松树智能施肥系统的制作方法

松树智能施肥系统的制作方法
【专利摘要】一种松树智能施肥系统，其特征在于，建立一个区域林地土壤肥力基础信息空间数据库的数据计算中心，该中心集成了土壤调查、林地肥力评价、林木营养学、土壤定位监测技术，测土施肥技术，将信息传送到在特定地区建立的分站或种植方的互动平台，使之通过计算机终端、触摸屏终端或移动终端查询到当地松树林地的相关质地、养分含量水平，本区域林地土壤特性、环境条件以及松树的生产潜力目标，并提供施肥配方或施肥解决方案，设立专家库和肥料供应商链接，满足松树林业高产高效生产管理需要。
【专利说明】松树智能施肥系统
【技术领域】
[0001]本发明属于林业技术应用领域，具体涉及一种智能施肥系统。
【背景技术】
[0002]松树(Pinus)是松科松属植物统称，常绿针叶乔木，雌雄同株。枝轮生，每年生一节或数节，冬芽显著，芽鳞多数。芽鳞、鳞叶(原生叶)、雄蕊、苞鳞、珠鳞及种鳞均螺旋状排列。世界上松树种类将近115种，虽然种类繁多，叶形大都细长似针，通称松针，针叶多数由一枚叶或几枚叶成束生在一起:一针一束的单叶松，仅美国的内华达州和墨西哥有分布，属少数种。而两针一束的双叶松不仅种类多，而且分布广，如分布于欧洲的欧洲黑松(P.fligra)、欧洲赤松 ip.1ris)、欧洲山松 ip.SM/go)、班克松(A banksiana)、扭叶松(P.，以及分布于中国的华北、西北几省区的油松、樟子松、黑松和赤松，华中几省的马尾松、黄山松、高山松、秦巴山区的巴山松，以及台湾松和北美短叶松，多数是中国荒山造林的主要树种。三针一束的三叶松有分布于美国的短三针松和中国秦岭、关山林区的白皮松、川滇地区的云南松、思茅松、华中华南引种的湿地松、火炬松等。四针一束的松树种类少，仅美国加里福尼亚州有分布。另外，卵果松，拉威逊松是四针或五针束的。五针一束的松树种类多，分布广，有北美的乔松0°.瑞士的五叶松{P.cembra)H的红松、西北西南几省的华山松，还有乔松、广东松、安徽五针松、大别山五针松、偃松、台湾果松等。
[0003]按照结构特征和材性，一般将松树分为软木松和硬木松。软木松(即单维管束亚属)比较轻软，纹理均匀，强度小，加工容易，早材至晚材渐变，少翅裂。硬木松(即双维管束亚属)比较重硬，纹理不均匀，强度较大，加工较难，早材至晚材急变，松脂含量高。但属于软木松中的海南五针松和华南五针松在强度和容重上接近于硬木松。松树木材可供建筑、电杆、枕木、矿柱、桥梁、农具、器具、家具等多种用途。各种松木的纤维素含量约为50?60%，木质素为25?30%，为制浆造纸工业重要的原料之一。松树也可用作薪炭材。
[0004]肥料是林木速生丰产的物质基础。施肥是补充林地养分的重要措施。对皱肥的林地及时采取合理的施肥措施.能收到较好的增产效果。许多试验表明。壮术施肥其蓄积量可增产30?60，其利润可为投肥价值的5倍?15倍。近年来，科学施肥、平衡施肥问题越来越多地受到肥料学、土壤学专家以及农业生产者的重视，因为平衡施肥不但可以增加农作物产量，还能减轻土壤污染并提高农业生产效益。林木施肥是提高土壤肥力、改善林木营养状况和促进林木生长，达到优质、高产、高效、低成本的营林措施。但是，在林业生产中肥料的使用远没有像农业领域那样受到应有的重视，造林不施肥，管护不施肥是非常普遍的现象。产生这种状况的原因，除了林业生产管理者考虑成本以外，施肥与树木生长量之间的关系缺乏有说服力的定量数据、施肥的方法及技术不成熟都是影响林农积极性的重要因素。
