基于LANDSAT-5像元尺度的棉田生长密度遥感监测初步研究

 【目的】基于LANDSAT-5像元尺度,分析棉田生长密度监测准确定性的影响因子,并提出改进方法,探索减弱非棉苗背景空间差异的遥感指数,确立棉田生长密度遥感监测的最佳时相,为棉花估产和棉田农作分区管理提供数据支持。【方法】实地调查13块棉田（630 hm2）,获取了棉田生长密度、经纬度以及播种时间、出苗时间所组成的60个样区数据,每样区3个样点;从播种期到盛花期5个时相的遥感影像提取EVI和DEVI,样本等分为建模数据和模型检验数据;采取分播期和不分播期两种方式分别使用EVI和DEVI建立棉田生长密度估算模型,其决定系数经过显著水平检验后,进行模型估算准确性检验,并将优势模型应用于县域范围的棉田生长密度监测。【结果】分析表明,出苗时间,大、小苗对棉田生长密度的监测影响较大,以中期播种数据为例所建立的分播期估算模型检验结果表明,在6月9日和6月25日每公顷棉田生长密度的估算误差分别为2.05×104株/hm2和2.07×104株/hm2,而采用不分播期估算方式时,两个时相模型的绝对估算误差为2.80×104株/hm2和2.53×104株/hm2。在5月24日,DEVI对土壤等背景的空间差异消除作用得到表现,与使用EVI相比,监测时间从6月9日提前到5月24日;兼顾模型监测的准确性和时相因素,棉花现蕾到开花期是棉田生长密度监测的最佳时段;以新疆建设兵团148团为例,使用优选出的6月9日I式估算方法进行示例监测,区域监测结果可以较好表明不同棉田生长密度的分配比例和空间分布特征。【结论】出苗时间和土壤等背景是影响棉田生长密度监测准确性的主要因素,分播期估算能显著提高监测准确性,DEVI遥感参数可以使监测时间提前,从现蕾期到开花期是棉田生长密度估算的最佳时段,优选模型可以在县级区域应用。     

HJ-1号卫星数据与统计抽样相结合的冬小麦区域面积估算

【目的】探讨利用HJ-1号卫星遥感数据进行冬小麦种植面积测量的可行性,并进一步结合统计抽样的方法,估算区域冬小麦种植面积,解决单靠遥感进行冬小麦种植面积测量时多期影像信息误差积累和生长差异性影响的问题。【方法】以北京市为研究区,采用多时相HJ-1号卫星遥感数据与分层抽样相结合的方法进行冬小麦种植面积测量:利用多时相HJ-1号卫星遥感数据获取冬小麦遥感识别结果(56506.67hm2),结合耕地地块数据建立入样总体,以耕地地块内冬小麦遥感识别面积作为分层标志进行分层随机抽样,反推得到北京市冬小麦面积总量(59680hm2)。【结果】多时相冬小麦遥感识别结果MAE为0.17,bias为-0.05,抽样反推区域总量面积提高了约5%,在一定程度上纠正了HJ-1号卫星多期遥感影像提取冬小麦区域面积偏低的问题。【结论】本文方法能够准确测量出区域冬小麦总量面积,具有较强的应用性和普适性,为采用HJ-1号卫星遥感数据进行农作物种植面积遥感测量进行了先期的方法探讨,深化了该遥感数据源的应用。     

小麦秸秆高量覆盖对棉花生长发育及产量形成的影响

【目的】研究小麦秸秆高量覆盖对长江流域棉田杂草防控及棉花产量形成的影响,为该区域棉田化肥和除草剂减量综合技术模式构建提供理论依据。【方法】以Bt抗虫棉GK19为试验材料,以无秸秆覆盖为对照（M0,CK）,设3个小麦秸秆高量覆盖处理［15000 kg/ha（M1）、20000 kg/ha（M2）和30000 kg/ha（M3）］,观察棉田不同生育期内杂草防效、土壤含水量,以及棉花叶绿素含量、株高、果枝数、成铃数等农艺性状指标。【结果】小麦秸秆高量覆盖对棉田整个生育期内杂草种群均有很好的防控效果。秸秆高量覆盖可显著提高土壤含水量（P<0.05）,并随秸秆覆盖量的增加整体呈上升趋势,其中,M0处理的棉田土壤含水量在棉花整个生育期基本维持在20.79%~21.70%,而小麦秸秆高量覆盖棉田土壤含水量可达26.25%~35.65%。小麦秸秆高量覆盖还可显著促进棉花的快速生长及提高叶片叶绿素合成,但随着秸秆覆盖量的增加其增长幅度不显著（P>0.05）。另外,小麦秸秆高量覆盖对提高棉花的果枝数、蕾数和成铃数也有显著促进作用,M0处理在吐絮期的果枝数和成铃数仅为8.0和10.7,而小麦秸秆不同高量覆盖处理可达12.2~13.2和25.9~29.9。【结论】长江流域棉花定苗后,一次性覆盖15000 kg/ha小麦秸秆可有效抑制全生育期内的棉田杂草,并对棉花生长及产量形成具有积极的调控作用,可有效降低化学除草剂及化肥的使用量。     

