“3S”技术在广西烟草种植中的应用及前景

 广西地处云贵高原向东南沿海过渡地带，烟草种植主要集中在桂西山区，该区主要为低山、丘陵、海拔较低盆地交错分布的山原地貌，具备优质烟叶生产的
光、热、水、土等自然条件。在全国第三次烟草种植区划中广西烟区被划分为二级烟草种植区，烟叶质量较好，但特色不明显。当前行业大力推进以“一基四化”为
主要特征的现代烟草农业建设，信息化管理作为其中的一项重要工作内容，越来越引起人们的重视。本文旨在深入了解“3S”技术在烟草生产中的应用价值，剖析
“3S”技术在广西烟草生产中的应用现状及发展前景，以期为调整广西烟叶生产布局，使烤烟种植向适宜区和最适宜区转变提供思路，为广西烟叶实现规模化种
植、信息化管理提供思路，有利于提高广西烟叶在行业内的知名度，实现广西烟叶的健康可持续发展。
<p align="center"><img src="http://www.tobaccochina.com/uploadfiles/pic/20111117154227964A.jpg" border="0"/></p>
<p><strong><font style="COLOR: #000080">　　一、“3S”技术解读</font></strong></p>
<p><strong>　　（一）“3S”技术的概念</strong></p>
<p>　　“3S”技术是地理信息系统（Geographical　Information　System，GIS）、　全球定位系统（Global　Positioning　System，GPS）以及遥感（Remote　Sensing，RS）三大技术的总称。</p>
<p>　　GIS是一个具有空间数据采集、存储、检索、分析、显示和输出功能的综合性技术系统，是信息系统的一种，它以表征和分析地球表层空间地理现象和
事物的地理空间数据和信息为特定的运作对象。地理信息系统技术现已在资源调查、数据库建设与管理、土地利用及其适宜性评价、区域规划、生态规划、作物估
产、灾害监测与预报、精确农业等方面得到广泛应用。</p>
<p>　　GPS是美国从20世纪70年代开始研制，于1994年全面建成，具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。
GPS测量技术能够快速、高效、准确地提供点、线、面要素的精确三维坐标以及其他相关信息，具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，广泛应用于军
事、交通导航、大地测量、摄影测量、野外考察探险、土地利用调查、精确农业以及日常生活等不同领域。</p>
<p>　　RS是指从高空或外层空间接收来自地球表层各类地物的电磁波信息，并通过对这些信息进行扫描、摄影、传输和处理，从而根据不同物体对波谱产生不
同响应的原理，识别地面上各类地物，具有遥远感知事物的意思，是对地表各类地物和现象进行远距离控测和识别的现代综合技术。遥感技术现广泛用于植被资源调
查、气候气象观测预报、作物产量估测、病虫害预测、环境质量监测、交通线路网络与旅游景点分布等方面。</p>
<p>　　“3S”技术是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术、计算机技术和通讯技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术，可实现对各种空间信息和环境信息的快速、机动、准确、可靠的收集、处理与更新。</p>
<p>　　事实上，RS，GIS和GPS三者中任一技术都只侧重于一个方面，把信息技术人为地分割为获取、处理和应用3个互不关联的个体，不能满足全面描
述和准确分析应用对象的要求。因此，许多应用工程或项目迫切需要综合利用这三大技术的特长，形成和提供所需的观测、信息处理、分析模拟的能力。简单来
说，RS，GPS主要作为数据采集工具，GIS是核心，RS与GPS的成果，要集成到GIS中，进行处理分析，构成完整的地理信息管理系统。</p>
