防災(zāi)減災(zāi)背后的“硬科技”

文/本刊特約記者 辛心榕

歷經(jīng)近2個(gè)月的持續(xù)強(qiáng)降雨，我國長江流域嚴(yán)重的洪澇災(zāi)情，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了不利影響。

洪水風(fēng)險(xiǎn)客觀存在，但隨著科技發(fā)展和社會進(jìn)步，我國在農(nóng)業(yè)防洪救災(zāi)理念和技術(shù)上不斷改進(jìn)，發(fā)展出了諸多有效的防控手段。

“在主要農(nóng)作物澇漬災(zāi)害防控關(guān)鍵技術(shù)方面，我們形成了‘預(yù)測預(yù)警－防御－排除與減緩－災(zāi)后恢復(fù)’四個(gè)過程的防控措施?！敝袊r(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所農(nóng)村水利發(fā)展研究室主任周新國表示。

具體而言，通過遙感監(jiān)測，快速預(yù)警災(zāi)害范圍和強(qiáng)度；通過工程手段的優(yōu)化調(diào)度，提高防御能力，比如南方地區(qū)通過提前把有些河道分區(qū)分段，降低河道水位，以提升農(nóng)田蓄納能力；農(nóng)田采用“廂溝+腰溝+圍溝+農(nóng)溝”田間排水模式，將洪水及時(shí)排出；災(zāi)后進(jìn)行作物修復(fù)，比如噴施葉面肥，提高葉片光合能力和土壤肥力，補(bǔ)種短季節(jié)作物等。

農(nóng)業(yè)遙感為災(zāi)情監(jiān)測開“天”眼

遙感監(jiān)測技術(shù)因其宏觀性、經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)態(tài)性、時(shí)效性等特征，正逐漸成為我國農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測的重要手段。通過這一有力工具及時(shí)、準(zhǔn)確、客觀地獲取的農(nóng)業(yè)災(zāi)害發(fā)展情況，會成為決策部門制定防災(zāi)減災(zāi)方案的重要依據(jù)。

自20世紀(jì)60年代起，遙感技術(shù)的出現(xiàn)在一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)監(jiān)測方法耗時(shí)、費(fèi)力、效率低、誤差大的不足，在農(nóng)業(yè)資源監(jiān)測領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

2019年，我國首顆實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)觀測的高分六號遙感衛(wèi)星正式投入使用，更為農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)發(fā)展增添了強(qiáng)大助力，有利于推動(dòng)我國糧食生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所研究員王利民長期從事農(nóng)情遙感研究。他在接受采訪時(shí)說，遙感技術(shù)的特點(diǎn)在于能夠獲取精細(xì)化的格網(wǎng)數(shù)據(jù)，即能夠以空間上連續(xù)的方法監(jiān)測單位面積內(nèi)農(nóng)作物的種類、面積、長勢、單產(chǎn)狀況，并能夠估算耕地土壤墑情、病蟲害等作物生長狀態(tài)和生長環(huán)境信息，滿足指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的及時(shí)性需求。

據(jù)王利民介紹，洪災(zāi)的遙感監(jiān)測主要通過淹沒面積和淹沒時(shí)間來評估受災(zāi)程度。

按照像元空間分辨率的不同，農(nóng)業(yè)資源遙感監(jiān)測衛(wèi)星可分為高、中、低空間分辨率，如5米以上就可以稱為高空間分辨率，5～50米之間的可以稱為中空間分辨率，50～1000米可以稱為低空間分辨率。目前使用較多的是10～30米的中空間分辨率可見光數(shù)據(jù)，基本達(dá)到5天左右的覆蓋頻率。這個(gè)時(shí)空分辨率水平基本滿足了大范圍農(nóng)業(yè)資源遙感監(jiān)測估算的需算，并且也兼顧了一定的經(jīng)濟(jì)成本。

