基于无人机DSM的小麦倒伏识别方法

【目的】小麦倒伏是造成产量和质量下降并且影响农业机械自动化收割的重要原因。基于无人机遥感平台获得的数据能够为小麦倒伏提供及时准确的监测结果,为智慧农业智能化育种、栽培和管理提供科学依据。【方法】基于无人机搭载的消费级相机,获取可见光影像结合生成的DSM数据,采用随机森林的分类方法进行小麦倒伏识别。【结果】基于可见光和DSM数据获得的小麦倒伏分类总体精度为98.41%,Kappa系数为0.97,相较于仅依靠可见光谱信息的分类结果具有显著提升,识别结果也更加可靠,能够显著改善小麦倒伏识别效果。【结论】证明了基于无人机搭载消费级相机获取的DSM数据在农作物倒伏识别中的可行性,提供了一种自动识别小麦倒伏的新思路和新方法。     

基于遥感数据对内蒙古陈旗草畜平衡的评价

【目的】以内蒙古陈巴尔虎旗为对象,评价自实施草原生态保护补助奖励政策后,草畜平衡的效果,为后期继续实施草畜平衡政策提供政策依据,更好地促进草原生态系统良性循环,实现草原畜牧业持续发展。【方法】利用2010—2018年陈旗的遥感数据、地面样方调查数据进行最优估算模型建立,反演地上生物量,并利用牧业统计数据计算草畜平衡状况。【结果】(1)建立幂函数能较好模拟产草量与其对应NDVI值的相关关系;(2)反演草原产草量表明,实施草原生态保护补助奖励机制政策后,草原植被平均产草量持续增加,2018年草原植被平均产草量1 231.76 kg/hm2,往年同期相比处于最高值;(3)内蒙古陈旗2010—2018年的平均草畜平衡指数8.11%,草畜平衡指数在逐年增大,从2010年的欠载6%增加大超载6.17%,2018年接近临界超载。【结论】建议内蒙古陈旗要严格控制牲畜数量,调整牲畜结构,增加牲畜良种率,加强草畜平衡监督管理,使草原生态环境总体逐渐转好,达到草畜良性循环。     

农业绿色发展数字技术体系内涵及其架构探讨

【目的】农业绿色发展是农业发展观的一场深刻革命,构建农业绿色发展数字技术体 系,是破解农业资源效率低、环境问题突出、数字技术标准缺乏、劳动力紧缺、产业国际竞 争力弱等重大瓶颈问题,实现传统产业向高质量发展转型的紧迫需求。【方法】文章系统总 结了农业绿色化与数字化的发展历程,从内涵、对象和技术三方面厘清了绿色农业、数字农 业和农业绿色发展概念的异同,提出了农业绿色发展数字技术体系架构。【结果】农业绿色 发展数字技术体系以“数字化”和“绿色化”的深度融合为基本思路,通过智能监控、数据 采集、远程传输、智能分析和自动控制,实现农业绿色生产、加工、销售及流通等全环节和 全链条的数字化,形成广泛互联、智能互动、灵活柔性、安全可控的数字结构和功能。【结 论】筑牢农业绿色发展的基础性数据支撑、夯实农业绿色发展的数字基础建设、研发农业绿 色发展的关键技术和核心装备、拓展农业绿色发展数字技术典型应用场景、完善农业绿色发 展数字技术的保障体系是“绿水青山就是金山银山”实现路径。农业绿色发展与数字技术的 深度融合是实现农业绿色高质量发展的必然要求。     

温室传感器技术的研究进展与应用展望

【目的】智能温室是设施农业未来的发展趋势,传感技术和物联网技术是智能温室的 基础,分析温室传感器技术的研究进展与应用展望很有意义。【方法】温室传感器根据应用 领域可划分为环境因素传感器和植物体信息传感器,从传感器的精度、特点、适用范围、发 展趋势等方面对两类传感器进行了分析。【结果】环境因素传感器包括光照传感器、空气温 湿度传感器、CO 2 传感器和土壤相关的传感器,植物体信息传感器包括植物温度传感器、植 物水分传感器和植物营养元素传感器。光照传感器以硅光电池使用最广,空气温度传感器中 最具应用前景之一的是半导体 PN 结型温度传感器,空气湿度传感器中的电阻式、电容式感 湿材料都有应用,CO 2 传感器以红外线应用原理为主。在土壤和植物体信息传感器中,光谱 学扮演着越来越重要的角色。【结论】未来温室专用传感器领域会进一步细分,土壤和植物 体信息传感器继续成为未来的研究热点。温室传感器总体上会朝着体积更小、精度更高、非 接触式、实时检测的方向不断发展,传感器的信息融合趋势会愈加明显。传感器和物联网技 术在智能温室发展中将会发挥越来越重要的作用。     