[0005]总而言之，松树施肥缺乏林地基础信息的引导，不是从自身林地的立地条件和生产潜力等出发，而是照搬他人经验而制定施肥方案，针对性不强，往往造成投入养分过量或不足而引起的环境生态问题，同时用肥的养分结构仍存在许多不合理之处，目前在实际生产中重视无机肥料，轻视有机肥料；重视大量元素的使用，轻视中微量元素的搭配；重视肥料生产中的平衡配肥，轻视林分的平衡吸收等现象还比较普遍，造成肥效不高和潜在高隐患的养分失调。再者，先进的林业施肥技术推广手段严重滞后，农业部门推广的测土配方施肥有网络、触摸屏、信息公示、配肥终端、技术物化等手段，取得了较好的效果。与农业部门的相比，林业这方面的工作差距还是比较大，以致于先进实用的技术到位率不高，得不到应有的回报。

【发明内容】

[0006]本发明为了克服上述松树栽培现有的问题，提供一种松树智能施肥系统。
[0007]本发明所采用的技术方案是:
一种松树智能施肥系统，建立一个区域林地土壤肥力基础信息空间数据库的数据计算中心，该中心集合了土壤调查、林地肥力评价、林木营养学、土壤定位监测技术，测土施肥技术，将信息传送到在特定地区建立的分站或种植方的互动平台，使之通过计算机终端、触摸屏终端或移动终端查询到当地松树林地的相关质地、养分含量水平，本区域林地土壤特性、环境条件，松树的生产潜力目标、生长情况和最佳砍收期，，提供施肥配方或施肥解决方案，设立专家库和肥料供应商链接，满足林业高产高效生产管理需要。
[0008]所述分站或种植方的互动平台还包括向专家库获得施肥卡，所述施肥卡的主要内容有:以任何区域的地理信息、地形部位、坡度、土层厚度、成土母质、土壤名称、土壤养分含量水平、土壤物理和化学性质的林地土壤地理信息为依据，计算出该区域林地土壤综合肥力指数，并以林地综合肥力指数为依据，提出松树的不同生长周期的产量潜力，以推荐优化栽培的信息，推荐肥料品种、配方和使用时间及用量。肥力与生产力的关系是极其重要的，建立林木施肥参数就成为首要的技术关键，包括产量潜力、松树不同生长年限单位商品材需肥量、不同生长年限土壤供肥量、不同生长年限的产量水平肥料利用系数等参数的合理估计。推荐施肥采用大配方小调整，大量元素定量推荐，中微量元素定性调配。本系统的产量潜力、相对土壤养分供给能力和肥料利用系数的参数是相互关联，组成一个配套的封闭系统，外部相关参数不能参与本系统的任何参数的估计，也不适用于本系统以外的施肥推荐。
[0009]所述的数据计算中心定期从国家或省级农业数据库和专家在各林区设定的土壤监测点，获取土壤肥力信息，进行数据更新，建立区域林地土壤肥力基础信息空间数据库，或者通过从种植方所在林区林地每年取样化验，输入样土化验数据，完善该林区林地土壤数据库更新，通过跟踪该林地土壤中一种或一种以上必须或敏感营养元素的变化情况，对地块进行施肥信息跟踪管理，也可同时输出该林区当年相应施肥方案信息。
[0010]所述的数据计算中心所建立的区域林地土壤肥力基础信息空间数据库，还包括建立区域林地土壤肥力基础信息空间数据库，通过电子地图在分站或种植方的互动平台可查询植物所需各种营养元素的专题分布图，为制定松树施肥配方或施肥方案提供依据；或者通过观测或监控松树植物体，进行营养诊断，将相应数据信息输入系统，从而制定松树施肥配方或施肥方案。
[0011]所述的专家库，包括对松树营养诊断方法和病虫害的防治信息。还包括供人们查询或检索的知识库、松树及松树配方肥的各种相关知识、资料和林地土样采集方法。目前松树在种植过程中，很多林业种植者只是知道需要施肥和林间管理，但不知如何防治松树病虫害，这时候，通过点击专家库，就可以了解松树营养诊断方法和如何防治松树病虫害，或者目前松树出现怎样的病虫害传播，使得能够及早引起注意和预防。
