基于遙感的石嘴山市玉米農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測與評估

李榮 周翠芳 何佳

摘 要：目前，應(yīng)用遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行作物估產(chǎn)方面的研究較多，但在作物農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測方面的研究較少，遙感數(shù)據(jù)可以有效填補(bǔ)地面氣象觀測的空白，同時(shí)，可以運(yùn)用遙感圖像在短時(shí)間內(nèi)監(jiān)測農(nóng)田中災(zāi)害性天氣過程結(jié)束后作物的受損情況，定量監(jiān)測農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害區(qū)域、危險(xiǎn)程度，對受害作物面積進(jìn)行分析、計(jì)算、評估，并進(jìn)行災(zāi)害演變規(guī)律的預(yù)測研究，可在一定程度上減少因氣象災(zāi)害造成的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)損失。本論文以玉米為例，基于遙感技術(shù)對玉米農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的監(jiān)測與評估展開了深入研究。

關(guān)鍵詞：遙感技術(shù)；農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害；監(jiān)測；評估

一、研究背景

農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中導(dǎo)致作物顯著減產(chǎn)的不利天氣或氣候異常的總稱，是中國最主要的農(nóng)業(yè)自然災(zāi)害，約占全部農(nóng)業(yè)自然災(zāi)害的70%。農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的影響程度取決于氣候異常出現(xiàn)的地理環(huán)境、 作物種類和物候期等， 一般有干旱災(zāi)害、冷凍災(zāi)害、暴雨洪澇災(zāi)害、風(fēng)災(zāi)、雹災(zāi)等。

社會(huì)信息化水平的不斷提升也為農(nóng)業(yè)的發(fā)展帶來了全新的契機(jī)，很多新型的、智能化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)逐漸得到了應(yīng)用和推廣。其中，利用遙感技術(shù)來對農(nóng)業(yè)的氣象災(zāi)害進(jìn)行檢測與評估，能夠有效地減少氣象災(zāi)害對農(nóng)作物造成的損失。遙感數(shù)據(jù)可以有效填補(bǔ)地面氣象觀測的空白，同時(shí)，可以運(yùn)用遙感圖像在短時(shí)間內(nèi)監(jiān)測農(nóng)田中災(zāi)害性天氣過程結(jié)束后作物的受損情況，定量監(jiān)測農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害區(qū)域、危險(xiǎn)程度，對受害作物面積進(jìn)行分析、計(jì)算、評估，并進(jìn)行災(zāi)害演變規(guī)律的預(yù)測研究，可在一定程度上減少因氣象災(zāi)害造成的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)損失。

2016年8月12日至25日，石嘴山市出現(xiàn)持續(xù)陰雨天氣，最大累計(jì)降水量達(dá)到131.8毫米，最大小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)到37.6毫米/小時(shí)，降水天氣過程持續(xù)時(shí)間長、強(qiáng)度大，造成全市50290畝玉米受災(zāi)，其中190畝絕收。為了及時(shí)了解和掌握此次災(zāi)害性天氣對石嘴山市主要受災(zāi)區(qū)玉米造成的損害情況，筆者運(yùn)用遙感監(jiān)測方式，對受災(zāi)田塊進(jìn)行實(shí)地觀察和遙感監(jiān)測。

二、遙感技術(shù)在玉米農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害中的監(jiān)測與評估

1.遙感監(jiān)測內(nèi)容

利用遙感和地理信息系統(tǒng)軟件，運(yùn)用遙感估產(chǎn)和生態(tài)分類的方法，以環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星數(shù)據(jù)為主要信息源對石嘴山市平羅縣、惠農(nóng)區(qū)主要玉米種植區(qū)進(jìn)行作物識(shí)別、種植面積提取，因?yàn)?zāi)后玉米長勢衰減，同一種植區(qū)遙感影像光譜特征有差異，根據(jù)這一原理對災(zāi)前（8月10日左右）和災(zāi)后（9月1日左右）的遙感圖像進(jìn)行光譜分析和對比，獲取該地區(qū)不同受災(zāi)程度的玉米地種植面積和空間分布，確定對玉米連陰雨災(zāi)害敏感的遙感波段及其組合。

2.作物識(shí)別

利用遙感圖像識(shí)別作物主要是利用其與其他物質(zhì)波譜反射特征不同進(jìn)行的。農(nóng)作物在近紅外波段的反射性質(zhì)主要受葉片內(nèi)部構(gòu)造控制，不同類型作物的葉片內(nèi)部構(gòu)造的差異導(dǎo)致不同作物葉片在近紅外波段反射率有所差別。另外，利用不同作物播種、生育期、收割時(shí)間等的不同可有效區(qū)分不同作物類型。

