xù)性。

（六）選擇適用教材

課程體系的改革依賴于其載體――教材，教學內(nèi)容的更新、優(yōu)化也需要通過教材建設(shè)來實現(xiàn)。廣西農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學院原來使用農(nóng)業(yè)出版社出版的《土壤肥料（第二版）》，在過去的教學和人才培養(yǎng)中較為適用，但其理論內(nèi)容偏多，應(yīng)用內(nèi)容稍少。尤其隨著知識和生產(chǎn)的快速發(fā)展，新知識、新理念的涌現(xiàn)，原有教材顯得過于陳舊和模式化。結(jié)合作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案與課程內(nèi)容體系，經(jīng)篩選，筆者認為化學工業(yè)出版社出版的高職高專“十一五”規(guī)劃教材――《土壤肥料》適合作物生產(chǎn)技術(shù)專業(yè)的土壤肥料與應(yīng)用課程使用。此外，教學中還應(yīng)收集和補充本地區(qū)土壤與肥料的相關(guān)資料和信息，并組織編寫適合本校的校本教材。

土壤肥料課程教學改革勢在必行。通過探索，基本理清了土壤肥料課程改革思路，針對其課程內(nèi)容、教學模式、實踐教學環(huán)節(jié)、教學方法、考核制度和教材等方面提出了一系列改革方案和措施，達到了增強教學效果的目的。而課程的教學改革是個系統(tǒng)工程，提高課程教學水平是一項長期任務(wù)，需要不斷探索和完善，進一步深化。

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【基金項目】廣西教育廳2010新世紀教改課題（桂教高教[2010]130號）

農(nóng)作學與土壤學原理范文第5篇

【關(guān)鍵詞】污染土壤；微生物；修復原理；修復技術(shù)

土壤污染已經(jīng)成為全球性的重要環(huán)境問題之一。由于礦山開采、金屬冶煉以及工業(yè)污水和污泥的農(nóng)業(yè)應(yīng)用，大量的有毒有害重金屬元素進入土壤系統(tǒng)，在土壤中的滯留時間長，具有難降解性、隱蔽性和不可逆性的特點，不僅導致土壤的退化、農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的降低，而且還可能通過食物鏈危及人類的健康和生命。

目前，用于土壤重金屬污染治理的方法包括物理修復、化學修復和生物修復。物理修復、化學修復雖能達到一定的效果，但是能耗大、二次污染等問題也限制了其應(yīng)用[1]，尤其對于大面積有害的低濃度重金屬污染，更是難以處理。重金屬污染土壤的原位生物修復是利用各種天然生物過程而發(fā)展起來的一種現(xiàn)場處理土壤環(huán)境污染的技術(shù)，可利用生物削減土壤中重金屬含量或降低重金屬毒性[2]。根據(jù)修復主體的不同，它主要分為微生物修復、植物修復和植物-微生物聯(lián)合修復。微生物修復較物理修復、化學修復有著無可比擬的優(yōu)越性，操作簡單、處理費用低、效果好，對環(huán)境不會造成二次污染，可以就地進行處理等，具有很大的潛力和廣闊的應(yīng)用前景。

1.微生物修復機理

重金屬對人的毒性作用常與它的存在狀態(tài)有密切的關(guān)系。一般地說，金屬存在形式不同，其毒性作用也不同。微生物不能降解和破壞重金屬，但可以對土壤中的重金屬進行固定、移動或轉(zhuǎn)化，改變它們在土壤中的環(huán)境化學行為，可促進有毒、有害物質(zhì)解毒或降低毒性，從而達到生物修復的目的。

1.1 微生物的轉(zhuǎn)化作用

微生物對重金屬的轉(zhuǎn)化作用包括氧化還原作用、甲基化與去甲基化作用以及重金屬的溶解和有機絡(luò)合配位降解。土壤中的一些重金屬元素可以多種價態(tài)和形態(tài)存在，不同價態(tài)和形態(tài)的溶解性和毒性不同，可通過微生物的氧化還原作用和去甲基化作用改變其價態(tài)和形態(tài)，從而改變其毒性和移動性。

1.1.1 氧化還原作用

微生物可通過改變重金屬的氧化還原狀態(tài)，使重金屬化合價發(fā)生變化，改變重金屬的穩(wěn)定性。Silver等[3]提出，在細菌作用下氧化還原是最有希望的有毒廢物生物修復系統(tǒng)。微生物能氧化土壤中多種重金屬元素，某些自養(yǎng)細菌如硫-鐵桿菌類 （Thiobacillus ferrobacillus）能氧化As、Cu、Mo和Fe等，假單孢桿菌屬 （Pseudomonas）能使As、Fe和Mn等發(fā)生生物氧化，降低這些重金屬元素的活性。微生物對重金屬的轉(zhuǎn)化作用常見的有對鉻、汞、硒和砷等的轉(zhuǎn)化。如假單胞菌（ Pseudomonadsp.） 可以把六價鉻還原為三價鉻，從而降低其毒性[4]。