中国黄淮海冬麦区关键生育期——干热风关联特征及 其时空变化分析

【目的】结合冬小麦的生育期,分析其在不同生育期内遭遇干热风的时空变化特征。 【方法】文章利用黄淮海冬麦区地面气象台站记录的逐日气温资料、农业气象台站记录的地 面物候资料以及土壤水分数据,提取出1993—2016 年各气象站点发生在抽穗扬花期、灌浆 前期以及灌浆后期的干热风日。设计干热风强度指标k,使用核密度分析方法,分析冬小 麦在不同生育期内遭遇干热风的时空变化规律。最后结合RCP4.5 和RCP8.5 的排放情景下 模拟的温度数据,分别预测黄淮海冬麦区在2030 年、2050 年干热风发生强度的可能趋势。 【结果】（1）1993—2016 年不同生育期内轻、中、重度年累积干热风日均呈增加趋势,其中 尤以中度干热风的增加趋势最为显著。（2）重度干热风发生在灌浆后期的比例明显大于轻、 中度干热风。随着干热风严重程度的增加,其在生育期内分布比例的年际差异逐渐增大。 （3）不同生育期内干热风多发区的空间范围变化规律一致,均存在向东、向南扩大的趋势。 河北、河南以及山东的交界地区始终是干热风的严重威胁区。（4）预测结果表明,在2030 年、2050 年研究区干热风发生强度有增强趋势、多发区范围略有扩大。【结论】1993—2016 年不同生育期内干热风灾害总体表现为增加趋势。预计在2030 年、2050 年干热风灾害发生 强度及影响范围会进一步增强和扩大。应加强对干热风的预警和防御,并在干热风发生后及 时采取补救措施。     

植被物候参数遥感提取研究进展评述

【目的】遥感方法提取植被物候具有宏观、高效、便捷的特点,利用遥感提取植被物候结果可以从较大尺度上研究整个植被生态系统的物候特征。【方法】文章以植被物候遥感提取的过程为线索,采用文献综述法,对植被物候参数遥感提取的各个方面进行阐述。【结果】系统描述了植被物候提取的遥感数据资源,包括遥感专题指数和遥感数据来源;归纳了植被物候遥感提取的技术方法,包括时序植被指数重构技术和植被物候参数提取方法;总结了植被物候遥感提取结果验证途径和误差来源,地面物候观测数据和模型模拟数据是直接验证的途径,他人研究成果和植物生理参量的地面观测数据提供间接验证的途径,误差来源于遥感数据的时间和空间分辨率以及植被物候提取技术方法。最后,针对当前植被物候遥感提取存在的主要问题及未来的发展趋势,从研究对象、数据来源、技术方法和结果验证这4个方面进行了探讨。【结论】尽管植被物候遥感提取的大量研究在理论、技术方法和应用方面都取得明显进展,但在研究对象、数据来源、技术方法和结果验证这些方面仍然存在着一些关键科学问题,需要进一步进行深入研究。     

基于文献计量的农业土地资源监测态势分析

【目的】利用文献计量方法,对农业土地资源监测领域研究态势进行定量分析,系统归纳其发展特征及研究热点,为该领域未来的发展方向提供参考。【方法】基于Science Citation Index Expanded(SCIE)数据库,利用Derwent Data Analyzer(DDA)等分析工具,采用计量分析方法,分析1999—2018年农业土地资源监测领域的发展趋势、主要研究力量及研究热点演变趋势等。【结果】(1)1999—2018年,全球该领域论文发表量整体处于上升趋势,2006年之后进入快速增长阶段。其中,美国在该领域发文量位居第2、论文总被引频次位居第1、篇均被引位居第2,占据主导地位。中国在2012年后呈快速发展趋势,发文量及总被引频次位居第3,但篇均被引及发文期刊与其他主要国家/地区仍存在较大差距。(2)该领域发文量排名前5的研究机构中,中国有3个,美国有2个,其中最活跃的机构是中国科学院。但从发表论文的篇均被引情况看,美国科研机构远高于中国。(3)研究内容上,农业土地资源监测领域研究热点逐渐从土地利用变化、土壤水分、氮等方面向生态系统服务、生物多样性、有机碳、镉污染等方向延伸。(4)研究方法上,前期对模型、GIS应用较多,随着技术的发展及数据的多源化,遥感监测成为主导,情景分析及数据同化也成为新的趋势。【结论】目前,美国在该领域具有较强的竞争力,中国虽然后期有较快发展,但其研究竞争力和创新性有待提高。农业土地利用变化、土壤肥力等是农业土地资源监测领域长期关注的研究热点,虽然逐步外延至对土壤污染、生态系统等方向的监测,但其研究相对薄弱。未来可进一步开展多源数据融合技术,提高数据的利用效率。通过发展多尺度、多技术融合的监测方法,提高农业土地资源监测的精度和时效性,同时应加强对农业土地资源利用的生态环境效应监测,确保农业土地系统的可持续发展。     