3.種植面積提取

玉米估產(chǎn)的關(guān)鍵是進(jìn)行種植面積提取，利用TM資料進(jìn)行計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類，并在GIS 支持下提取種植面積。先將TM 獲得的作物種植空間分布的柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)，錄入地理信息系統(tǒng)與其他信息疊加后進(jìn)行空間分析，確定種植面積數(shù)據(jù)及空間分布。

4.玉米長勢動(dòng)態(tài)監(jiān)測

利用衛(wèi)星對不同生長期的植被指數(shù)不同對玉米長勢進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，根據(jù)光照、溫度、水分、土壤等條件在遙感影像表現(xiàn)出的光譜數(shù)據(jù)的差異，判斷玉米的生長狀況進(jìn)行長勢監(jiān)測，從而對最終產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào)。因歸一化植被指數(shù) （NDVI）的變化動(dòng)態(tài)特征與作物的長勢之間存在一定的關(guān)聯(lián)性，NDVI值常用來反應(yīng)作物的生長狀況。

三、玉米產(chǎn)量影響因素分析

8月12日至25日石嘴山市出現(xiàn)持續(xù)陰雨天氣，據(jù)實(shí)地調(diào)查，降雨過后玉米田塊出現(xiàn)植株頂部變黃、果穗下垂、玉米根系死亡，嚴(yán)重者植株青枯等早衰現(xiàn)象。通過調(diào)查，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)玉米普遍出現(xiàn)早衰現(xiàn)象，經(jīng)分析，玉米產(chǎn)量主要受氣象災(zāi)害影響、田間管理不當(dāng)、玉米生育期、玉米種植制度等因素影響。

1.受氣象災(zāi)害影響 8月12-25日連續(xù)降雨，光照嚴(yán)重不足、田間濕度過大氣候條件不利于農(nóng)作物光合產(chǎn)物的形成，玉米根系長時(shí)間浸水無法呼吸以至死亡，同時(shí)，低光照、高濕度的天氣又有利于農(nóng)作物病蟲害的發(fā)生發(fā)展。加之降雨天氣過程結(jié)束后天氣暴晴，玉米葉片蒸發(fā)量大，根系死亡無吸水能力，造成葉片青枯。

2.玉米田間管理不當(dāng) 部分農(nóng)戶在8月12-15日對玉米進(jìn)行灌水，灌水后又遇連續(xù)降雨加大了田間濕度；有的玉米田塊頭水灌溉偏早，不利于根系生長發(fā)育，玉米根系不發(fā)達(dá)抗逆能力差。

3.玉米生育期對產(chǎn)量的影響 據(jù)調(diào)查，目前，我市玉米處于乳熟灌漿期，有研究表明，作物的生長環(huán)境和倒伏發(fā)生時(shí)期以及倒伏的嚴(yán)重度與作物產(chǎn)量和品質(zhì)密切相關(guān)。乳熟灌漿期是玉米籽粒產(chǎn)量形成的關(guān)鍵期，灌漿特性是玉米生長后期影響產(chǎn)量的主要因素，倒伏影響水分和養(yǎng)分向上輸送，進(jìn)而影響葉片光合產(chǎn)物向果穗的輸送，使得同化物積累量受到抑制。從產(chǎn)量構(gòu)成因素分析，灌漿速率降低導(dǎo)致百粒重和籽粒重下降，是風(fēng)災(zāi)倒伏后造成玉米減產(chǎn)的主要原因。

4.玉米種植制度不合理 玉米種植密度：部分農(nóng)戶玉米種植密度過大，連續(xù)降雨后，田間通風(fēng)透光能力差；玉米種植制度：有些田塊由于多年連茬種植玉米，玉米莖基腐病輕度發(fā)生。

四、遙感技術(shù)在玉米農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測與評估中的發(fā)展研究

遙感技術(shù)在玉米農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測與評估中的應(yīng)用還有很大的研究空間，論文在調(diào)研的基礎(chǔ)上提出了一些可行性的見解和主張：

1.進(jìn)行災(zāi)后的快速響應(yīng)

利用遙感技術(shù)對玉米的種植與生長環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測與評估的主要目的主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是對災(zāi)情進(jìn)行預(yù)警監(jiān)測和評估；二是對災(zāi)后的變化動(dòng)態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和評估。遙感技術(shù)應(yīng)用的重點(diǎn)在于后者。在出現(xiàn)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害后，能夠?qū)?zāi)后情況的變化進(jìn)行一個(gè)全面地監(jiān)測，也有利于迅速地做出反應(yīng)和決策，為最大限度地保全玉米作物創(chuàng)造一個(gè)有利的外部環(huán)境。同時(shí)，災(zāi)后的快速響應(yīng)也對遙感監(jiān)測系統(tǒng)的智能化水平和實(shí)時(shí)化程度提出了更高要求。