作物耕作节律与多时相遥感结合的山地耕地信息提取方法探索

【目的】由于山地地貌区的耕地分布破碎度大,仅应用中分辨率遥感影像难以获得高精度的山地耕地分布信息,如何提高应用中分辨率遥感影像提取山地耕地信息的精度是亟需研究的问题。【方法】本文在分析区域主要作物及其生育期随季节变化的基础上,根据耕地与其他地物在植被覆盖时间序列变化上的区别,基于多时相遥感影像,提出了一种将作物生长和耕作节律与多时相遥感结合的耕地信息遥感提取方法。【结果】应用该方法准确的提取了典型山地区四川省会理县的耕地分布信息。【结论】这种方法提取速度快,结果具有一定的实时性和较高的准确性,可以满足耕地利用及管理中对耕地信息适时获取的要求,也可以应用于对历史耕地矢量数据中地块错分进行修正、更新漏分问题等。     

SAR 遥感指数研究进展

【目的】指数作为遥感信息的一种有效描述,在对大气、海洋、土壤和植被等进行定性、定量评估时具有重要意义。【方法】合成孔径雷达(SAR)技术利用微波与地表相互作用过程感测地表,SAR遥感拥有丰富的地表散射强度和相位信息,具有一定物理意义又高度综合表征地物信息的SAR遥感指数便于SAR遥感技术的业务化应用,文章通过文献调研,对SAR遥感指数及其在土壤表面状况监测、植被生长状况监测和植被信息快速提取中的应用研究现状进行分析。首先对SAR相关指数进行整理,根据反映的地表覆被状况将其划分为土壤指数与植被指数两大类型;然后,分别针对SAR遥感中具体的土壤指数和植被指数,从指数定义、物理意义、应用和精度等方面分析其优缺点。【结果/结论】国内外学者对SAR遥感指数开展了众多研究,但目前SAR遥感指数还存在一些问题,在未来的研究中,需要充分挖掘多模式、多极化、多波段、多时相SAR遥感数据的丰富信息,融合光学遥感及其他数据,从机理出发,构建更多物理意义明确的SAR遥感指数。     

干旱荒漠区农田防护林正负效应及其影响机制

【目的】 研究干旱区农田防护林胁地的效应。【方法】 选取新疆150团一处南北走向的农田防护林以及西侧的棉田为研究对象,针对农田防护林对棉田的各个胁地因子,对比分析距离农田防护林不同树高（H为农田防护林平均树高15 m）倍数处棉田的气象、土壤及棉花生长状况等因素的时空变化及分布特征,研究防护林对棉田的胁迫规律、胁迫程度,筛选出农田防护林胁地的主导因子。【结果】 150团农田防护林杨树树种发达的根系是构成林带胁地的主要原因;引起农田防护林对棉田胁地的气象因素是光照与土壤含水量,相关系数可达0.972与0.995;造成农田防护林对棉田胁地的主要肥力因素是土壤有机质与全氮,相关系数可达0.980与0.992;农田防护林对棉花前期生长发育状况影响较大,后期胁地症状有所缓解。【结论】 农田防护林对棉田土壤有机质及全氮影响较大,在前期通过降低光照强度及土壤含水量影响棉花生长。     

基于多时相 Sentinel-2 卫星数据的农作物分类研究

【目的】探究研究区农作物分类最佳时相;结合遥感指数探究一种有效的多时相分类方法,提取主要农作物种植分布情况。【方法】基于多时相Sentinel-2卫星数据,采用支持向量机的分类方法对不同时相进行分类,对比分类精度;融合时间序列的NDVI、MNDWI指数之后采用支持向量机的方法进行分类,之后分别利用MNDWI和CI指数结合决策树的分类方法提取水域和田埂。【结果】7月份的分类效果最好,总体精度达到91.05%,Kappa系数达到0.8518;通过时相数据不同组合的分类精度比较,采用3—10月NDVI数据叠加后分类的效果较好,总体精度达到92.25%,Kappa系数达到0.8736;对比3种不同分类方法,以支持向量机的分类结果精度最高,总体精度达到94.19%,Kappa系数达到0.9024。【结论】7月份是研究区农作物分类的最佳时相;多时相分类精度明显高于单景数据分类;结合多时相NDVI、MNDWI、CI 3种遥感指数进行分类可以有效提取研究区主要农作物的种植分布情况。     