台地区农村居民点空间布局与优化策略研究

【目的】研究台地区农村居民点空间布局与优化策略,为台地区农村居民点整治提供方法参考。【方法】文章在区分地貌类型的基础上,构建了基于发展基础、资源禀赋、生活便利和生态环境的居民点综合影响力评价模型,并以屯昌县为例提出了农村居民点的空间布局与优化策略。【结果】(1)屯昌县农村居民点综合影响力空间分布不均衡:高级别居民点多分布在台地平原区,生产生活条件良好,属重点发展区;而低级别居民点多零散分布于山地丘陵区,发展潜力较小;(2)综合考虑居民点影响力以及地形地貌与图斑面积,屯昌县1734个居民点被分为城镇化型、重点发展型、规模控制型和迁村并点型4种优化类型;(3)基于加权Voronoi图生成了77个重点发展型居民点的势力影响范围,确定了迁村并点型居民点的搬迁方向。【结论】基于台地区特殊的地貌类型,提出了农村居民点空间布局与优化策略,服务于区域农村居民点整治与规划。     

“玉米养分专家系统”在我国的发展历程及应用效果评价

【目的】简便、快捷并易于被农民操作使用的推荐施肥专家系统的研发与应用将有助于玉米生产。【方法】"玉米养分专家系统"基于大量田间试验数据,利用QUEFTS模型模拟不同生态条件下不同目标产量的玉米养分吸收,根据产量反应和农学效率之间的关系,并结合土壤养分平衡计算出该生态条件下的最佳施肥量,同时对田间管理措施给予优化建议。文章从该软件的特点、原理、发展历程、田间应用效果等方面进行了详细阐述。【结果 /结论】该软件由国际植物营养研究所(IPNI)研发,自2009年引入中国以来先后升级改版多次,从最初的计算机单机版,依次推出了网页在线版、智能手机微信版等。经过多年、多地的田间试验验证,使用该软件指导玉米生产,相比农民习惯施肥及官方推荐施肥均有改善,可以实现精准施肥、降低肥料投入、提高玉米种植生产收益。随着人工智能与互联网技术的不断融合,"玉米养分专家系统"操作更加简便、精确,具有良好的应用和发展前景。     

基于无人机影像的作物土壤水分亏缺反演方法

【目的】基于无人机影像进行作物土壤水分亏缺反演研究有利于提高农田集约化管理效率,提升农田精准灌溉水肥空间分布信息高效获取技术水平。【方法】文章以冬小麦为例,采用大型喷灌机变量灌溉的方式,设置3个灌溉水平和6个不同施肥处理;利用无人机携带热红外、可见光、多光谱相机,规划航线飞行采集影像数据,结合田间布点取样校准,反演冬小麦长势;根据获取的无人机遥感影像,经图像拼接、数据提取等处理,获得田间不同试验小区光谱数据,计算植被指数,反演水肥指标,构建土壤水分反演模型。【结果】水分亏缺情境下,灌水的多少直接影响冬小麦的生理生长指标,灌水量越多,冬小麦株高和叶面积发育越好;3个灌溉水平处理间冠层温度差异在2～5℃;植被指数与灌溉处理一致性较好,而不同的施肥处理反演效果不理想。【结论】热红外影像反演作物冠层温度计算得到的作物水分亏缺指数可以展现冬小麦作物水分亏缺空间分布,作物水分亏缺指数与土壤水分平均含水率有很好的相关性。无人机遥感在田间水肥管理的应用有效提升了大田时空数据的获取能力,下一步应开展水肥时空变异性研究,探讨水肥精准施用技术,从理论和技术两方面着手提升精准管理水平。