遙感技術(shù)在精確農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

肖長洪等

摘 要：在介紹遙感技術(shù)和精確農(nóng)業(yè)基本概念的基礎(chǔ)上，以精確農(nóng)業(yè)和遙感技術(shù)的關(guān)系為切入點，對遙感技術(shù)在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行了闡述，指出遙感技術(shù)能推動精確農(nóng)業(yè)的發(fā)展。最后，根據(jù)遙感技術(shù)在精確農(nóng)業(yè)應(yīng)用中面臨的問題，給出了解決問題的建議與對策。

關(guān)鍵詞：遙感技術(shù)；精確農(nóng)業(yè)；應(yīng)用

中圖分類號 TP79 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）05-91-02

1 遙感技術(shù)

遙感技術(shù)是指應(yīng)用探測儀器，不與探測目標(biāo)相接觸，從遠(yuǎn)處把目標(biāo)反射和發(fā)射的電磁波特性記錄下來，通過分析，完成遠(yuǎn)距離識別物體，并揭示出物體的特性及其變化的綜合性探測技術(shù)[1]。遙感技術(shù)是由遙感器、遙感平臺、信息傳輸設(shè)備、接收裝置以及圖像處理等設(shè)備等組成的。

遙感技術(shù)是興起于20世紀(jì)60年代的一種實用的探測技術(shù)，是一門內(nèi)容涉及物理學(xué)、數(shù)學(xué)、計算機(jī)技術(shù)等基礎(chǔ)學(xué)科的綜合性邊緣學(xué)科。遙感技術(shù)最早是應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，到20世紀(jì)80年代，歐美一些發(fā)達(dá)國家在提高農(nóng)產(chǎn)品市場競爭力目標(biāo)的驅(qū)動下，通過不斷的理論與實踐率先意識到將遙感技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，它能起到節(jié)約勞動成本、提高農(nóng)田產(chǎn)出率、減少環(huán)境污染、緩解資源緊張和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的作用。至此，遙感技術(shù)開始大范圍地應(yīng)用到農(nóng)業(yè)實踐中去。

2 精確農(nóng)業(yè)

精確農(nóng)業(yè)（Precision Agriculture，也稱精細(xì)農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)）是指利用全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)等現(xiàn)代高新技術(shù)，獲取農(nóng)田小區(qū)作物產(chǎn)量和影響作物生長的環(huán)境因素（如土壤結(jié)構(gòu)、地形、植物營養(yǎng)、含水量、病蟲草害等）實際存在的空間及時間差異性信息，分析影響小區(qū)產(chǎn)量差異的原因，并采取技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上有效的調(diào)控措施，區(qū)域?qū)Υ?，按需實施定位調(diào)控的“處方農(nóng)業(yè)” [2]。

精確農(nóng)業(yè)是高新技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合的新型農(nóng)業(yè)模式。其技術(shù)思想就是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的過程中，應(yīng)用現(xiàn)代高新技術(shù)，盡可能多地獲取作物和農(nóng)田的有用信息，因地制宜地做出決策，并準(zhǔn)確地付諸實施，以節(jié)約投入、增加產(chǎn)出、提高投入物利用率、減少環(huán)境污染為目的。精確農(nóng)業(yè)具有時間與空間精確性、活動人為性、生態(tài)保護(hù)性、效益最佳性、發(fā)展持續(xù)性等特征[3]，所以它是知識經(jīng)濟(jì)時代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路，是可持續(xù)農(nóng)業(yè)的有效發(fā)展模式。

3 遙感在精確農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)因成本高、產(chǎn)量低而不能適應(yīng)新時代的要求，新型農(nóng)業(yè)應(yīng)運而生，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向新型農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型具有歷史必然性。精確農(nóng)業(yè)作為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)理念，因其產(chǎn)量高、投入少，符合節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的要求，被廣泛運用到現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上來。精確農(nóng)業(yè)技術(shù)的關(guān)鍵在于獲取農(nóng)業(yè)田間數(shù)據(jù)，遙感技術(shù)是精確農(nóng)業(yè)獲得田間數(shù)據(jù)的核心來源。可以說，沒有遙感技術(shù)的服務(wù)，就沒有精細(xì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

目前遙感技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、考古、軍事偵察、空間物理探測、石油探測，地質(zhì)勘測和地圖測繪等。其中遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用最廣泛。遙感技術(shù)可以客觀、準(zhǔn)確、及時地提供作物生態(tài)環(huán)境和作物生長的各種信息。它在精確農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用主要是利用綠色植物光譜理論。植物具有與眾不同的不同光譜特性；同一種作物在不同時期和不同生理條件下，也有不同的光譜反射能力，這成為估算植被類型、長勢的依據(jù)。遙感技術(shù)在精確農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在如下5個方面：