2.提升遙感監(jiān)測技術(shù)的硬件水平

無論是想要出色地完成遙感預(yù)警監(jiān)測，還是順利地進(jìn)行災(zāi)后搶險(xiǎn)工作，其最為基本的依托就是遙感技術(shù)的發(fā)展。沒有了遙感技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，監(jiān)測資料不全面、評估結(jié)果不科學(xué)，這都會(huì)對玉米的氣象災(zāi)害的監(jiān)測與評估產(chǎn)生負(fù)面的消極作用。因此，要以當(dāng)前我國科學(xué)技術(shù)和信息化發(fā)展進(jìn)步為主要契機(jī)，增加在遙感監(jiān)測領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)投入，提升遙感監(jiān)測技術(shù)的硬件水平，為玉米氣象災(zāi)害的監(jiān)測與評估奠定堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

3.提升遙感監(jiān)測與評估人員的專業(yè)技能

遙感監(jiān)測的過程、評估結(jié)果的出具、災(zāi)前的預(yù)警響應(yīng)以及災(zāi)后的搶險(xiǎn)措施等等任何一個(gè)環(huán)節(jié)都離不開遙感監(jiān)測與評估人員的重要作用?？梢哉f，遙感監(jiān)測與評估人員的水平和技能直接決定著監(jiān)測的結(jié)果。因此，要全面提升遙感監(jiān)測與評估人員的專業(yè)技能。一方面，要注重專業(yè)人員的招募與人才的引進(jìn)，同時(shí)還要加強(qiáng)對監(jiān)測與評估人員展開全方位的培訓(xùn)，以便于更好地實(shí)現(xiàn)工作效率的提升；另一方面，從監(jiān)測與評估人員自身的角度來說，也要將學(xué)習(xí)與實(shí)踐緊密結(jié)合，在堅(jiān)持學(xué)習(xí)全新的遙感監(jiān)測與評估方法的同時(shí)，還要注重實(shí)踐訓(xùn)練，使自身的專業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)得到實(shí)質(zhì)性的提升。

五、結(jié)語

1.遙感技術(shù)在玉米農(nóng)作物氣象災(zāi)害的監(jiān)測與評估中發(fā)揮著重要的作用。利用不同農(nóng)作物在近紅外波段的反射光譜的差別，以及不同作物播種、生育期、收割時(shí)間的不同來區(qū)分作物類型；并利用地理信息系統(tǒng)進(jìn)行作物種植面積的提取，利用遙感影像數(shù)據(jù)的光譜差異，判斷玉米的生長狀況進(jìn)行長勢監(jiān)測和產(chǎn)量預(yù)測預(yù)報(bào)。

2.石嘴山市出現(xiàn)持續(xù)陰雨天氣過程結(jié)束后玉米田塊出現(xiàn)植株頂部變黃、果穗下垂、玉米根系死亡，嚴(yán)重者植株青枯等早衰現(xiàn)象。經(jīng)分析，玉米產(chǎn)量主要受氣象災(zāi)害影響、田間管理不當(dāng)、玉米生育期、玉米種植制度等因素影響。

3.遙感技術(shù)在玉米農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測與評估中的應(yīng)用還有很大的發(fā)展空間：首先要進(jìn)行災(zāi)后的快速響應(yīng)；其次要提升遙感監(jiān)測技術(shù)的硬件水平；最后要提升遙感監(jiān)測與評估人員的專業(yè)技能。通過這些措施使遙感技術(shù)在玉米農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測中發(fā)揮更重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 榮裕良，戴蔚明，薛正平.松江現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用[J]. 大氣科學(xué)研究與應(yīng)用，2012（01）：11-13.

[2]郭麗麗. 農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估研究進(jìn)展與展望[J]. 農(nóng)業(yè)科技與信息，2016（11）：78-79.

[3] 達(dá)瓊，洛桑旺姆，尼瑪拉姆.農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017（07）：112-113.

[4] 陳娟，陳磊，呂凱等.安徽省農(nóng)業(yè)災(zāi)害情況及防災(zāi)減災(zāi)對策分析[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2015（08）：213-214.

[5] 孫雪，孫亞東，任昊.我國農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害評估研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向[J]. 農(nóng)民致富之友，2015（24）：176-178.

[6]張樹文，薄立群.遙感圖像生態(tài)土地分類法在農(nóng)作物種植面積提取中的應(yīng)用[J].地理科學(xué)，2000（6）：569-572.

[7]胡楠，矯亮，李黎，等.遙感技術(shù)在玉米估產(chǎn)中的應(yīng)用與研究[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2011（1）：35-37.

[8]李郁竹，譚凱琰.華北地區(qū)玉米遙感估產(chǎn)方法的初步研究[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，1995（ S1） ：33-41.

[9]房穩(wěn)靜，武建華，陳松，等.不同生育期積水對夏玉米生長和產(chǎn)量的影響試驗(yàn)[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，2009（4） ：616-618.