海河低平原典型县种植制度与农田景观格局变化遥感监测

作物是影响农田景观格局和生态功能的最主要因素,种植制度与农田景观优化对集约化农业的可持续发展影响显著。该研究主要利用2013－2019年Landsat 8 OLI影像,基于主成分分析法-随机森林分类法（Principal Component Analysis - Random Forest, PCA-RF）解译遥感影像,结合转移矩阵和景观指数法,以河北吴桥为典型案例研究了海河低平原复种指数、种植模式的空间分布特征及其变化动态,在此基础上分析了农田景观破碎度和多样性的变化特征。结果发现,PCA-RF法解译研究区种植模式总体精度达90%以上,Kappa系数高于0.84,效果较好;研究区复种指数从163%上升至174%,一熟转变为两熟区的面积是两熟转变为一熟区面积的1.64倍;麦玉两熟面积保持稳定,棉花一熟面积缩减了80.93%,而粮林复合种植模式的面积增长了64.54%;棉花一熟是转变为麦玉两熟的主体模式,占麦玉两熟转入面积的81.15%;同时,麦玉两熟和棉花一熟是转变为玉米一熟的主体模式,分别占玉米一熟转入面积的46.43%和41.43%;研究区香农多样性指数上升8.57%,麦玉两熟和棉花一熟的分离度指数显著增大。结果表明,7年来,棉花一熟转变为麦玉两熟导致研究区复种指数提升;棉花一熟缩减且转变为其他模式和种植模式增多导致农田景观多样性增加;同时,麦玉两熟和棉花一熟的破碎度增大导致农田景观破碎度增大,不利于主体模式的进一步规模化生产。     

基于MODIS NDVI数据的复种指数监测--以环渤海地区为例

复种指数反映了耕地的实际利用强度,提高农田复种指数是区域粮食增产的重要途径之一,因此,监测和分析复种指数在时间和空间上的变化对粮食安全评估、农业发展规划科学决策有重要意义。NDVI的时间序列蕴涵着植被生长的年循环节律,耕地NDVI时间序列曲线的峰值个数和耕地的种植收割次数相对应,因此耕地的复种指数可通过分析NDVI时间序列曲线来获取。本研究以环渤海地区2000—2009年MODISNDVI时间序列数据为数据源,采用邻域比较法提取耕地NDVI年时间序列曲线的峰值频数,进而计算环渤海地区2000—2009年的复种指数,并对复种指数的时空变化及变化原因进行初步分析。结果显示,在环渤海地区,一年两熟的耕种模式主要分布在长城以南,长城以北基本上为一年1熟;环渤海地区各省份中,山东省具有最高的复种指数,辽宁省的复种指数最低;平原地区的复种指数远高于其他地形条件下的复种指数;区域复种指数存在明显的年际变化,主要是受耕地收益和农作物轮作的影响;混合像元的存在会影响复种指数提取结果。     

基于分层抽样的中国水稻种植面积遥感调查方法研究

及时准确的统计水稻种植面积对国家和区域的粮食生产、贸易及粮食安全预警有重要意义。传统的按行政单元逐级上报和农业产量抽样调查方法在数据获取过程中受人为因素的干扰，难以避免的出现诸如错报、漏报、空报等问题。遥感技术具有及时、准确、客观的特点，对于农作物种植面积监测具有其他方法不可替代的优势。但是，一般的作物面积遥感监测是全覆盖或典型地区调查。在大尺度农作物遥感调查时，全面普查(卫星遥感数据全覆盖)的方法在时间和经费方面是不可行的，以典型调查代替总体的方法缺乏科学依据。科学合理的抽样方法是可运行的大尺度作物面积监测的关键因素。研究在背景数据库的支持下，以土地利用数据库为辅助变量，设计了基于分层抽样的中国水稻种植面积遥感监测方法。以全国稻田面积为总体，采用1∶5万比例尺标准地形图幅为分层抽样的抽样单元。以遥感与地面调查相结合的方法监测样本的当年和上一年水稻种植面积，在给定精度条件下估算水稻种植面积年际变化率。结合上年统计部门发布的水稻种植面积统计数据，推算当年水稻种植面积。该项研究为农业部全国水稻遥感监测提供了可行的大尺度水稻遥感监测的运行方案。     