遙感技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，利用了植被的特殊光譜特征。它包括3個(gè)部分：波段為0.39～0.76微米的可見光、0.8～2.5微米的近紅外部分，表達(dá)作物生長狀況；8～14微米的熱紅外部分，與植被、土壤溫度有關(guān)；1～1000毫米的微波，對土壤中的水分比較敏感。

目前，遙感技術(shù)在我國農(nóng)業(yè)資源、農(nóng)情遙感監(jiān)測中的應(yīng)用廣泛且深入，在我國東北地區(qū)、新疆維吾爾族自治區(qū)等典型規(guī)模化種植區(qū)域的應(yīng)用更具優(yōu)勢。

高分六號極軌光學(xué)遙感衛(wèi)星，是我國首顆實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)觀測的高分衛(wèi)星。它首次增加了能有效反映作物特有光譜特性的“紅邊”波段，能夠?qū)崿F(xiàn)對玉米、大豆、棉花等同期生長的大宗作物以及其他大面積種植的經(jīng)濟(jì)作物的有效識別。在國家相關(guān)課題的主持下，針對高分6號衛(wèi)星的農(nóng)業(yè)應(yīng)用，農(nóng)業(yè)科研與業(yè)務(wù)部門也開展了系統(tǒng)、全面的研究，取得了一些進(jìn)展。

水利設(shè)施需為防洪筑起“防御工事”

中國水利水電科學(xué)研究院水利研究所副總工程師王少麗指出，農(nóng)田排水工程是防御澇漬災(zāi)害的有效措施，可因地制宜地采用明溝和暗管相結(jié)合的明暗組合排水方式，或淺明溝結(jié)合豎井的溝井組合排水方式。

王少麗建議，針對我國目前田間除澇降漬能力不足、滯蓄能力低下與外排條件復(fù)雜等問題，亟需研發(fā)澇漬減災(zāi)田間排水工程效率提升措施、“排－蓄－控”多過程聯(lián)合調(diào)控技術(shù)、自排與強(qiáng)排相結(jié)合的“排－蓄－調(diào)”智能化運(yùn)行與調(diào)度技術(shù)等。

“但單純依靠工程措施防御洪澇既不現(xiàn)實(shí)，也不經(jīng)濟(jì)。近年來，我國洪澇防御從單純的注重工程措施轉(zhuǎn)變?yōu)楣こ膛c非工程措施相結(jié)合；從局限于探討洪澇帶來的經(jīng)濟(jì)損失轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)注洪水資源化利用、洪水控制與管理、防洪與經(jīng)濟(jì)社會等諸多領(lǐng)域的相關(guān)影響關(guān)系?！蓖跎冫愓f。

王少麗從農(nóng)田排澇工程建設(shè)角度指出，當(dāng)前我國農(nóng)田排澇基礎(chǔ)設(shè)施薄弱、農(nóng)田澇漬監(jiān)測手段落后、信息獲取單一、調(diào)度水平滯后。此外，由于長期以來重灌輕排，農(nóng)田除澇治漬沒有引起足夠的重視，排澇工程欠賬多，溝坡坍塌、淤積、破損、溝上筑壩等情況隨處可見，大多排澇泵站“帶病”運(yùn)行、效率低下。

王少麗建議，采取綜合措施提高治澇效果。包括建立完善的農(nóng)田排水系統(tǒng)，提高灌排工程的聯(lián)合調(diào)度及運(yùn)行管理水平；調(diào)整農(nóng)業(yè)布局和合理利用水土資源，比如在低洼易澇區(qū)選種耐淹或喜水的耐澇作物，以增強(qiáng)農(nóng)田抗?jié)衬芰?；加?qiáng)水稻區(qū)節(jié)水灌溉的實(shí)施，最大限度地發(fā)揮稻田調(diào)蓄雨水的功能等。