[0012]林地的数据查询主要包含四种查询方式:一是单点查询，通过鼠标在地图上点击，调出对应位置的土壤养分含量以及其他属性数据；二是区域查询，通过鼠标在地图上对次点击得到多边形，然后系统会根据施肥模型参数，从而获取该区域范围内有效的土壤养分含量以及其他属性数据；三是县区查询，直接获取某个县区的有效土壤养分含量以及其他属性数据；四是经纬度查询，通过鼠标在地图上输入经纬度，从而获取该区域范围内有效的土壤养分含量以及其他属性数据。以广西为例，其中专题地图模块是根据整个广西区内所有测试地块的土壤养分数据生成不同的土壤养分专题图的功能模块。该模块主要能够使用户对整个广西区以及某个特定区域(通过地图放大缩小可以查看某区域的情况)内的各个土壤养分含量分布有整体的把握，能够在从一个相对宏观的角度获取作物种植，施肥的参考。专题地块模块支持的土壤养分专题图包括:速效钾专题图，全氮专题图，质地专题图，有效铜专题图，有机质专题图，交换量专题图，有效锰专题图，有效铁专题图，有效硼专题图，PH值专题图，有效锌专题图，有效磷专题图。
[0013]所述的计算机终端链接政府相关部门，为制定政策和法规提供科学、全面的准确信息，政府相关部门也能够通过计算机终端向分站或种植方发出相应的指令或服务信息，或通过链接木材加工厂、银行、保险业、资产评估机构及相关部门，为其提供服务。
[0014]所述测土施肥技术包括松树施肥计算模型、松树施肥的营养配方、施肥时间和施肥用量。例如根据松树的生长需肥特点，在种植松树前，先对种植松树的林地进行土样采集，检测土样养分，然后根据土样养分情况进行大、中、微量元素的合理配置，从种植到第三、第四年，通过土壤养分定点监测的结果信息链接到专家库和肥料供应商，确定松树肥的元素配方、施肥时间和施肥用量。这样就保证了种植方能够科学种植松树，获得最好的指导实现造林丰产。
[0015]所述的松树施肥计算模型包括松树产量潜力、松树不同生长年限单位商品材需肥量、不同生长年限土壤供肥量或不同生长年限的产量水平肥料利用系数的合理估计中一种或一种以上综合的计算模型。在相同的栽培管理，生产过程的光、热、水、气各地不尽相同，所处的立地条件也不一样，最终得到的产量也不同。因此，合理地分析松树的生产能力，是科学制定施肥方案和提高施肥质量的关键。由于不同的生产周期(轮伐期)、林木代数、不同种植密度和不同的地域，最终的产量结果差异也较大，本松树智能施肥系统的处理方法为，以特定的中心区域、五年生产周期(轮伐期)和亩种植密度为83株为基准，建立不同生产区域、不同生产周期、不同密度的生产潜力和不同林分生长代数等调整参数。而松树的单位需肥量可以通过对人工栽培松树林的米样的样品，分树干、树枝、树叶、树皮和树根等部位分别进行相关养分含量测试，并根据各部位的生物量，分别计算出不同年份和不同部位的吸收养分数据，再依据试验所得到的商品材产量结果，求出单位产量需肥量。合理对土壤供肥能力估计，是科学施肥的重要的环节，松树生长发育所需的营养主要来自于土壤供给，而土壤供给能力的体现主要表现两个特点，一是产量潜力与土壤养分的供给能力呈正比，即产量潜力越大，土壤可供给量就越大，反之亦然；二是在合理的年限范围内，生长年限越长，土壤供给养分绝对的量越大。由于广西目前没有松树基础供肥能力测定的试验结果，难于评价具体林地土壤供肥能力的绝对数量，但可以参考农田作物的试验结果，可估算其相对供给量。本系统的肥料利用系数主要指化学肥料，并且主要针对氮磷钾等大量元素。对分布各地的32个处理的施肥效果的试验材料。对已得到的试验结果，按上述的单位产量需肥量、产量潜力、相对土壤养分供给能力参数估计方法的估算结果，分别计算出各处理的肥料利用系数，并对计算结果用盒子构造法分析，剔除异常值，分生长年限归类统计。在上述的林地产量潜力、单位产量需肥量、土壤供肥能力和肥料利用系数的估算方法建立以后，可根据有关林地的立地条件、土壤养分情况、栽培生产要素等的实际情况，求出有关参数的具体值，并依据为平衡施肥计算公式求出，其计算的式子为:
施肥量=(预计产量所需肥量一土壤供肥量)+肥料利用率 其中:预计产量所需肥量=预计产量X单位产量需肥量 土壤供氮量=土壤供给率*产量潜力*单位产量需氮量 氮肥利用系数=10.16/10*57.64=58.56%
