遙感技術(shù)在我國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用展望

中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技信息研究所 李海亮 王少青

建立我國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)各項(xiàng)農(nóng)業(yè)資源進(jìn)行規(guī)范化管理，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行熱帶農(nóng)業(yè)資源分析研究是我國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。

我國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)的發(fā)展關(guān)系到國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的全局，熱帶農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向關(guān)系到熱帶自然資源的合理利用、熱帶產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整、熱區(qū)經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。熱帶農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)是一個(gè)高度復(fù)雜的自然—社會(huì)復(fù)合體系，相對(duì)于大農(nóng)業(yè)而言具有它自身的一些特點(diǎn)，比如氣候、資源、災(zāi)害、地理位置等，這就使得熱帶農(nóng)業(yè)對(duì)資源環(huán)境的依賴程度更高，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、管理、處理的方法已顯得“力不從心”了，3S技術(shù)已成為熱帶農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化及其可持續(xù)發(fā)展的強(qiáng)有力支持。遙感技術(shù)作為現(xiàn)代信息技術(shù)的前沿技術(shù)，能夠快速準(zhǔn)確地收集農(nóng)業(yè)資源和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息，結(jié)合地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)等其他現(xiàn)代高新技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)信息收集和分析的定時(shí)、定量和定位?？陀^性強(qiáng)，不受人為干擾，方便決策。因此，在我國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)發(fā)展的新階段，推進(jìn)遙感技術(shù)在熱帶農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，將促進(jìn)熱帶農(nóng)業(yè)決策科學(xué)化，為熱帶農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供高質(zhì)量的服務(wù)。

熱帶農(nóng)業(yè)資源調(diào)查

由于熱區(qū)大部分區(qū)域?qū)儆谖覈?guó)較落后的地區(qū)，盡管我國(guó)在20世紀(jì)80年代已經(jīng)要求各個(gè)縣將農(nóng)業(yè)資源調(diào)查作為縣級(jí)以上人民政府法定政府職能工作之一，但熱區(qū)由于發(fā)展較緩慢，且作為熱區(qū)重點(diǎn)區(qū)域的海南省于1988年成立，熱區(qū)農(nóng)業(yè)資源的總體調(diào)查并未形成系統(tǒng)。所以在現(xiàn)階段熱區(qū)農(nóng)業(yè)的發(fā)展中，有必要將熱區(qū)總體農(nóng)業(yè)資源進(jìn)行調(diào)查匯總，建立我國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)各項(xiàng)農(nóng)業(yè)資源進(jìn)行規(guī)范化管理，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行熱帶農(nóng)業(yè)資源分析研究是我國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。熱區(qū)特有的作物是我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中的重要組成部分，熱區(qū)天然橡膠的種植是我國(guó)戰(zhàn)略物資自給的重要來(lái)源；木薯、麻業(yè)等經(jīng)濟(jì)作物和芒果、香蕉、椰子等熱帶水果是我國(guó)熱區(qū)特有的資源財(cái)富，如何根據(jù)現(xiàn)有熱區(qū)農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)分析熱帶作物的生產(chǎn)管理，并對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)和指導(dǎo)，是熱帶農(nóng)業(yè)科技部門、管理部門的重要職責(zé)。

熱帶農(nóng)業(yè)資源是我國(guó)農(nóng)業(yè)資源的重要組成部分，也是我國(guó)特色農(nóng)業(yè)資源的代表，因此，熱帶農(nóng)業(yè)資源同我國(guó)大農(nóng)業(yè)資源一樣，包括農(nóng)業(yè)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及農(nóng)業(yè)發(fā)展相關(guān)屬性數(shù)據(jù)。基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)主要有行政區(qū)劃圖、地形圖、土地利用現(xiàn)狀圖、河流水系圖、土壤類型圖和重要作物種植區(qū)劃圖等；農(nóng)業(yè)發(fā)展相關(guān)屬性數(shù)據(jù)主要有氣象數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)人口調(diào)查數(shù)據(jù)、作物產(chǎn)量數(shù)據(jù)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)各項(xiàng)分析數(shù)據(jù)等。行政區(qū)劃圖、地形圖和河流水系分布圖等各省市國(guó)土部門均有保存以及更新，而土壤圖和土地利用現(xiàn)狀圖等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在各省市國(guó)土和農(nóng)業(yè)部門都有保存和更新，而這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是我國(guó)資源規(guī)劃、資源合理利用以及上至政府決策下至區(qū)縣農(nóng)機(jī)服務(wù)機(jī)構(gòu)服務(wù)農(nóng)業(yè)的重要依據(jù)。