<p><strong>　　（二）“3S”技术的数据信息功能</strong></p>
<p>　　“3S”系统具有综合各种社会、经济和环境要素，进而生成新的信息，提供决策支持的能力。其功能与作用主要体现在以下几个方面：</p>
<p>　　（1）提供空间分析功能</p>
<p>　　GIS空间分析可以揭示隐藏在空间数据之后的重要信息或一般规律，随着3S技术的结合，遥感信息为空间分析提供了较高精度的定位、定量数据，并
且其数据具有覆盖研究区域和周而复始的特点。以土壤养分为例，成土过程中不同的物理、化学、生物等因素的影响，使得土壤性质具有高度的空间异质性，人类活
动进一步增强了土壤特性的变异性和不确定性，因此对土壤性质的空间描述和定量研究相当困难，如何通过大量点源数据的定量描述来了解其空间变化规律就是空间
分析需要解决的问题。</p>
<p>　　（2）基本数据实时更新功能</p>
<p>　　随着社会经济的快速发展，已有的数据库数据与现势性的矛盾日渐突出，已有的数据已经不能满足现在广大用户的需求和经济快速发展的需要，为此，充
分利用当前先进技术，对数据库及时更新补充，是非常必要的。“3S”技术集信息获取、信息处理、信息应用于一身，突出表现在信息获取与处理的高速、实时与
应用的高精度、可量化等方面。RS利用遥感技术进行区域数据更新具有覆盖范围大，重复周期短，获取信息现势性强等特点，使得数据从静态走向动态；GPS作
为一种全新的现代定位方法，具有精度高、效率高、全天候、操作简便等显著特点，也为动态、实时更新数据提供便利；GIS的强大信息处理功能，能够将RS和
GPS提供的外部信息源实现其目标和表达，为大范围的地形变化监测和研究提供技术支持。</p>
<p>　　（3）实现空间和非空间数据的集成</p>
<p>　　“3S”系统是一个同时管理空间数据和非空间数据的信息系统，它可以将二者通过一定的方式有机地连接起来。因此，作为一个整体，区域土地持续利
用研究中所涉及到的社会、经济等非空间数据和环境地理的空间数据通过3S系统构成为一个整体的系统信息库，为实现土地适宜性评价，环境质量预测，污染现状
分析，水土流失预测等提供全面的数据与信息。</p>
<p>　　（4）提供决策支持功能</p>
<p>　　“3S”系统作为一种技术综合集成工具，具有综合不同内容和形式信息的能力，并且可以结合其他科学和技术，开发和提供各种应用和决策模型，提供决策模型，模拟所产生的综合结果。最后将这些信息以多种形式提供给所需的部门和个人，进而辅助决策，并指导行动。</p>
<p><strong><font style="COLOR: #000080">　　二、“3S”技术在烟草种植中的应用</font></strong></p>
<p>　　烟草行业近年来不断致力于打造精准烟草农业、推进现代烟草农业，数字信息化管理技术已经开始在烟草农业生产的多个领域逐渐展现。主要体现在以下几个方面。</p>
<p><strong>　　（一）适宜性评价及种植区划</strong></p>
<p>　　烟草种植区划是在气候、土壤、地形适宜性评价以及烟叶品质类型分析的基础上进行的。随着科技发展和全国第三次烟草种植区划的开展，“3S”技术广泛应用于烟区生态适宜性评价相关研究中，这其中，主要应用到的是“3S”一体化的空间分析和空间和非空间数据集成等功能。</p>
<p>　　1.气候评价。气候是影响烤烟种植和烟叶品质的主要生态因素。云南利用GIS技术与统计分析软件进行了云南烤烟生态气候类型区划。2007年，
福建长汀县在分析了烤烟的气候适宜性以后，模拟出烤烟产量与积温、月降水量的回归方程，利用地理信息资料和区划指标进行了分区研究；在此基础上，结合土壤
和高程数据，2008年，福建又在全省范围内借助GIS与数学模型对福建省烤烟用地适宜性进行了综合评价。</p>
<p>　　2.土壤评价。土壤是烟叶生产最重要最基本的环境条件之一。对烟区土壤养分进行分析及肥力评价，指导烟草平衡施肥，可以为烟叶种植区肥料规划、生产分配等提供依据。</p>
<p>　　（1）土壤养分等的时空变异分析：根据GPS定位样点的土壤pH值和养分含量等数据，利用GIS进行Kriging插值，绘出取样区土壤养分的