1.1.2 甲基化與去甲基化作用

微生物可通過改變重金屬的甲基化和去甲基化作用改變重金屬的環(huán)境效應(yīng)。Fwukowa從土壤中得到假單胞桿菌K-62，它能分解無機汞和有機汞而形成元素汞，元素汞的生物毒性比無機汞和有機汞低得多。Frankenber等通過耕作、優(yōu)化管理、施加添加劑等來加速硒的原位生物甲基化，使其揮發(fā)而降低硒的毒性，此生物技術(shù)已在美國西部灌溉農(nóng)業(yè)中用于清除硒污染[5]。有些真菌和細菌能使無機As轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性有機As，從而降低其毒性[6]。

1.1.3 重金屬溶解或配位絡(luò)合作用

一些微生物，如動膠菌、藍細菌、硫酸鹽還原菌以及某些藻類，能夠產(chǎn)生胞外聚合物如多糖、糖蛋白等具有大量的陰離子基團，與重金屬離子形成絡(luò)合物。如Bargagli在Hg礦附近土壤中分離得到很多高級真菌，一些菌根種和所有腐殖質(zhì)分解菌都能積累Hg達到100 mg/kg土壤干重[7]。

1.2 微生物的積累和吸著作用

土壤中重金屬離子有5種形態(tài)：可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機結(jié)合態(tài)、殘渣態(tài)。前3種形態(tài)穩(wěn)定性差，后2種形態(tài)穩(wěn)定性強。重金屬污染物的危害主要來自前3種不穩(wěn)定的重金屬形態(tài)[6]。微生物固定作用可將重金屬離子轉(zhuǎn)化為后兩種形態(tài)或積累在微生物體內(nèi)，從而使土壤中重金屬的濃度降低或毒性減小。微生物固定作用有胞外吸附作用、胞外沉淀作用和胞內(nèi)積累作用3種形式。其作用方式有以下幾種：①金屬磷酸鹽、金屬硫化物沉淀；②細菌胞外多聚體；③金屬硫蛋白、植物螯合肽和其他金屬結(jié)合蛋白；④鐵載體；⑤真菌來源物質(zhì)及其分泌物對重金屬的去除[8]。

1.2.1 胞外吸附作用

胞外吸附作用主要是指重金屬離子與微生物的產(chǎn)物或細胞壁表面的一些基團通過絡(luò)合、螯合、離子交換、靜電吸附、共價吸附等作用中的一種或幾種相結(jié)合的過程[2]。許多研究表明細菌及其代謝產(chǎn)物對溶解態(tài)的金屬離子有很強的絡(luò)合能力，這主要因為細菌表面有獨特的化學組成。細胞壁帶有負電荷而使整個細菌表面帶負電荷，而細菌的產(chǎn)物或細胞壁表面的一些基團如-COOH、-NH2、-SH、-OH等陰離子可以增加金屬離子的絡(luò)合作用[9]。研究表明，許多微生物，包括細菌、真菌和藻類可以生物積累（bioaccumulation）和生物吸著 （biosorption）環(huán)境中多種重金屬和核素[10]。一些微生物如動膠菌、藍細菌、硫酸鹽還原菌以及某些藻類，能夠產(chǎn)生胞外聚合物如多糖、糖蛋白等具有大量的陰離子基團，與重金屬離子形成絡(luò)合物。

1.2.2 胞外沉淀作用

胞外沉淀作用指微生物產(chǎn)生的某些代謝產(chǎn)物與重金屬結(jié)合形成沉淀的過程。在厭氧條件下，硫酸鹽還原菌中的脫硫弧菌屬（Desulfovibrio）和腸狀菌屬（Desulfotomaculum）可還原硫酸鹽生成硫化氫，硫化氫與Hg2+形成HgS沉淀，抑制了Hg2+的活性[11]。某些微生物產(chǎn)生的草酸與重金屬形成不溶性草酸鹽沉淀。