熱帶作物農(nóng)業(yè)區(qū)劃

所謂農(nóng)業(yè)區(qū)劃，是依據(jù)客觀的自然規(guī)律、經(jīng)濟(jì)規(guī)律和地域分異規(guī)律，依據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀?、?jīng)濟(jì)和社會(huì)條件所進(jìn)行的農(nóng)業(yè)地域劃分。農(nóng)業(yè)區(qū)劃是將農(nóng)學(xué)、地學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)和社會(huì)學(xué)等多個(gè)學(xué)科，通過(guò)農(nóng)業(yè)的空間性和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈條的連貫性整合起來(lái)，利用各學(xué)科的相關(guān)理論和技術(shù)，依據(jù)農(nóng)業(yè)資源的一致性和空間差異性進(jìn)行合理的劃分，形成農(nóng)業(yè)區(qū)，進(jìn)而在農(nóng)業(yè)區(qū)的基礎(chǔ)上發(fā)展該區(qū)的主導(dǎo)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)和輔助產(chǎn)業(yè)，用以指導(dǎo)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展。進(jìn)行農(nóng)業(yè)區(qū)劃的基本目的是為了按照農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的客觀規(guī)律指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)依據(jù)國(guó)家宏觀決策和區(qū)域特點(diǎn)進(jìn)行農(nóng)業(yè)區(qū)劃，運(yùn)用比較優(yōu)勢(shì)理論進(jìn)行合理區(qū)域分工，發(fā)展優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品，不斷提高主產(chǎn)區(qū)的專業(yè)化、基地化、集約化水平。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有強(qiáng)烈的地域性，地區(qū)差異十分明顯，我國(guó)熱區(qū)是區(qū)域化最明顯的農(nóng)業(yè)區(qū)，我國(guó)諸多熱帶作物幾乎只在熱區(qū)有種植。作為熱區(qū)資源工作的一個(gè)方面，根據(jù)需要開展區(qū)域優(yōu)勢(shì)農(nóng)產(chǎn)品專項(xiàng)區(qū)劃，是熱區(qū)農(nóng)業(yè)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)布局和結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要依據(jù)。通過(guò)農(nóng)業(yè)資源調(diào)查，進(jìn)而掌握熱區(qū)農(nóng)業(yè)資源分布的具體情況，如數(shù)量、質(zhì)量、變化動(dòng)態(tài)、地理優(yōu)勢(shì)等基礎(chǔ)信息后，利用遙感技術(shù)分析調(diào)整熱區(qū)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)以適應(yīng)資源配置和市場(chǎng)變化是熱區(qū)農(nóng)業(yè)區(qū)劃的主要目的。