基于MODIS数据的泰国耕地信息提取

农业是中国和多数东盟国家的基础产业,加深对东盟国家农业生产信息的认识,可以为中国与东盟的农业合作提供科学的决策参考,促进合作的健康发展。该文选取了世界上重要的水稻种植地之一的泰国作为研究对象,应用时间序列MODIS数据以及CBERS-02B数据、实测和统计等辅助数据,进行了泰国耕地信息的提取研究。该文采用的技术流程首先根据时间序列归一化植被指数数据,采用排除法提取出研究区耕地范围;其次采用探测峰值的方法确定农作物的熟制,根据熟制分区进行作物类型识别。结果表明：水稻是泰国主要的农作物类型,集中分布在湄南河流域和呵叻高原地区;旱地作物主要分布在湄南河流域边缘的中高台地地区;一年一熟的种植方式集中分布在东北部的呵叻高原;一年两熟的种植方式集中分布在湄南河流域,又可以划分为水田多熟系统和旱地多熟系统;一年三熟的种植方式也集中分布在湄南河流域地区,种植面积很小且多为水田多熟系统。在精度验证中,将CBERS-02B数据提取结果与MODIS提取结果进行空间比对,二者具有非常相似的空间分布特征。分省统计结果与遥感反演结果也具有较好的相关性。证明了MODIS数据以及该研究采用的方法在耕地信息提取中的有效性,为耕地信息的遥感提取研究提供了参考方法。     

华北平原冬小麦面积遥感提取及时空变化研究

多年作物种植面积的时空变化可以反映种植结构的调整结果,并可用于进行驱动力分析。为解决连续遥感监测作物种植面积变化过程中,不同的训练样本或分类规则不能较好地反映作物种植面积时空格局变化的问题,本文首先根据研究区(华北平原)农业气象观测站提供的主要农作物物候观测资料获得主要农作物典型物候期特征,结合HANTS滤波后的NDVI时间序列数据提取不同地物类型的NDVI时序曲线,引入复种指数,探讨了CART算法在提取华北平原冬小麦种植面积的可行性,最后提取了2000—2013年华北平原冬小麦种植面积,并参考市级的农业统计数据进行精度评价。经检验,近13年的遥感监测种植面积与农业统计面积相关系数达到0.94(置信水平为95%),且各市13年面积一致性小于40%的概率仅为15%。利用遥感监测多年冬小麦空间分布信息获得其空间种植概率,能较好地反映研究区冬小麦的主要种植区,该方法可为大范围、连续年份冬小麦种植面积时空格局的遥感监测提供参考。     

遥感技术在玉米估产中的应用与研究

玉米是我国主要的粮食作物之一,在我国北方地区占有举足轻重的地位。及时了解玉米种植面积、长势及产量,对于国家粮食政策的制定、价格的宏观调控以及对外粮食贸易都具有重要意义。遥感估产技术在农业发展中具有传统的统计方法不可比拟的优势,能及时客观地获得作物长势、产量等信息,特别是种植面积及其不同区域分布的信息,对于遥感估产玉米生产具有非常重要的作用。     

“水稻—鲜食玉米—西瓜”一年三熟高效栽培模式

云南省瑞丽市畹町具有得天独厚的热区资源优势,但是受到地域限制,田地面积有限。为提高土地利用率,进一步扩大复种指数,畹町农业科技人员开展"水稻—鲜食玉米—西瓜"一年三熟的高效种植模式试验,并进行推广,取得了稳定粮食产量,增加农田产出和农民经济收入的明显效益。文章介绍了具体的栽培技术。     