空间分布图，进行区内土壤养分变异性分析。目前，河南、贵州、湖南、四川主要烟区对土壤养分、土壤pH值、土壤有机质、山区植烟土壤氯素等空间变异性分别
进行了具体研究。</p>
<p>　　（2）土壤肥力评价：根据土壤样品的理化性质，在分析烟区土壤肥力因子的基础，基于GIS技术及数学模型，建立评价指标函数，确定评价因子权
重，通过空间数据管理工具对土壤肥力适宜性进行综合评价。“中国烟草生产信息系统”中可以查询我国10多个省百个植烟县的土壤分布、肥力状况等信息，为肥
料和养分的配置规划等提供决策支持。河南省（许昌市、平顶山、南阳市等）、重庆市彭水曙引、湖北三峡烟区实现土壤肥力评价，其中湖北三峡烟区利用了网络
WebGIS技术。</p>
<p>　　（3）平衡施肥：通过土壤肥力评价，实现精确农业中的变量施肥技术，可以进一步提高施肥利用率。“GIS在养分资源管理及施肥推荐中的应用”项
目通过对中国主要烟区植烟土壤的养分普查，在GIS平台上通过空间插值的方法生成区域性土壤养分分布图，进而实现烟草施肥区划；云南省玉溪、湖南省烟区、
贵州省凤冈县等烟区均有应用。</p>
<p>　　3.品质评价。烤烟品质是衡量烟叶生产的标准。“云南烤烟品质区划研究与应用”项目研究分析了云南烤烟种植区划及烤烟品质气候适宜性分区，构建
了云南烟草种植数据库和管理信息系统。“中国烤烟品质与生态环境关系及品质区划的研究”项目在20世纪80年代烤烟品质区划的基础上，结合全国烤烟品质分
析结果，确定烤烟品质划分的品质因素和环境因素指标，建立中国烤烟品质GIS。云南在分析2004年植烟565个样点烟叶多种化学成分含量之间相关性基础
上，运用国内外关于烤烟化学品质指标的表征方法，确定烟叶糖碱比值、氮碱比值和总糖、石油醚提取物、钾成分含量为烟叶品质指标，应用灰度关联分析和GIS
把烤烟种植气候适宜性分区与烤烟品质类型气候分区相叠加并研究两分区之间关系，形成基于烟叶品质的云南考研种植气候分区。</p>
<p><strong>　　（二）烟草种植动态监测　</strong></p>
<p>　　烟田的种植分布和烟田动态监测是烟叶生产现代化过程中重要的一环，利用“3S”技术能够实时快速的获取烟田基本情况，并能通过信息管理系统传送
给管理者，监测烟草生长动态，同时也能将管理者的决策指导意见反馈给烟农。当前，应用较为广泛的有烟田的连作查询和灾害监测，在这些研究中，主要应用到的
是“3S”一体化的数据实时更新和决策支持功能。</p>
<p>　　云南红河州2007年设计并实现了一个基于WebGIS的农业生态监测与决策支持系统，这一系统能够对云南省红河州烟草种植的作物监测、信息发
布、灾害预测和生产管理决策提供支持，在这一系统中通过对SPOT5的5m分辨率全色影像和30m分辨率TM多光谱影像的融合，综合光谱、纹理、颜色等信
息，提取输出作物种植和轮作分布图，实现以GIS为平台进行烟草连作查询。同时，能够分析MODIS多时相影像信息，获取植被生长发育的节律特征，结合烟
草种植相关知识，在GIS系统中对各种数据信息进行空间分析，识别作物类型，实现作物的年度播种面积，根据不同条件下烟草生长模型和估产模式，进行估产。
这一系统也能对洪涝灾、旱灾和烟草病虫害等农业灾害作预测预报、灾害的定位分析和灾情损失估算等，为防灾、抗灾、救灾的预警及应急措施及时提供准确的决策
信息。</p>
<p>　<strong>　（三）烟草信息采集及信息系统的建立</strong></p>
<p>　　建立基于“3S”技术的烟田资源信息系统是实现烟草的信息可视化、管理网络化、图文一体化的基础保障，能够更好地实现烟草农业的资源共享。完善
的烟田资源信息系统也是实现烟草农业动态监测和信息化管理的前提条件。同时，资源信息数据系统也正是充分利用了“3S”一体化技术在数据集成和基本数据实
时更新方面的优势。</p>
<p>　　云南省建立了全省的烟草作物及农田资源信息系统，主要的技术支持包括：覆盖全省的烤烟原料信息采集系统和基于GIS平台的烟草信息数据库和农田
