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行政院農業委員會臺中區農業改良場

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特刊

地理資訊系統(GIS)在農業上之應用

地理資訊系統(GIS)在農業上之應用

龍國維

摘  要

   將於五年中投入 150 億,平均一年 30 億經費的農業研究計劃?究竟有沒有搞錯?到底是個什麼樣的計劃?為什麼需要花這麼多的錢?目的又何在?一連串的問題指向了這個名詞──精準農業。這些問題的答案與這個名詞的意義,說來還真是涵蓋萬端、錯綜複雜,三言兩語、無從釋疑。筆者為了與大家共探新知,更為了交代這篇專討,且硬起頭皮試說分明。然則才疏學淺,題目又遠超出了能力範圍,因此只敢用「初探」兩字,更相信後話仍多。疏漏未及之處,看官聽眾原諒則個。

精準農業又名精準農耕 (Precision farming) 或定點農業 (Site-specific agriculture) ;美國國科會 (NRC, 1997) 曾將其定義為:精準農業是一經營管理的手段,採用資訊技術 (Information technology) 從各種來源的資料中分析獲得資訊,從而產生與農作生產有關的決策。另一較具體的定義是 (Robert, 1997) :精準農業是一資訊與技術為基礎的農業經營管理系統,用來鑑定、分析與管理特定農田或土壤的空間與時間變異性 (Variability) ,期能獲得最佳收益,同時兼顧環境保護,確保農業永續生存。簡言之,它是一個將多項科技技術整合應用的農業經營管理體系。所牽涉採用的科技技術包括:地理同位資料庫 (Georeferenced database) 、資訊技術 (IT) 、遙測技術 (RS) 、全球定位技術 (GPS) 及自動控制與感測技術四大項,細分則又牽涉地理資訊系統 (GIS) 、決策支援系統 (DSS) 、空載航測 (Airborne) 、星載衛星圖像 (Spaceborne) 、變異率技術 (VRT) 及產量分布製圖系統等,所涉龐雜。其在美國的發展約只有十餘年,但仍處萌芽期 ( 嬰兒期 ) ,然則世界各國如歐盟、日本、澳洲甚至中國大陸均已開始了這個主題的研究。我國這方面雖仍只處於觀念上啟蒙階段與一些零星的先趨研究計劃,但經由去年底全國農業會議中李總統演說與隨後農委會彭主委作奎之闡釋等,可說已正式宣示發展「精準農業」的政策。個人以為,這將會是我國農政史上最大膽與創新的嚐試,有賴全體農業研究人員通力合作來逐步達成。

精準農業的目的在提高農作收益、降低環境污染風險與確保永續經營的農業。這些說來簡單,要做到並不容易,故 PA 在方法上採用現代資訊科技技術,來產生、處理分析特定農田的多樣化資料,並從而產生農耕實務及作物管理上的最佳決策,透過可以變異率施用的新型設備執行之來達到前述目標。這中間最大的觀念轉變則是:傳統的農業經營方式是將所有的農田一視同仁,在農作實務上採取一致的作法,如每塊田都施以同樣、同量的肥料、水或農藥。精準農業的觀念則是每塊田的不同位置都有其變異性 (Within-field variability) ,針對不同農田特性,因地制宜,在適宜的時機施以其不同需要量的肥料 / 水 / 農藥,以獲得最佳收益,而節省不必要的肥料及農藥,更可避免污染地下水、土壤及環境。

而最為研究人員所關切的效益問題,由於是新的研究,目前並無太多正式的評估報告。文獻上兩個例子: 1997 年美國國家科學研究院 (NRC) 評估其效益結論是:「大型農場有助於 PA 的實施及降低成本,以 1000 及 5000 英畝農田估算,估計實施 PA 的服務費用介於 12.69~16.66 美元 / 英畝再加上土壤分析費用 3~7 美元 / 英畝,這個花費尚可接受,效益則大都來自節省投入如肥料等」。另外,美國聯合大豆局 (USB) 自 1995 年開始的實驗算是稍有效益數字結果, 4 年期中 64 ha 農場減少 8756 磅肥料與 58 噸石灰 ( 土壤改良劑 ) ,每公頃節省了 406 美元,但產量變異與收益是否增加則未能評估。這些初步數字實在並不很起眼,但個人以為,精準農業也許並不能達到多少直接的鉅量效益,可是研究所涉各科技之週邊效益例如對整體產區產量掌控,逆境災害控制等必可獲得極大效果。再加以長期資料庫累積,則能形成一個可電腦快速處理之數位資料庫,對農業狀況掌握或農業環境改善等決策判斷將會有極大助益,以此觀點, PA 確實值得進行長期研究。

  乍看之下, PA 所牽涉使用的科技技術對傳統農業人才而言十分陌生,其實深究起來,整個 PA 的最終目標是農業,因此,農業的知識、技術與人才應是最核心所在。相對而言,前述科技領域的人才也不懂農業專業知識,故可以說,這些科技技術正如農業試驗研究中所使用的許多儀器、設備般,它們都只是一種工具,用來達成 PA 終極目的的輔助。重要的是,無論整個研究過程或最終決策,都需要大量的農業專才參與,否則必然將脫離實質農業環境與需求。故推展精準農業應用,須將各不同領域農業人才與前述科技人才整合,透過良好的溝通與互動,庶幾能有所成。這正是筆者所期望與呼籲的:無論作物研究或環境研究或農業推廣的農業研究人員,都可以也應該齊心投注心力於此,也絕對會有每個領域人員足夠發揮的深廣空間。且讓我們共同擕手邁向廿一世紀與這個新的領域,願共勉之。

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