基于GEE和机器学习的河套灌区复杂种植结构识别

河套灌区作为中国重要的商品粮油生产基地,准确快速地获取主要作物空间分布对灌区的农业可持续发展具有重要意义。然而,河套灌区土壤盐渍化严重,作物分布破碎散乱,生育期前后紧邻的作物在遥感影像中难以区分。因此,基于Google Earth Engine（GEE）云计算平台,采用Sentinel-2遥感数据提取作物种植结构,通过引入GlobeLand30地物分类数据集、红边植被特征和作物纹理特征,利用随机森林、支持向量机、朴素贝叶斯和分类回归树4种分类器,探讨了不同分类特征及分类器组合对分类精度的影响。结果表明,使用全部特征波段时,随机森林的分类效果优于另外3种分类算法,灌区平均总体精度达到81%,Kappa系数达到0.68;在作物空间分布提取中,光谱特征对分类精度起决定性作用,基于红边波段计算得到的植被指数比其他常用遥感植被指数更有优势;进行波段优选后的光谱、植被和纹理特征方案是平均分类精度最高的组合,平均精度为86%。研究结果可为复杂种植结构地区准确快速获取农作物空间分布信息提供新的思路和可靠的参考方法。     

利用交叉信息熵模拟东北地区水稻种植面积空间分布

作物时空分布变化是农业研究的重要内容。近30a来,东北地区水稻种植面积显著增加,为探讨东北地区水稻时空变化特征,进一步丰富和完善作物空间分布信息获取方法,研究作物空间分布对包括气候变化在内的多种影响因素的响应关系,该研究综合80年代以来的作物面积与产量统计数据、耕地数据、农业灌溉数据以及作物生长适宜性分布等多源数据,利用基于交叉信息熵原理的作物空间分配模型(spatial production allocation model,SPAM)构建了针对中国作物分布特点的SPAM-China模型,模拟了中国东北地区1980-2008年像元尺度上水稻空间分布信息。结果表明,模拟结果能较好地反映出东北地区水稻主要种植区域,近30a东北地区水稻种植时空变化特征显著,水稻种植区域向北向东扩展,种植重心北移了约1.76个纬度,中北部地区水稻种植面积增加且趋势明显,南部地区变化趋势不显著。     

基于微小型无人机的遥感信息获取关键技术综述

近年来,基于微小型无人机的遥感信息获取技术广泛应用在农业领域。采用微小型无人机遥感信息平台获取农田作物信息,具有运行成本低、灵活性高以及获取数据实时快速等特点,是目前农田作物信息快速获取的主要方法之一,是精准农业发展的重要方向。该文主要对微小型无人机遥感技术平台的发展、遥感信息获取技术、遥感图像的处理与解析、以及微小型无人机遥感平台应用在作物信息监测和生产管理等方面进行了深入剖析,强调了遥感信息获取与解析技术的重要性和存在的问题,受微小型无人机飞行稳定性和载荷量的限制,如何实时快速准确地调整机载遥感传感器的姿态使被测目标始终处于监测视野中,并实现图像信息的远距离获取与传输,以及如何处理和解析无人机遥感系统获取高质量的遥感图像是微小型无人机遥感技术能否被广泛应用在各研究领域的关键技术。最后,提出了增强无人机飞行控制系统的高稳定性、遥感图像的精确获取及数据的实时传输和高精度的图像后处理方法,对作物信息监测技术的发展和应用具有重大意义,是实现大面积精准农业生产管理决策的重要依据。     

基于MODIS/EVI的中国北方地区耕地复种指数提取

复种是区域粮食增产的重要途径之一,也是中国粮食生产中一种重要的耕作模式。该文通过深入分析农作物的农时历和耕地的时间序列植被指数曲线的对应关系,提取了反映作物种植模式的特征时相,并以特征时相的EVI（enhanced vegetation index）值作为特征参量,构建了提取耕地复种指数的决策树方法。该方法仅用了作物生长季中7个时相来提取复种指数,减少了数据使用量,缩短了提取时间,提高了提取效率。最终,采用MODIS（moderate-resolution imaging spectroradiometer）/EVI数据,提取了2005年中国北方15个省市区的耕地复种指数,与之前的研究结果进行比较验证发现该方法具有较高的提取效率和精度。     