1.2.3 胞內(nèi)積累作用

胞內(nèi)積累作用是指重金屬被微生物吸收到細胞內(nèi)而富集的過程。重金屬進入細胞后，通過區(qū)域化作用分布在細胞內(nèi)的不同部位，微生物可將有毒金屬離子封閉或轉(zhuǎn)變成為低毒的形式[12]。微生物細胞內(nèi)可合成金屬硫蛋白，金屬硫蛋白與Hg、Zn、Cd、Cu、Ag 等重金屬有強烈的親合性，結(jié)合形成無毒或低毒絡(luò)合物。如真菌木霉、小刺青霉和深黃被包霉通過區(qū)域化作用對Cd、Hg都有很強的胞內(nèi)積累作用[13]。研究表明，微生物的重金屬抗性與MT積累呈正相關(guān)，這使細菌質(zhì)?？赡苡锌怪亟饘俚幕?，如丁香假單胞菌和大腸桿菌均含抗 Cu基因，芽孢桿菌和葡萄球菌含有抗Cd和抗Zn基因，產(chǎn)堿菌含抗Cd、抗 Ni及抗Co基因，革蘭氏陽性和革蘭氏陰性菌中含抗As和抗Sb基因。Hiroki[14]發(fā)現(xiàn)在重金屬污染土壤中加入抗重金屬產(chǎn)堿菌可使得土壤水懸浮液得以凈化。可見，微生物生物技術(shù)在凈化污染土壤環(huán)境方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

2.重金屬污染土壤微生物修復技術(shù)及其研究進展

微生物修復重金屬污染的技術(shù)主要為原位修復和異位修復。微生物原位修復技術(shù)是指不需要將污染土壤搬離現(xiàn)場，直接向污染土壤投放N、P等營養(yǎng)物質(zhì)和供氧，促進土壤中土著微物或特異功能微生物的代謝活性，降解污染物主要包括：生物通風法（bioventing）、生物強化法（enhanced-bioremediation）、土地耕作法（1and farming）和化學活性柵修復法（chemical activated bar）等幾種。異位微生物修復是把污染土壤挖出，進行集中生物降解的方法。主要包括預(yù)制床法（preparedbed）、堆制法（composting biorernediation）及泥漿生物反應(yīng)器法（bioslutrybioreactor）。

2.1 生物刺激技術(shù)

生物刺激即向污染的土壤中添加微生物生長所需的氮、磷等營養(yǎng)元素以及電子受體，刺激土著微生物的生長來增加土壤中微生物的數(shù)量和活性。關(guān)于這方面的研究國外文獻已有報道。Reddy KR，Cutright T J對鉻污染土壤的微生物修復進行的研究表明，限制鉻污染場地修復進程的一個共同因素是污染場地通常缺乏足夠的營養(yǎng)以供引進的外來微生物或土著微生物生長，以至這些微生物自身具備的還原Cr6+的潛力得不到充分發(fā)揮；為使其潛力得到充分發(fā)揮，需向其生活的環(huán)境中投加營養(yǎng)物質(zhì)來刺激鉻還原菌的新陳代謝和繁殖，促進鉻污染土壤的修復[15]。HigginsT E將堆肥、鮮肥、牛糞、泥炭加入鉻污染土壤進行原位修復，提高了修復效果[16]。

2.2 生物強化技術(shù)

生物強化技術(shù)即向重金屬污染土壤中加入一種高效修復菌株或由幾種菌株組成的高效微生物組群來增強土壤修復能力的技術(shù)。所加入的高效菌株可通過篩選培育或通過基因工程構(gòu)建，也可以通過微生物表面展示技術(shù)表達重金屬高效結(jié)合肽，從而得到高效菌株。

2.2.1 高效菌株篩選

高效菌株有2個來源：一是從重金屬污染土壤中篩選；二是從其他重金屬污染環(huán)境中篩選。從重金屬污染土壤中篩選分離出土著微生物，將其富集培養(yǎng)后再投入到原污染的土壤，這是本土生物強化技術(shù)（本土生物強化技術(shù)是由日本科學家Ueno A等人于2007年首次提出的[17]）。篩選、富集的土著微生物更能適應(yīng)土壤的生態(tài)條件，進而更好地發(fā)揮其修復功能。目前已從Cr（VI）、Zn、Pb污染土壤中篩選分離出菌種Pseudo-monasmesophillca和maltophiliaP，Barton等對這2種菌株去除Se、Pb毒性的可能性進行了研究，發(fā)現(xiàn)上述菌種均能將硒酸鹽、亞硒酸鹽和二價鉛轉(zhuǎn)化為不具毒性且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的膠態(tài)硒與膠態(tài)鉛。Robinson等研究了從土壤中篩選的4種熒光假單胞菌對Cd的富集與吸收效果，發(fā)現(xiàn)這4種細菌對Cd的富集達到環(huán)境中的100倍以上[1]。