信息数据库。能够根据这一系统，准确获取云南农田区域内烟草生长状况和影响烟草生长的环境要素在空间与时间上分布的差异性信息，生成各种差异性信息分布
图，在各种辅助决策系统支持下，生成指导农田内定位作业管理的指导方案，提供烟草关键生育期的技术指导服务，提高烤烟原料生成的科学性与合理性。</p>
<p>　　为加快推进传统烟叶生产向现代烟草农业的转变，提高现代烟草农业基地单元信息化管理水平，国家局设计开发了烟站（单元）烟叶管理信息系统，首先在云南滇东现代烟草农业示范区的四个基地单元进行了全面试点，2011年陆续在全国推广。</p>
<p><strong><font style="COLOR: #000080">　　三、广西烟草种植区基本特点</font></strong></p>
<p>　　广西属中亚热带气候和南亚热带气候区，气候温和，光照充足，热量丰富，雨水充沛，无霜期长，具备优质烟叶生产的气候条件。光照充足，全区太阳年
均总辐射量达90-100千卡/m2，年均日照时数在1300-2250h之间。热量丰富，全区年均温在16-23℃之间，日均温≥10℃积温在
5000-8300℃之间，持续日数为240-358d，日均温≥20℃持续日数在150d左右，无霜期长达284-365d之间。全年降雨量在
1000-2800mm之间，是我国将于（降雨）较丰富的省区之一。而且这些气候条件的变化与烟叶生长需求规律高度吻合，完全可以满足优质烟叶生产的需
要。</p>
<p>　　广西在区域上属于云贵高原向东南沿海丘陵过渡地带，形成了复杂多样的地貌类型。其中海拔在400m以上的中低山山地面积占土地面积的
39.4%；海拔为200-400m丘陵地占28.9%；海拔在200m以下的台地占6.3%，平原面积占23.4%。一般来说，生产优质烤烟的土壤条件
以山坡地、山麓和丘陵地的坡脚为好。广西烟区大多分布在山区、丘陵和坡地，有利于烟草的生长。</p>
<p>　　全区主要植烟土壤为沙壤土至粘土，以壤土质粘土、砂质壤土居多，个别虽然较粘，但因含有较多的沙粒、石砾和母岩碎屑，故通透性尚好。土壤酸碱情
况以微酸性到中性居多。主要植烟土壤有机质丰富，平均含量为33.82g/kg，属于中等偏高的范围；全氮含量平均为140.85ppm；速效磷和速效钾
为别为18.56和107.94ppm；活性氯平均含量为9.65ppm；土壤阳离子交换量平均为27.07cmol/kg。土壤质地和养分状况基本良
好，能够满足烟草生长对养分的需求。</p>
<p>　　<strong><font style="COLOR: #000080">四、“3S”技术在广西烟草种植中的应用现状</font></strong></p>
<p>　　为认真贯彻落实行业关于推进现代烟草农业建设和加强信息化管理的工作要求，广西区烟草公司自2009年期，组织航拍公司利用低空无人飞机航拍技
术，陆续对靖西、德保、隆林、富川、南丹、罗城等烟区进行低空高清影像的采集，这也是“3S”技术在广西烟叶生产领域应用的良好开端。经过影像校正、拼接
处理以后的影像基本能够覆盖广西优质烟叶生产区域，航拍完成后有利于更科学合理的规划基本烟田布局、烤房、烟水等基础设施配套工程、机械化动力配置、标准
化生产、合理轮作以及等现代烟草农业发展项目，为掌握烟田基本信息，建立基本烟田档案，构建广西区烟田资源信息系统提供信息来源和参考依据，为实现烟叶信
息化建设奠定基础。</p>
<p>　　虽然近年来广西对烟叶现代化生产比较重视，但是，并没有能够最大程度的发挥“3S”一体化在广西烟草生产中的应用价值，究其原因，主要表现在缺少完备的烟草生产基础信息数据库，基础力量薄弱。</p>
<p>　　首先，烟草种植区资源信息有待完善。由于广西烟区现代化建设起步较晚，烟田信息系统建设较落后，烟田基本信息、气象数据、数字高程和土地利用现
状等数据不够系统，使得现有资源不能充分发挥作用。例如，数字高程数据是地面高程信息，通俗意义上可理解为表征地形地貌的数据信息，土地利用现状是进行土
地利用规划的参考依据，由于广西烟区大多地处山区，地形、气候比较复杂，没有这些基础数据的支持，航拍影像数据和烟水、烤房配套设施坐标数据这种单一应用