间套混种控病增产机制研究进展

间套混种是一种能够提高农田生物多样性的种植方式,具有充分利用资源和大幅度增加产量的特点,也是利用种间互作控制病害发生的传统农作措施。间套混种在解决人口不断增长、资源日益枯竭和生态环境恶化等问题方面具有重要的现实意义,已经成为近年来国内外研究的热点。间套混作在一起的作物具有非常复杂的相互作用关系,这种相互作用关系涉及地上部(冠层)的相互作用和地下部(根际)的相互作用,作物对水分、养分和光热等资源的高效利用、复合群体产量优势和病害持续控制都是与种间相互作用相联系的。本文综述了间套混种系统中地上部因素和地下部因素在作物病害控制和产量优势中的作用效果及机制,并展望了当前研究重点及今后需要研究的方向。     

农业机械化水平对湖北农户耕地复种指数的影响

耕地复种指数的提升对我国粮食安全战略实施和三农问题解决意义重大。为了考察农业机械化水平对湖北农户耕地复种指数的影响,以1 682份湖北农户调查数据为基础,通过运用IVTobit和IVProbit回归模型,探讨农业机械化水平对农户耕地复种指数的影响及其在不同类型农作物耕地间的差异性。研究结果表明：1）农业机械化水平每提升1%,耕地复种指数提高1.393%,粮食作物耕地复种指数提高0.988%,经济作物耕地复种指数提高2.160%。2）从不同类型农作物耕地复种意愿来看,农业机械化水平每提升1%,农户对粮食作物耕地复种意愿的概率提高3.100%,对经济作物耕地复种意愿的概率提高5.361%。从其他控制变量来看,户主教育、户主年龄、家庭非农收入占比、家庭转出土地、气温变化对农户耕地复种指数存在显著的负向影响;家庭规模、农作物品种数量、地区类型对农户耕地复种指数存在显著的正向影响。总之,农户农业机械化水平的提升对耕地复种有积极作用,特别对经济作物耕地复种指数的提升作用尤为明显。     

黄淮海平原耕地变化及对粮食生产格局变化的影响

研究区域耕地资源时空变化特征及其对粮食生产格局变化的影响是保障区域粮食安全的重要基础。该研究采用耕地变化强度模型、分异指数模型、粮食生产空间转移模型等方法,分析黄淮海平原2000-2008年间耕地资源数量、质量时空变化及其对粮食生产格局变化的影响。结果表明,2000-2008年黄淮海平原耕地数量净减少38.49万hm2,形成北京-保定-石家庄-邯郸-新乡-郑州和天津-沧州-济南-济宁-徐州-连云港2条耕地锐减廊道,造成粮播面积净损失46.45万hm2,而耕地质量降低则造成粮食产量净损失270.37万t。粮食播种面积和高等地的增加主导海河平原东、东南部和黄淮平原东、南部县域粮食生产能力增强,而粮食播种面积减少和低等地补充大量被占用的高、中等地则主导海河平原西、北部和黄淮平原东北、西北部县域粮食生产能力退化,为黄淮海平原粮食安全政策制定和土地利用规划提供重要依据。     

陕南秦巴山区退耕还林与可持续发展研究——以汉中市为例

汉中市位于陕南秦巴山区,是南水北调中线工程的重要水源地,长期以来水土流失严重。根据汉中市水土流失情况,以生态优先、综合治理原则,确定了四个重点退耕区。实施退耕还林工程,汉中市植被覆盖增加,水土流失得到治理,生态环境改善。通过分析退耕还林使耕地面积减少,粮食总产量下降,但汉中并不存在粮食安全问题。退耕还林促使土地利用结构发生改变,农业产业结构调整,农业总产值增长。通过退耕还林,汉中市实现生态、经济和社会的可持续发展。     

陕南秦巴山区退耕还林与可持续发展研究——改汉中市为例

汉中市位于陕南秦巴山区，是南水北调中线工程的重要水源地，长期以来水土流失严重。根据汉中市水土流失情况，以生态优先、综合治理原则，确定了四个重点退耕区。实施退耕还林工程。汉中市植被覆盖增加，水土流失得到治理，生态环境改善。通过分析退耕还林使耕地面积减少，粮食总产量下降，但汉中并不存在粮食安全问题。退耕还林促使土地利用结构发生改变。农业产业结构调整，农业总产值增长。通过退耕还林，汉中市实现生态、经济和社会的可持续发展。     