施氮肥量=(33.34-15.87) /0.5856=29.83 (kg/ 亩)
得到纯量的计算结果后，可根据采用肥料品种的含量折成实物，并根据种植密度和各年度施用分配比例，计算出各年度单株施肥量。
[0016]所述的施肥卡还与肥料供应商联系，种植方可向肥料供应商购买最适合的松树专用肥料。本发明通 过建立在触摸屏信息查询设备上的独立站点式数据查询与发布系统。使林农、企业能真正方便、快捷地查询有关林地的土壤信息，并得到科学施肥配方以及林地管理指导，从而提高林地的经营效益。查询系统的技术方法是:基于GIS平台，开发专有的触摸屏交互界面，满足用户利用触摸屏系统进行地块土壤信息的查询和施肥建议的获得。
[0017]所述的数据计算中心的中心计算机CPU采用Intel i5 2.5G或以上；内存采用4G或以上；操作系统采用Win7 32位旗舰版或以上；Office软件采用Windows office2007或以上；能够与用户终端和手机数据相匹配。本发明的系统运用的计算机技术及地理信息系统技术主义包括:.Net Framework技术,Access数据库技术以及GIS (地理信息系统)平台DotSpatial技术。由自主开发的GIS平台为基础,再通过二次开发技术设计架构而成,系统的安装包含了 GIS平台和相关应用程序的安装。由于自主GIS平台的运行涉及到大量的内建地图引擎服务，因此对系统所运行的电脑硬件需满足上述性能要求。所述的移动终端是指手机或者具有多种应用功能的智能手机以及平板电脑。
[0018]本发明的松树智能施肥系统，该系统在其它林木施肥中的应用。本系统不仅解决了目前松树栽培中的存在的问题，还可以推广到其他林木高产高效栽培管理上应用。
[0019]本发明的有益效果:
1、本发明的松树智能系统，通过建立一个区域林地土壤肥力基础信息空间数据库的数据计算中心，利用计算机将先进技术的集成用于指导松树栽培的施肥信息决策系统，通过计算机终端、触摸屏终端或移动终端提供给林农、企业使用，引导他们利用现代信息技术使用专用肥料配方，并进行科学合理的施肥，从而促进松树林地的沃土与高产。
[0020]2、本发明的松树智能系统，能够建立林木施肥参数的技术关键，包括产量潜力、松树不同生长年限单位商品材需肥量、不同生长年限土壤供肥量、不同生长年限的产量水平肥料利用系数等参数的合理估计。[0021]3、本发明的松树智能系统，能够查询到各区域林地土壤信息、林地肥力评价、林木营养学、肥力演变趋势的若干信息，还充分运用测土施肥技术，对专用肥的配方进行设计、配方专用肥生产、配方专用肥购买等。
[0022]4、本发明的松树智能系统，在建立基础数据库的基础上，运用现代计算技术开发一套松树智能化信息决策系统，提供政府有关部门参考。
【专利附图】

【附图说明】
[0023]图1为松树智能施肥系统的逻辑功能图。
[0024]图2为松树智能施肥系统运行流程图。
【具体实施方式】
[0025]图1为松树智能施肥系统的逻辑功能图。如图1所示，建立一个管理库数据系统，主要是以第二次土壤普查数据、土壤测土数据、地块矢量图形数据和属性数据、系统管理数据为核心，采用MIS技术、数据库技术，建立自治区、市、县(市、区)信息处理与管理平台，完成系统维护、数据组织与管理、查询、浏览、数据更新处理、专题制图、报表管理等业务管理应用层。分站或种植方通过在人机交互界面输入要查询的信息，系统结合林地土壤调查模块和林地管理信息模块从而获取林地信息，同时通过GIS管理系统、数据库管理系统、知识库管理系统获取专家系统、数据库、知识库支持，经过知识获取机制、解释机制形成推理机制，最终得到决策建议。