“1S”技术获取的数据信息并不能被充分利用，烟区的基本情况不能及时反馈，加大了对烟区规范化管理的难度。</p>
<p>　　其次，专业技术人员队伍亟待壮大。在烟草现代化发展日新月异的今天，“3S”技术的应用在基层并没有得到广泛的普及，主要是由于，人才结构与烟
草现代化建设需求不相适应，人才队伍规模还不能完全适应现代烟草农业建设的要求，吸引、培养和使用熟练的、跨学科的操作应用人才，才能保证现代烟草农业建
设的顺利进行。因此，及时进行专业技术培训，提高一线技术人员对现有资源利用价值的正确认识，才能最大限度的发挥已有信息资源的作用。</p>
<p><strong><font style="COLOR: #000080">　　五、“3S”技术在广西烟草种植中的应用前景</font></strong></p>
<p>　　<strong>（一）生态适宜性评价</strong></p>
<p>　　2003年-2008年，国家烟草专卖局组织在全国范围内进行了第三次烟草种植区划，在这次区划中，百色和河池两市归属于二级烟草种植区的滇南
桂西山地丘陵烤烟区，贺州市归属于湘南粤北桂东北丘陵山地烤烟区。但是，由于全国范围内的烟草种植区划研究尺度较大，不能对省级烟草种植区规划起到切实的
指导作用，而以往的省级范围烟草种植布局规划以行政区域划分生态类型之间过渡跳跃，研究方法侧重数理统计方法的应用，不能正确反映生态类型的空间连续分布
性。</p>
<p>　　广西烟区具有生产优质烟叶的良好自然条件，烟草种植规模的稳定，区域特色烟叶生产能力、品质的提高，经济效益的增长，迫切需要把烟叶生产向生态
环境优良的最适宜区和种烟经济效益相对较高的地方转移，以最大限度地优化资源配置、合理利用农业生态环境资源。因此，根据气候、地形、土壤肥力等自然条件
的差异性，对烟区做出区域性的适宜性评价，并在评价基础上对烟草种植区进行生态类型划分，才能以针对性的指导烟叶种植，形成规模化生产，凝聚广西烟叶特
点，有利于形成有影响力的烟叶品牌，提高广西烟叶在行业内的知名度，更有利于广西烟叶的可持续发展。</p>
<p>　　烟草生态适宜性评价的过程主要利用GIS的空间分析功能，综合考虑影响烟叶品质的诸多因子，如气候、土壤、地形等，运用空间分析和计算智能等信
息技术，以GIS平台为基础技术支撑，以生态条件是否适宜优质烟叶生产为标准，从适宜性和限制性两方面选择对形成优质烟起主导作用或主要作用的生态因素作
为判别标准，并按其对烟叶质量的影响程度，对烟叶种植区的生态适宜性进行综合评价，定性或者定量地划分档次，划分出最适宜、适宜、不适宜三个等级类型。综
合生态适宜性评价结果和烟叶质量评价结果，必将对广西烟区合理布局、生产优质烟叶提供科学依据。</p>
<p><strong>　　（二）烟田资源信息系统</strong></p>
<p>　　实现烟田信息化管理是传统烟叶生产向现代烟草农业转变，提高现代烟草农业信息化管理水平的一个重要标志，建立覆盖广西区范围内的烟田资源信息系
统是必要的基础工作。完善的烟田资源信息系统，也有利于管理者对全区烟田布局和配套工程的宏观调配，充分调动可用资源，同时，烟叶技术工作人员也能够利用
资源信息系统的决策和预警模块指导烟农生产，避免灾害对生产造成的损失。</p>
<p>　　建立烟田资源信息系统主要通过RS、GPS等技术获取土地利用现状、烟草种植分布、烟草生长状况、烟草病虫害、土壤肥力等多种信息，由于这些技
术能够实时、快速、精准的提供连续性的烟草信息数据，因此，烟田资源信息系统中的相应数据才能够及时在线更新。在信息采集方面，广西烟草目前已经积累了一
定基础，例如靖西、德宝等烟区无人机遥感影像的采集，以及烤房配套设施GPS坐标的收集等等，这些数据都是构建烟田资源信息系统必不可少的。如何将已有的
基础数据建立成完善的数据库，维护数据的完整性和一致性，并利用GIS平台的强大空间数据分析管理功能，综合地面气象、土壤养分、烟农信息等数据，实现烟
草农业信息的集成和数据库之间的联动，这是今后广西烟草实现现代烟草农业需要解决的问题。</p>