熱區(qū)農(nóng)業(yè)區(qū)劃的進(jìn)行主要是綜合農(nóng)業(yè)區(qū)劃，即從綜合觀點(diǎn)出發(fā)根據(jù)區(qū)域各項(xiàng)資源條件的差異性歸納共同性，劃分具有各自特點(diǎn)的農(nóng)業(yè)區(qū)。除此之外，還可進(jìn)行林、牧等生產(chǎn)部門的區(qū)域劃分。農(nóng)業(yè)區(qū)劃的幾個(gè)依據(jù)：一是行政區(qū)劃。農(nóng)業(yè)區(qū)劃的最終目的是科學(xué)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，因此，在進(jìn)行農(nóng)業(yè)區(qū)劃時(shí)，一般由行政縱向來(lái)進(jìn)行；二是劃分依據(jù)和主導(dǎo)因素。地貌、氣候、土壤等自然因素是形成農(nóng)業(yè)區(qū)劃的主導(dǎo)因素，如何根據(jù)主導(dǎo)因素進(jìn)行農(nóng)業(yè)區(qū)劃，是農(nóng)業(yè)區(qū)劃成功與否的關(guān)鍵；三是依據(jù)“類似性”原則劃分農(nóng)業(yè)區(qū)。首先要考慮的是農(nóng)業(yè)自然條件的類似性，還要考慮經(jīng)濟(jì)條件的類似性、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特征和今后發(fā)展的類似性以及生產(chǎn)中存在的問題和解決措施的類似性。

熱帶作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)與估產(chǎn)

我國(guó)熱帶地區(qū)作物資源豐富，如工業(yè)原料：橡膠；油料作物：油棕、椰子、腰果；香料作物：胡椒、香茅、香根、羅勒；纖維作物：龍舌蘭科麻類、番麻、蕉麻、爪哇木棉；飲料作物：咖啡、可可；藥材：砂仁、巴戟、檳榔、三七；熱帶水果：香蕉、荔枝、龍眼、菠蘿、芒果、油梨、番瓜、番石榴等。由于熱帶作物對(duì)熱量、降水量等條件要求較高，熱帶作物的生長(zhǎng)受自然資源環(huán)境的影響較大，應(yīng)用遙感技術(shù)對(duì)熱帶作物生長(zhǎng)過(guò)程的狀況與趨勢(shì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其目的是為田間管理提供及時(shí)的信息以及為早期產(chǎn)量估計(jì)提供依據(jù)。所以，應(yīng)用遙感技術(shù)進(jìn)行熱帶作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)與估產(chǎn)對(duì)熱帶農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)管理有著重要的意義。

作物長(zhǎng)勢(shì)遙感監(jiān)測(cè)是建立在綠色植物光譜理論基礎(chǔ)上的，同一種作物，由于光、溫、水、土等條件的不同，其生長(zhǎng)狀況也不一樣，在衛(wèi)星照片上表現(xiàn)為光譜數(shù)據(jù)的差異。根據(jù)作物對(duì)光譜的反射特性，在可見光部分有強(qiáng)的吸收帶，近紅外部分有強(qiáng)的反射峰，這些敏感波段及組合（通常稱為植被指數(shù)）可以反映出作物生長(zhǎng)信息，判斷作物的生長(zhǎng)狀況，從而進(jìn)行長(zhǎng)勢(shì)的監(jiān)測(cè)。考慮到經(jīng)濟(jì)性與時(shí)效性，用各類衛(wèi)星資源的NDVI等植被指數(shù)與作物建立長(zhǎng)勢(shì)模型是切實(shí)可行的。同時(shí)，個(gè)體特征是難以用遙感監(jiān)測(cè)的，必須依靠地面監(jiān)測(cè)。遙感監(jiān)測(cè)長(zhǎng)勢(shì)的總方案為應(yīng)用NDVI等植被指數(shù)與葉面積指數(shù)的相關(guān)性，并考慮地面的監(jiān)測(cè)與農(nóng)學(xué)模型，從而監(jiān)測(cè)作物的長(zhǎng)勢(shì)。遙感監(jiān)測(cè)指標(biāo)的選擇與單產(chǎn)模型的建立是遙感監(jiān)測(cè)與估產(chǎn)工作的重點(diǎn)難點(diǎn)。熱帶作物種類較多，差異較大，生長(zhǎng)的影響因子也不一樣，所以應(yīng)根據(jù)作物的特點(diǎn)選用不同的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，同時(shí)，單產(chǎn)模型的建立是本工作的難點(diǎn)。