[0026]图2为松树智能施肥系统运行流程图，用户通过松树智能化施肥决策系统点击地块地图，土壤数据自动从土壤采样及业主林分情况调查提取，通过建立好的林分实验、模型及知识库得出松树产量潜力评估，结合土壤养分丰缺状况评价，确定施肥总用量，从而根据肥料运筹方案计算各期肥料用量再结合肥料生产工厂得到配方推荐(建立配方库)，然后通过施肥方案推荐(施肥指导单元图)、施肥方案推荐(管理单元图)的以一图一表模式、查询的形式，形成松树生态肥选型提供给用户，然后通过销售点、物流把肥料送达林分业主。松树人工林智能化施肥系统是建立在触摸屏信息查询设备上的独立站点式数据查询与发布系统。使林农、企业能真正方便、快捷地查询有关林地的土壤信息，并得到科学施肥配方以及林地管理指导，从而提高林地的经营效益。
[0027]数据计算中心的中心计算机CPU采用Intel i5 2.5G或以上；内存采用4G或以上；操作系统采用Win7 32位旗舰版或以上；Office软件采用Windows office2007或以上；能够与用户终端和手机数据相匹配。中心计算机系统运用的计算机技术及地理信息系统技术主义包括:.Net Framework技术，Access数据库技术以及GIS (地理信息系统)平台DotSpatial技术。将空间数据以及土壤调查、林地肥力评价、林木营养学、肥力演变趋势的若干信息，测土施肥方法的技术结合进DotSpatial的应用程序中，从而集成到统一的系统一松树智能施肥系统。
[0028]本发明的系统主要模块包括:数据查询模块、施肥推荐模块、专题地图模块、知识库模块、系统维护模块。各功能系统集成的实现主要是在系统支持技术的结合运用的基础上实现的，实现方法如下所示:数据查询模块主要通过与地图交互获取地图点(或区域)位置信息，然后根据相应的位置信息从数据库中调出该位置对应的土壤调查数据，将空间位置与土壤养分含量数据关联起来，让用户可以轻松获取感兴趣地理位置的土壤信息；推荐施肥模块是在数据查询的基础上获取空间位置(单点附近区域，多边形区域，县区区域)有效的土壤养分含量数据，然后根据具体土壤养分含量值运用林地肥力评价、林木营养学、测土配方施肥技术、林木栽培等相关技术的数学模型，从数据库中调出相应的模型参数，经过一系列复杂的最优筛选计算，从而获取针对该空间位置施肥的最优方案；专题地图模块是在全面获取整个地图区域的全部地块的土壤养分含量数据的基础上，运用地理信息系统中针对某特定数据进行地图渲染，自动生成专题图，使抽象，晦涩的土壤养分数据和地图空间数据得以形象，简洁的展现给用户，使用户对整个地图区域有了一目了然的整体把握以及宏观感知；知识库模块是将相应的帮助文档、公司简介、松树知识做成编译的HTML帮助文件(.chm)，然后嵌入到系统中，以辅助用户对系统的使用，以及从中了解相应的施肥、松树等知识；系统维护模块主要是通过ADO (ActiveX Data Objects, ActiveX数据对象是Microsoft提出的应用程序接口用以实现访问关系或非关系数据库中的数据)方式连接数据库，从而对数据表进行更新、修改。
[0029]本发明的数据交换系统是将信息转换成统一的格式，通过数据总线实现各个专业系统的数据集成，实现核心子系统与专业系统之间的数据交换与融合。
[0030]应用本发明松树智能施肥系统的实施例:
不同肥料品种的肥效比较试验:
I材料与方法
1.1试验地概况
试验地点设在广西南宁某林业有限公司的松树林木基地(东经109° Of 40"，北纬22° 43 ; 7")，林分于2005年I月造林，苗木为马尾松优良家系，种植密度为1665株/hm2,面积约6.6hm2, 土层厚度厚,成土母质为砂页岩,土壤为赤红壤,质地为壤土,肥力水平中等。海拔250米左右，属丘陵地形。林地坡度20°左右，西南坡，松树定植前炼过山，立地环境良好。