3.1 估算農(nóng)作物播種面積 政府和社會公眾歷來高度重視農(nóng)作物播種面積的變化情況，它是國家制定糧食政策等經(jīng)濟(jì)政策的重要依據(jù)，及時、準(zhǔn)確獲取農(nóng)作物種植面積對政府制定糧食政策、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)村發(fā)展政策具有重要的意義。遙感技術(shù)因其獲得的信息客觀準(zhǔn)確、覆蓋面積大以及省時、省力、費用低等優(yōu)點，被廣泛運用到農(nóng)作物播種面積的估算上。利用遙感技術(shù)，能調(diào)查農(nóng)作物覆蓋面積，調(diào)查結(jié)束后得出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和分布圖件，通過對這些數(shù)據(jù)的處理，可以估算出農(nóng)作物的播種面積。此外，遙感技術(shù)的利用可以有效避免某些政府官員為獲得政績，單位或個人為騙取政府資金支持等，虛報農(nóng)作物播種面積。如通過NOAA衛(wèi)星遙感影像的綠度值，了解大面積作物的播種分布情況。

3.2 監(jiān)測作物長勢 作物長勢是作物生長發(fā)育狀況評價的綜合參數(shù)，長勢監(jiān)測是對作物苗情、生長狀況與變化的宏觀監(jiān)測[4]。利用遙感技術(shù)對作物生產(chǎn)的每個階段進(jìn)行監(jiān)測，獲得時間序列圖片、圖像，對這些圖片、圖像進(jìn)行處理得到有用信息，能直觀顯示出作物生長發(fā)育的節(jié)律特征和時空變異性的信息。生產(chǎn)者可以通過利用這些信息，了解不同生長階段中作物的長勢，采取相應(yīng)的措施進(jìn)行田間管理。如：根據(jù)作物葉片反射光譜顏色的變化判定它的營養(yǎng)狀況，制定相應(yīng)的施肥方案，實施精確施肥；根據(jù)作物冠層光譜反射特征所反映的冠層溫度、葉水勢來判斷作物現(xiàn)有水分狀況，制定相應(yīng)的灌溉措施，實施精確灌溉；根據(jù)作物葉片光譜吸收特征的變化（如吸收峰的移動、吸收幅值的升降）來判斷其生理狀況，制定相應(yīng)的植保措施，實施精確噴藥。

3.3 估算作物產(chǎn)量 作物產(chǎn)量是重要的經(jīng)濟(jì)情報，因此每個國家都很重視作物產(chǎn)量的估算，并依托本國的技術(shù)水平和綜合國力，以其最快的速度在作物收獲的前后估算作物的產(chǎn)量。最初用于估產(chǎn)的遙感技術(shù)是農(nóng)學(xué)估產(chǎn)，在隨后的發(fā)展過程中出現(xiàn)氣象學(xué)估產(chǎn)和統(tǒng)計估產(chǎn)的模式。20世紀(jì)70年代之后，歐美發(fā)達(dá)國家率先將遙感技術(shù)應(yīng)用到作物產(chǎn)量估計這個領(lǐng)域上來，大大提高了作物估產(chǎn)的精確度。我國早期的遙感技術(shù)主要是用于作物估產(chǎn)。早在“六五”時期，我國就已經(jīng)開始運用衛(wèi)星技術(shù)嘗試對局部農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)估。在隨后的發(fā)展中，我國氣象局、中國科學(xué)院以及許多大學(xué)、研究所都對農(nóng)業(yè)遙感估產(chǎn)技術(shù)起到了實踐和創(chuàng)新推動作用[5]。生產(chǎn)者可以根據(jù)各種植被指數(shù)，主要是比值植被指數(shù)（RVI，Ratio vegetation Index）和歸一化植被指數(shù)（NDVIK， Normalized Difference Vegetation Index）來估算農(nóng)作物產(chǎn)量，實施農(nóng)業(yè)宏觀調(diào)控。2008年我國發(fā)射的“遙感衛(wèi)星4 號”，其主要功能之一就是采集農(nóng)作物的產(chǎn)量數(shù)據(jù)。

3.4 作物生態(tài)環(huán)境監(jiān)測 作物生長需要從空氣、水和土壤中獲取營養(yǎng)元素，不同作物在不同時期對光、溫、水、氣、土、肥的要求各不相同，這就要求生產(chǎn)者密切關(guān)注作物生長發(fā)育的生態(tài)環(huán)境。遙感技術(shù)能實時監(jiān)測土壤侵蝕面積、土地鹽堿化程度及其變化趨勢，也可以對土壤水分養(yǎng)分和水體環(huán)境及水體污染等作物生態(tài)環(huán)境進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，生產(chǎn)者能根據(jù)氣象衛(wèi)星所提供的資料和該作物在某一些地區(qū)的生長特點采取相關(guān)措施，提高作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。