春小麦留茬处理对复种油菜产量和水分利用效率的影响

为了减少麦茬焚烧、控制麦茬焚烧污染及提高留茬的利用效率,2009年7－10月在石羊河绿洲灌区进行不同留茬处理（焚烧、翻耕和立茬免耕）对麦茬复种油菜的研究。结果表明,与休闲地相比,立茬免耕复种油菜可获得利润 3?275元/hm2;焚烧、翻耕（传统耕作）和立茬免耕处理的油菜籽粒产量分别为1?549、1?331和1?222 kg/hm2,水分利用效率分别为5.73、3.81和5.71 kg/hm2/mm,经济效益分别为4?485、2?929和3?275元/hm2;仅从作物籽粒产量、水分利用效率和经济效益等方面考虑,秸秆焚烧处理达到最大值, 这就是焚烧屡禁不止的原因。尽管传统耕作的油菜籽粒产量高于立茬免耕,但传统耕作的水分利用效率和经济效益显著低于立茬免耕。立茬免耕具有环保、相对较高水分利用效率和经济效益等效果,尤其有利于环境保护和旱地农作,值得大面积推广。结合大田推广示范研究成果,提出适宜于石羊河绿洲灌区的留茬免耕机械直播复种油菜技术。     

用NOAA图像监测冬小麦面积的方法研究

冬小麦种植面积是农情监测中一个重要的监测因素,对生产管理与产量预测有重要意义。该文在冬小麦与同期主要大宗作物绿度－时相曲线对比分析的基础之上,建立反映冬小麦种植区域的差值植被指数图像,采用遥感－统计的方法,对利用ＮＯＡＡ图像进行冬小麦种植面积遥感监测进行了初步研究。通过对我国冬小麦主产区的河北、河南和山东三省的监测实验证明,该方法适用于大范围的冬小麦种植面积遥感监测。     

太湖流域1995－2010年耕地复种指数时空变化遥感分析

为了重建太湖流域1995-2010年耕地复种指数时空变化过程,结合1995年NOAA-AVHRR的旬NDVI数据、2000-2010年250m16d合成的MODIS-NDVI数据和4期土地利用数据,利用傅里叶变换技术的HANTS方法重建农作物生长NDVI曲线,结合差分算法提取各时相复种指数。结果表明:太湖流域1995-2010年复种指数时空格局呈现以一年两熟为主,但一年一熟比例呈持续增长趋势,复种指数局部格局变化主要集中分布在上海市和浙江省;太湖流域复种指数呈北高南低的空间格局,1995-2010年总体呈较明显的下降趋势,从1995年189.4%持续下降到2010年167.3%,降幅从大到小依次为浙江省、上海市和江苏省;基于遥感和HANTS方法提取太湖流域复种指数在栅格尺度上精度达94.6%;受计算范畴差异及遥感数据空间分辨率影响,在县市行政区划单元尺度上,遥感方法与统计数据计算的复种指数平均误差约15.8%～21.6%。研究结果可为太湖流域农业政策制定及管理提供科学依据。     

Spatial and temporal changes of multiple cropping index in 1995-2010 in Taihu Lake basin, China

为了重建太湖流域1995－2010年耕地复种指数时空变化过程,结合1995年NOAA-AVHRR的旬NDVI数据、2000－2010年250 m 16 d合成的MODIS-NDVI数据和4期土地利用数据,利用傅里叶变换技术的HANTS方法重建农作物生长NDVI曲线,结合差分算法提取各时相复种指数。结果表明：太湖流域1995－2010年复种指数时空格局呈现以一年两熟为主,但一年一熟比例呈持续增长趋势,复种指数局部格局变化主要集中分布在上海市和浙江省;太湖流域复种指数呈北高南低的空间格局,1995－2010年总体呈较明显的下降趋势,从1995年189.4%持续下降到2010年167.3%,降幅从大到小依次为浙江省、上海市和江苏省;基于遥感和HANTS方法提取太湖流域复种指数在栅格尺度上精度达94.6%;受计算范畴差异及遥感数据空间分辨率影响,在县市行政区划单元尺度上,遥感方法与统计数据计算的复种指数平均误差约15.8%～21.6%。研究结果可为太湖流域农业政策制定及管理提供科学依据。