熱帶作物臺(tái)風(fēng)災(zāi)害監(jiān)測(cè)與評(píng)估

臺(tái)風(fēng)是危害沿海熱帶地區(qū)的最大自然災(zāi)害之一，海南、廣東、福建等地幾乎每年都受到臺(tái)風(fēng)的襲擊，熱帶作物，如橡膠、熱帶水果等在臺(tái)風(fēng)災(zāi)害中受損十分嚴(yán)重。臺(tái)風(fēng)對(duì)熱區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展、農(nóng)民生活影響巨大。因而對(duì)熱區(qū)臺(tái)風(fēng)進(jìn)行災(zāi)情監(jiān)測(cè)與災(zāi)后評(píng)估從而指導(dǎo)災(zāi)后補(bǔ)救與恢復(fù)生產(chǎn)工作具有現(xiàn)實(shí)意義。

臺(tái)風(fēng)災(zāi)害評(píng)估是從災(zāi)害的致災(zāi)因子和孕災(zāi)環(huán)境角度，通過(guò)分析導(dǎo)致災(zāi)害發(fā)生的自然現(xiàn)象的頻度和強(qiáng)度，建立和保存歷史災(zāi)害記錄，對(duì)各種自然災(zāi)害繪制危險(xiǎn)性區(qū)劃圖，對(duì)易損性及潛在影響進(jìn)行評(píng)估。災(zāi)害評(píng)估的主要方法有資料分析法、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ头?、?shù)學(xué)模型法、遙感GIS法。臺(tái)風(fēng)災(zāi)害監(jiān)測(cè)與評(píng)估的可行性方法有以下兩種：一是利用多時(shí)段遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行災(zāi)情評(píng)估：在進(jìn)行多時(shí)段遙感影像災(zāi)害評(píng)估時(shí)，要有至少兩個(gè)時(shí)段的災(zāi)害區(qū)域受災(zāi)前后的遙感影像，這兩個(gè)時(shí)段的時(shí)間間隔要盡可能的短，以消除或減少非災(zāi)害因素變化帶來(lái)的影響，對(duì)比兩個(gè)時(shí)段遙感影像中空間對(duì)象的變化，利用這種空間對(duì)象的變化來(lái)進(jìn)行災(zāi)害災(zāi)情評(píng)估，這是進(jìn)行多時(shí)段遙感影像災(zāi)害評(píng)估的主要方法，但是目前尚無(wú)現(xiàn)存的監(jiān)測(cè)臺(tái)風(fēng)對(duì)林木損壞的遙感指標(biāo)，需要用不同類型遙感數(shù)據(jù)、不同波段與波段組合進(jìn)行研究區(qū)的實(shí)驗(yàn)；二是對(duì)災(zāi)后遙感影像進(jìn)行目視解譯：通過(guò)對(duì)遙感影像紋理進(jìn)行分析，對(duì)災(zāi)害造成的損失情況進(jìn)行目視解譯，進(jìn)而得出對(duì)災(zāi)害損失情況的評(píng)定結(jié)果，其重點(diǎn)是臺(tái)風(fēng)災(zāi)情指標(biāo)體系的建立。這種方法因不需災(zāi)前遙感影像從而使災(zāi)情分析極為便利。但由于采用人工目視解譯的方法，獲取災(zāi)情信息的時(shí)間較長(zhǎng)，很難滿足快速災(zāi)情實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和評(píng)估需要；而且由于缺少災(zāi)前遙感影像，無(wú)法實(shí)現(xiàn)空間對(duì)象的災(zāi)前與災(zāi)后對(duì)比分析，從而影響了評(píng)估精度。災(zāi)情遙感數(shù)據(jù)主要有4種來(lái)源：光學(xué)和微波衛(wèi)星影像、航空影像、機(jī)載激光雷達(dá)影像和視頻影像等。由于臺(tái)風(fēng)災(zāi)情信息多樣性和信息需求的緊迫性，不可能用一種影像即可完全滿足臺(tái)風(fēng)災(zāi)情快速、精確分析要求，因此利用多源遙感影像來(lái)進(jìn)行臺(tái)風(fēng)災(zāi)情評(píng)估是一種重要的選擇。