3.5 災(zāi)害損失評估 氣候異常、極端天氣會對作物生長產(chǎn)生很多不利的影響， 進(jìn)而限制作物的產(chǎn)量與質(zhì)量。在無法保證一年四季都能風(fēng)調(diào)雨順的情況下，利用遙感技術(shù)預(yù)測氣象災(zāi)害具有不可小覷的重要意義。生產(chǎn)者能根據(jù)遙感技術(shù)所提供的資料、該作物在某一些地區(qū)的生長日歷（拔節(jié)、開花等）特點并結(jié)合氣象衛(wèi)星所獲得的資料，可獲得有關(guān)洪水泛濫成災(zāi)面積和災(zāi)情程度的較為準(zhǔn)確的結(jié)果；還能利用遙感技術(shù)提供的信息結(jié)合依據(jù)實際受災(zāi)情況，采取補種、澆水、施肥或排水等災(zāi)后生產(chǎn)自救措施。目前遙感技術(shù)已成熟地運用于監(jiān)測作物受災(zāi)程度、作物受旱澇凍等災(zāi)害影響的面積、評估作物受災(zāi)害的損失上。

在我國， 由于耕地的數(shù)量減少與質(zhì)量下降，耕地保護(hù)已經(jīng)成為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個重要戰(zhàn)略任務(wù)。我們可以利用遙感技術(shù)對該地區(qū)可能發(fā)生的氣象災(zāi)害、土壤水分的保證率和流行性病蟲害等發(fā)生早期警報，讓生產(chǎn)者在生產(chǎn)的過程中及時做好防范，最大限度上減少災(zāi)害帶來的損失，確實保護(hù)耕地。

4 遙感技術(shù)在精確農(nóng)業(yè)應(yīng)用中面臨的問題與對策

4.1 建立健全圖像解譯機(jī)理 感解譯是從遙感影像中識別和提取某種影像，并賦予其特定的內(nèi)涵和屬性的專業(yè)化過程。解譯遙感影像是成功應(yīng)用遙感技術(shù)的關(guān)鍵步驟。遙感技術(shù)提供的信息準(zhǔn)確與否，很大程度上取決于圖像的解譯是否合理正確。目前，我國圖像解譯機(jī)理尚不健全，故必須深入開展農(nóng)業(yè)遙感圖像解譯機(jī)理研究，建立土壤結(jié)構(gòu)、地形、植物營養(yǎng)、含水量、病蟲草害等因子在遙感圖像中的解譯標(biāo)志， 實現(xiàn)農(nóng)作物征兆信息的智能化提取。

4.2 擴(kuò)大遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍 目前我國遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中主要應(yīng)用在水稻、玉米、小麥等主要農(nóng)作物上，而在麻類、花卉、煙草、食用菌等其他主要作物上還未應(yīng)用上遙感技術(shù)。為了提高我國農(nóng)產(chǎn)品的國際競爭力，發(fā)展高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效的農(nóng)業(yè)，生產(chǎn)更多質(zhì)量有保證、數(shù)量有保障的農(nóng)產(chǎn)品來滿足國民對農(nóng)產(chǎn)品的需求，避免農(nóng)產(chǎn)品物價波動幅度偏大，影響國民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展，必須擴(kuò)大遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域上的應(yīng)用范圍。

4.3 擴(kuò)大遙感技術(shù)的普及范圍 近年來，我國雖大部分地區(qū)不再使用牛耕的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，但生產(chǎn)方式與發(fā)達(dá)國家相比依然很落后，農(nóng)業(yè)技術(shù)的普及和推廣程度偏低，遙感技術(shù)的使用者少之又少。這些資金和技術(shù)上的限制，導(dǎo)致我國農(nóng)業(yè)的國際競爭力較弱，有些農(nóng)產(chǎn)品的供給量不能滿足國民的需求，限制了我國經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)發(fā)展。因此，國家必須加大對“三農(nóng)”的支持力度，讓更多的農(nóng)民能應(yīng)用上并懂得在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中使用遙感技術(shù)，真正做到農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展與生產(chǎn)實踐緊密結(jié)合，并為農(nóng)業(yè)的發(fā)展服務(wù)。

5 總結(jié)

遙感技術(shù)的迅速發(fā)展使得遙感技術(shù)在精確農(nóng)業(yè)中的運用成為勢不可擋的趨勢。遙感技術(shù)的運用提高了精確農(nóng)業(yè)的科學(xué)性和合理性，在遙感技術(shù)支持下的精確農(nóng)業(yè)具有技術(shù)性強、定量化、定性化的特點。精確農(nóng)業(yè)的發(fā)展也離不開遙感技術(shù)提供的強大技術(shù)支持。隨著人類社會的進(jìn)步、科技水平的提高，將會有更多新的先進(jìn)的技術(shù)運用到遙感技術(shù)上，因此必須不斷利用跟蹤新技術(shù)的發(fā)展動向，把先進(jìn)的技術(shù)快速運用到遙感技術(shù)建設(shè)中去，才能加快農(nóng)業(yè)的發(fā)展速度。

參考文獻(xiàn)

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[2]秦其明.“3S”技術(shù)在精細(xì)農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用研究[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007（5）：153-156.

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[5]黃惠珍.遙感技術(shù)在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].科技信息，2010（24）：46. （責(zé)編：徐世紅）