基于多时相遥感数据和HSV 变换的越冬前冬小麦面积提取

【目的】冬小麦种植面积的提取对保障粮食安全和估产工作具有重要意义,已有冬小麦面积监测方法存在的所需数据量多、时间滞后等问题亟待解决。【方法】基于入冬前的2017年11月21日(分蘖期)和2017年12月24日Landsat8 OLI影像,将MIR、NIR和RED波段进行HSV变换,并计算地物的NDVI;利用全国土地利用图提取耕地与非耕地两类地物,统计分析两类地物NDVI值、H波段值的关系并设置阈值,初步提取疑似小麦种植区;利用小麦两个时相S值增大的特点准确提取小麦种植区域。【结果】利用多时相遥感数据中NDVI、H和S差别提取的试验区冬小麦种植面积,与地面调查、县区统计年鉴数据有较高的一致性。【结论】HSV阈值划分方法适用于冬小麦种植面积提取,能够提高小麦面积估算的时效性。     

基于Logistic算法与遥感影像的棉花虫害监测研究

【目的】借助多光谱遥感影像和Logistic算法,实现对棉田虫害的田间监测。【方法】以患虫害棉花区域为研究对象,利用无人机获取棉田多光谱遥感影像,并对影像进行预处理;结合受虫害棉花光谱特征,利用虫害敏感波段反射率与植被指数构建Logistic回归模型,开展棉花虫害识别监测研究。【结果】由土壤调节植被指数(Soil adjusted vegetation index,SAVI)模型和归一化植被指数(Normalized vegetation index,NDVI)模型构建的棉蚜虫、棉红蜘蛛、棉铃虫识别模型为最优模型,其训练样本准确率达到93.7%,测试样本准确率达到90.5%,召回率为96.6%,F1值为93.5%,对棉蚜虫、棉红蜘蛛和棉铃虫的识别模型决定系数分别为0.942、0.851和0.663。【结论】该模型可满足棉田中棉蚜虫、棉红蜘蛛和棉铃虫3种虫害的发生区域识别,且可基本满足棉田精准植保作业相关要求。     

扁桃棉花间作对棉田主要害虫及捕食性天敌的影响

【目的】 研究扁桃棉花间作对棉田主要害虫及其主要捕食性天敌的影响,为扁桃棉花间作模式下棉田害虫防治和天敌的保护利用提供理论依据。【方法】 采用目测法,调查2种扁桃棉花间作棉田和单作棉田棉花的主要害虫及捕食性天敌的种群数量。【结果】 扁桃棉花间作(南北向)有利于棉田蚜虫和捕食性天敌的发生,扁桃棉花间作(东西向)则不利于其发生。扁桃棉花间作不利于棉田牧草盲蝽的发生;扁桃棉花间作对棉田棉蓟马和棉铃虫的发生无影响;不同类型棉田烟粉虱的发生与虫源地距离有关。扁桃棉花间作有利于棉田蜘蛛的发生。【结论】 扁桃棉花间作对棉田主要害虫及捕食性天敌存在一定的影响。     

基于无人机影像的棉花株高预测

【目的】 利用无人机遥感技术,快速、无损和高通量地获取田间株高表型信息,预测棉花品种(系)的长势监测及产量。【方法】 以无人机(UAV)搭载高清数码相机构成低空遥感平台,获取110份处于花铃期棉花品种(系)影像,测定地面实际株高;利用拼接软件与高清数码影像,生成研究区数字表面模型(DSM)和高清正射影像(DOM);基于高清的DOM和DSM,利用克里金插值法生成研究区离散地面高程值(DEM),经作差提取棉花株高(CHM),利用不同棉花品种(系)实测株高(H)与提取的棉花株高(CHM)作回归分析。【结果】 通过DOM可快速无损地监测花铃期各棉花品种(系)长势、叶色性状差异及分布状况,经DSM和克里金插值法提取的DEM和棉花株高分布图得出,研究区整体地势较平坦,高低落差仅0.5 m。所建株高模型R²达到0.846 9,验证模型R²也达到0.758 1。【结论】 利用无人机影像生成的DOM、DSM和克里金插值法生成的DEM,提取的棉花花铃期株高(CHM)精度较高,无人机搭载数码相机进行棉花株高测定具有较好的适用性。为大范围的棉花田间株高观测提供一种新的研究方法是可行的。     