2.2.2 基因工程菌構(gòu)建

基因工程可以打破種屬的界限，把重金屬抗性基因或編碼重金屬結(jié)合肽的基因轉(zhuǎn)移到對污染土壤適應(yīng)性強的微生物體內(nèi)，構(gòu)建高效菌株。由于大多數(shù)微生物對重金屬的抗性系統(tǒng)主要由質(zhì)粒上的基因編碼，且抗性基因亦可在質(zhì)粒與染色體間相互轉(zhuǎn)移，許多研究工作開始采用質(zhì)粒來提高細菌對重金屬的累積作用，并取得了良好的應(yīng)用效果[18]。

2.2.3 微生物表面展示技術(shù)

微生物表面展示技術(shù)是將編碼目的肽的DN段通過基因重組的方法構(gòu)建和表達在噬菌體表面、細菌表面（如外膜蛋白、菌毛及鞭毛）或酵母菌表面（如糖蛋白），從而使每個顆?；蚣毎徽故疽环N多肽[19]。微生物表面展示技術(shù)可以把編碼重金屬離子高效結(jié)合肽的基因通過基因重組的方法與編碼細菌表面蛋白的基因相連，重金屬離子高效結(jié)合肽以融合蛋白的形式表達在細菌表面，可以明顯增強微生物的重金屬結(jié)合能力，這為重金屬污染的防治提供了一條嶄新的途徑。

LamB、冰晶蛋白、凝集素、a-凝集素和葡萄球菌蛋白A都是表面蛋白，在微生物表面展示技術(shù)中用來定位、錨定外源多肽[20-21]。Sousa C等將六聚組氨酸多肽展示在E.coliLamB蛋白表面，可以吸附大量的金屬離子，重組菌株對Cd2+的吸附和富集比E.coli大11倍[22]；Xu Z、Lee S Y將多聚組氨酸（162個氨基酸） 與Omp C融合，重組菌株吸附Cd的能力達32 mol/ g干菌[23]；Schembri M A等將隨機肽庫構(gòu)建于E.coli 的表面菌毛蛋白FimH粘附素上，經(jīng)數(shù)輪篩選和富集，獲得對PbO2、CoO、MnO2、Cr2O3具有高親和力的多肽[24]；KurodaK、UedM將酵母金屬硫蛋白（YMT） 串聯(lián)體在酵母表面展示表達后，四聚體對重金屬吸附能力提高5.9倍，八聚體提高8.7倍[25]。表面展示技術(shù)用于重金屬污染土壤原位修復的研究雖然取得了許多成果，但離實際應(yīng)用尚有一段距離。其主要原因是用于展示金屬結(jié)合肽的受體微生物種類及適應(yīng)性有限，并且缺乏選擇金屬結(jié)合肽的有效方法[19]。

3. 結(jié)論與展望

從目前來看，微生物修復是最具發(fā)展和應(yīng)用前景的生物修復技術(shù)，人們在微生物材料、降解途徑以及修復技術(shù)研發(fā)等方面取得了一定的研究進展，并展示了一些成功的修復案例。但重金屬污染土壤原位微生物修復技術(shù)目前還存在以下幾個方面的問題：（1）修復效率低，不能修復重污染土壤。（2）加入到修復現(xiàn)場中的微生物會與土著菌株競爭，可能因其競爭不過土著微生物，而導致目標微生物數(shù)量減少或其代謝活性喪失。（3）重金屬污染土壤原位微生物修復技術(shù)大多還處于研究階段和田間試驗與示范階段，還存在大規(guī)模實際應(yīng)用的問題。（4）微生物個體微小，難以從土壤中分離；重金屬回收困難。

污染場地應(yīng)用是各種生物修復技術(shù)研發(fā)的最終目的。一般說來，實驗室的微生物修復研究，因修復條件較為理想化，擾因素極少，其修復可能很好。如一旦將室內(nèi)的微生物修復技術(shù)放大到現(xiàn)場條件下，干擾因素復雜，一系列的新問題可能會出現(xiàn)，甚至可能會遭致完全否定等現(xiàn)象。因此，微生物修復技術(shù)的場地應(yīng)用是一項復雜的系統(tǒng)工程，必須融合環(huán)境工程、水利學、環(huán)境化學及土壤學等多學科知識，創(chuàng)造現(xiàn)場的修復條件，如土地翻耕、農(nóng)藝措施、添加物質(zhì)、高效微生物、植物修復，季節(jié)更替等，構(gòu)建出一套因地因時的污染土壤田間修復工程技術(shù)。

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