[0031]该林业有限公司与本发明《系统》(广西力源宝公司设计的系统)联网，索取到系统提供的施肥建议卡基本信息:土壤为砂页岩发展成的红土赤红壤，质地为壤土，土层厚度大于或等于80cm，坡度15-25°，土壤主要理化性质及推荐施肥，产量潜力见表1_1。
[0032]表1-1《系统》建议施肥卡主要理化性质及施肥推荐、潜力产量
【权利要求】
1.一种松树智能施肥系统，其特征在于:建立一个区域林地土壤肥力基础信息空间数据库的数据计算中心，该中心集成了土壤调查、林地肥力评价、林木营养学、土壤定位监测技术和测土施肥技术，将信息传送到在特定地区建立的分站或种植方的互动平台，使之通过计算机终端、触摸屏终端或移动终端查询到当地松树林地的相关质地、养分含量水平，本区域林地土壤特性、环境条件，松树的生产潜力目标、生长情况和最佳砍收期，并提供施肥配方或施肥解决方案，设立专家库和肥料供应商链接，满足松树林业高产高效生产管理的需要。
2.根据权利要求1所述的松树智能施肥系统，其特征在于:所述分站或种植方的互动平台还包括向专家库获得施肥卡，所述施肥卡的主要内容有:以任何区域的地理信息、地形部位、坡度、土层厚度、成土母质、土壤名称、土壤养分含量水平、土壤物理和化学性质的林地土壤地理信息为依据，计算出该区域林地土壤综合肥力指数，并以林地综合肥力指数为依据，提出松树的不同生长周期的产量潜力，以推荐优化栽培的信息，推荐肥料品种、配方和使用时间及用量。
3.根据权利要求1所述的松树智能施肥系统，其特征在于:所述的数据计算中心定期从国家或省级农业数据 库或专家技术人员在各林区设定的土壤监测点获取的土壤肥力信息，进行系统数据更新，或者通过从种植方所在林区林地每年取样化验，输入样土化验数据，完善该林区林地土壤数据库更新，通过跟踪该林地土壤中一种或一种以上必须或敏感营养元素的变化情况，对地块进行施肥信息跟踪管理，也可同时输出该林区当年相应施肥方案信息。
4.根据权利要求1所述的松树智能施肥系统，其特征在于:所述的数据计算中心，还通过电子地图在分站或种植方的互动平台可查询植物所需各种营养元素的专题分布图，为制定松树施肥配方或施肥方案提供依据；或者通过观测或监测松树植物体，进行营养诊断或生命特征诊断，将相应数据信息输入系统，从而制定松树施肥配方或施肥方案。
5.根据权利要求1所述的松树智能施肥系统，其特征在于:所述的专家库，包括对松树营养诊断方法和病虫害的防治信息；还包括供人们查询或检索的知识库、松树及松树配方肥的相关知识、资料和林地土样采集方法。
6.根据权利要求1所述的松树智能施肥系统，其特征在于:所述的计算机终端通过链接政府相关部门，为制定政策和法规提供科学、全面的准确信息；通过计算机终端向分站或种植方发出相应的指令或服务信息，或链接木材加工厂、银行、保险业、资产评估机构及相关部I?，为其服务。
7.根据权利要求1所述的松树智能施肥系统，其特征在于:所述测土施肥技术包括松树施肥计算模型、松树施肥的营养配方、施肥时间和施肥用量。
8.根据权利要求7所述的松树智能施肥系统，其特征在于:所述的松树施肥计算模型为松树产量潜力、松树不同生长年限单位商品材需肥量、不同生长年限土壤供肥量或不同生长年限的产量水平肥料利用系数的合理估计中的一种或一种以上综合的计算模型。
9.根据权利要求2所述的松树智能施肥系统，其特征在于:所述的施肥卡还与肥料供应商联系，种植方可向肥料供应商购买最适合的松树专用肥料。
10.权利要求1所述的松树智能施肥系统，在不仅限于松树的其它林木高产高效生产管理中应用。
【文档编号】G06Q50/02GK103927686SQ201410165092
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月23日 优先权日:2014年4月23日
【发明者】唐芳玉, 邓秀汕, 邓忠焕, 黄绍富, 杨来安 申请人:广西力源宝科技有限公司