咸淡水滴灌对棉花产量和品质的影响

[目的]研究微咸水、淡水交替滴灌对棉花产量及产量构成因素的影响,探讨微咸水灌溉对棉花产量和品质的影响.[方法]进行不同灌溉量的微咸水和淡水交替滴灌试验.[结果]在新疆南疆地区利用3g/L矿化度的微咸水和淡水交替灌溉,可以提高棉花产量,且棉纤维品质优良,由微咸水灌溉带入土体的盐分通过淡水轮灌和冬灌,土体总盐分保持平衡.[结论]通过对棉花各生育期检测指标分析得出微咸水2250和淡水1500m3/hm2轮灌棉花产量较高,不同的咸淡水滴灌对棉花纤维品质没有显著性的影响.     

基于无人机多光谱影像的棉叶螨识别方法

【目的】利用无人机遥感在空间分辨率和光谱分辨率上的优势,研究大面积棉田棉叶螨监测方法,为类似的农作物虫害遥感监测研究提供参考。【方法】选20种光谱指数作为螨害监测的特征因子,使用赤池信息准则作为模型优选依据,获取最佳建模特征,建立棉田螨害监测识别的logistic回归模型。【结果】在所分析的全部光谱指数中,TVI、DVI和RDVI为螨害监测的最佳特征因子,基于该3个因子构建的logistic回归模型的分类准确率为95%,F1值为95.1%,能够较好地实现棉田螨害识别。【结论】监测模型可以实现区域范围的棉叶螨快速识别。     

棉花抗枯、黄萎病育种技术研究

【目的】研究棉花抗枯、黄萎病育种技术，选育棉花抗枯、黄萎病的多抗性新品种。【方法】试验采用致病力强的菌种，培养备制成棉枯萎病棉籽粉载菌体和棉黄萎病孢子悬浮液，研究不同菌量、不同接菌方法、致病温度因素、病圃接菌选择及多抗病性育种选择技术指标。【结果】播前土壤接棉枯萎病菌棉籽粉载菌体，棉苗2片真叶时，伤根接黄萎病菌孢子悬浮液，盖膜保温诱导发病，淘汰感病群体及感病个体。大田病圃是在重病地接种发病棉杆，移栽时再用棉黄萎病菌孢子悬浮液沾根，发病高峰淘汰棉枯、黄萎病感病群体及感病个体，结合丰产、优质性状的遗传选择，培育出抗病棉花品种。【结论】该项技术是在研究棉花苗期诱导抗性和大田病圃筛选相结合构建的新方法。     

基于Quickbird遥感影像的农田管理分区划分研究

 【目的】以高空间分辨率Quickbird遥感影像作为管理分区划分的数据源，结合地面土壤养分采样数据进行管理分区划分研究。【方法】在对数据进行空间变异分析的基础上，采用3种不同的分区方式对研究区进行田块尺度内管理分区的划分：1）利用土壤养分数据划分管理分区；2）利用冬小麦遥感长势信息划分管理分区；3）利用土壤养分信息结合冬小麦长势信息划分管理分区。【结果】与划分前的地块变异情况相比，利用土壤养分数据进行管理分区划分的方法，在很大程度上提高了不同分区内土壤的均一度，而光谱指数和产量的变异系数也有所降低；利用光谱数据进行管理分区划分，土壤养分的变异系数总体上有所减低，但降低的幅度小于利用土壤养分数据划分的管理分区，光谱指数和产量的变异系数都有大幅度降低；利用土壤数据结合光谱数据进行管理分区划分，土壤养分和光谱指数以及产量的变异系数普遍降低。【结论】在划分管理分区时，综合考虑土壤养分和光谱数据的空间变异情况是最佳选择，但当缺乏土壤养分数据时，利用遥感影像进行管理分区的划分也是可行的。     

棉花高产水氮耦合效应研究

[目的]研究水肥耦合效应对棉花生长的影响,探讨棉花最佳水氮配比.[方法]通过田间试验,设置9个水氮处理组合,研究灌水量、施肥量与棉花产量的回归方程.[结果]膜下滴灌水氮效应与产量的方程为Y=-10 558.6+2.933 N+7.16 W-0.000 202 W×N-0.004 01 N2-0.000 775 W2,水氮耦合效应与棉花经济效益的方程为Y=-50 682+10.167 N+34.21 W-0.009 696 W×N-0.019 24 N2-0.003 72 W2;通过方程计算得到棉花的理论最高产量为6 279 kg/hm2,施氮量和灌水量分别为246 kg/hm2和4 588.5 m3/hm2;棉花的理论最高经济效益为28 402.5元/hm2,施氮量和灌水量分别为149.25 kg/hm2和4 578.8 m3/hm2;在新疆膜下滴灌栽培条件下,棉花生产最低需水量为1 842 m3/hm2.[结论]棉花滴灌条件下,合理的灌水和施肥组合可以获得高产,提高经济效益.     

棉花黄萎病病叶光谱特征与病情严重度的估测

 【目的】阐明棉花黄萎病病叶光谱特征并对其病情严重度进行估测，为今后通过航空、航天遥感大面积监测棉花黄萎病提供依据。【方法】试验采用不同品种棉花黄萎病的病叶材料，在不同发病时期的病谱田和大田同步测定其光谱和发病严重度，定性和定量地分析病叶光谱反射特征、微分光谱特征差异。【结果】棉花不同品种、不同发病时期的黄萎病的病叶光谱均随发病严重度的增加而表现出有规律的变化，可见光（400～700 nm）到近红外区（700～1 300 nm）波段，光谱反射率随病情加重呈现上升趋势，可见光520～680 nm波段范围内尤为明显。当病叶严重度达到b2（25%）时，可作为病害识别的临界，对其进行早期诊断。对光谱一阶微分特征研究表明，在红边范围内（680～780 nm）处理间变幅最大，分析后发现红边斜率减小，红边位置发生了“蓝移”，表现出了病害特有的特征。试验证明：434～724和909～1 600 nm为棉花黄萎病病叶光谱敏感波段，建立的多个遥感估测模型均达到极显著水平。【结论】棉花黄萎病病叶光谱特征明显，建立的相应病害反演模型中利用一阶微分光谱723 nm建立的模型精度最高，可用来定量反演棉花单叶黄萎病的发生情况。     

基于计算机视觉和土壤Nmin的棉田氮素养分管理系统的建立与验证

[目的]报道一种基于计算机视觉和土壤(Nmin)的棉花氮素营养诊断和氮肥追肥推荐软件FertiExp系统的建立及其示范应用.[方法]通过棉花需氮量吸收模型、棉花吸氮量计算机视觉识别模型和土壤无机氮供应估算模型建立了FertiEXP软件系统.[结果]小区试验结果表明:采用FertiEXP进行氮肥追肥管理,氮肥利用率由37.85;提高到了56.02;,相对提高48.0;,产量基本持平.FetiEXP氮肥土壤中的残留量比常规管理减少100 kg/hm<'2>以上,氮素的表观损失率也大幅度降低.大田示范结果表明,采用FertiEXP推荐施肥,可以优化肥料在作物全生育期的分配比例,施N量降低6.7;～14.6;,而产量提高5.8;～7.5;.[结论]采用FertiEXP推荐施肥经济效益十分显著.     

不同棉花品种早衰及红叶发生情况调查

[目的]明确不同棉花品种早衰发生情况及红叶的发生原因,为生产上棉花品种的合理布局提供依据.[方法]调查棉花早衰原因,对采集样品进行理化性质分析.[结果]调查发现,棉花早衰的发生情况比较普遍,早衰对产量造成的损失达40;以上;引起早衰主要原因是品种抗病性差以及肥水不足;气温的急剧变化是造成棉花红叶的诱因;叶片检测发现正常棉叶中全氮、全磷、全钾含量比红叶中增加37.6;、20;和9.7;,微量元素差距不明显;土样检测发现正常棉叶田所采土样中全氮、全钾含量比红叶田土样减少34.7;和13.9;.[结论]抗病性差的品种容易发生病理性早衰,肥水不足容易造成生理性早衰;棉花红叶是由于气温的急剧降低导致棉花根部受激,吸收养分能力降低,氮磷钾含量降低,影响叶片同化效率所致.     

滴灌条件下棉花对土壤盐分及离子运移的影响

【目的】研究棉花对盐分及离子的运移的作用关系,分析滴灌棉田盐分的运移规律和影响机制。【方法】通过田间微区试验,对小区内盐渍化土壤进行混匀,设置种植棉花与未种植棉花试验处理,研究棉田土壤盐分离子的运移特征。【结果】灌溉使得0~40 cm土层土壤盐分、阴、阳离子含量明显下降,在40~60 cm土层浓度增加形成离子聚集区。棉花种植过程对0~30 cm土层土壤总盐分、阴阳离子都有一定的影响,但影响较为显著是10~20 cm土层的总盐分、Cl^-和SO₄^2-离子的含量,减缓了其运移过程,对其他离子的影响均未达到显著水平,对土壤pH值影响不大。【结论】棉花种植过程显著影响土壤10~20 cm土层的总盐分、Cl^-和SO₄^2-离子向下运移过程。