周新國還提到，當(dāng)前國內(nèi)農(nóng)田排水工程的標(biāo)準(zhǔn)是可抵御“5～10年一遇”的洪水，其自建國以來基本未有實(shí)質(zhì)性的變化，使得今年個(gè)別地區(qū)遭遇“百年一遇”的洪水時(shí)損失慘重。

考慮到江河沿線滯蓄洪功能區(qū)和國家糧食生產(chǎn)功能區(qū)劃分，洪澇過后要深入開展調(diào)查研究，有針對性、有區(qū)別地提出不同功能區(qū)“排水工程亟需改造完善的新舉措”。

加強(qiáng)預(yù)警 未雨綢繆

農(nóng)業(yè)科技和理念的進(jìn)步為災(zāi)情期間保障糧食產(chǎn)量、減少農(nóng)民損失發(fā)揮了重要作用，但不得不承認(rèn)，短板仍存，損失仍在。防患于未然才是減少損失的最好辦法。

周新國指出，目前信息化技術(shù)、數(shù)字農(nóng)業(yè)手段在農(nóng)業(yè)澇漬防災(zāi)減災(zāi)的應(yīng)用上還不普及、相關(guān)研究也比較缺乏。

近年來，周新國參與的項(xiàng)目組建設(shè)了長江中下游地區(qū)澇漬災(zāi)害數(shù)據(jù)庫，可滿足對縣級和流域級澇漬受害監(jiān)測、評估和預(yù)警等歷史數(shù)據(jù)的需要。此外，項(xiàng)目組還建立了長江中下游地區(qū)主要作物澇漬災(zāi)害全面、快速和準(zhǔn)確的遙感監(jiān)測方法和預(yù)警系統(tǒng)。

在周新國看來，未來還需加強(qiáng)相關(guān)研究。

四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所研究員鄭家國建議，要加強(qiáng)災(zāi)害的預(yù)警預(yù)報(bào)。在如何區(qū)域性調(diào)度水，盡量減少災(zāi)害程度方面，還有很多工作要做。同時(shí)，還要加強(qiáng)抗?jié)衬脱退贩N選育和栽培方面的理論與應(yīng)用技術(shù)研究。目前，類似于再生稻的技術(shù)還比較少，需要科技發(fā)力。

值得思考的是，如何讓植物保護(hù)方面的預(yù)測預(yù)警落實(shí)到每一個(gè)田塊里?！耙?yàn)橛行┑胤交鶎雨?duì)伍不健全，沒有落實(shí)到位，需要農(nóng)業(yè)科技隊(duì)伍查漏補(bǔ)缺。只有預(yù)測預(yù)警全覆蓋，才能有效減少災(zāi)害、病蟲害的發(fā)生?！编嵓覈f。

在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院教授唐啟源看來，在預(yù)報(bào)預(yù)警方面，應(yīng)發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)或數(shù)字化農(nóng)業(yè)，通過大數(shù)據(jù)與天氣預(yù)測相結(jié)合，及時(shí)調(diào)整栽培措施。

發(fā)展數(shù)字農(nóng)業(yè)需要依靠高端的信息技術(shù)獲取準(zhǔn)確的農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)。其中，王利民介紹，在我國系列遙感衛(wèi)星、尤其是高分系列衛(wèi)星升空之前，農(nóng)業(yè)遙感數(shù)據(jù)主要依靠國外數(shù)據(jù)源。不同單位的科研人員共同合買國外衛(wèi)星的遙感數(shù)據(jù)，是農(nóng)業(yè)科研圈每年要經(jīng)歷的一件大事。

“有了國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)作為支撐，國外數(shù)據(jù)獲取的便利性和效率也都發(fā)生了較大的改變，以國產(chǎn)衛(wèi)星為主體的數(shù)據(jù)保障體系逐步形成，保障能力也得到了顯著改善?！蓖趵裾f。

我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的空間多樣性、季節(jié)多變性和種植復(fù)雜性，對遙感衛(wèi)星的空間分辨率、時(shí)效性、譜段載荷等都提出了很高的要求。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所研究員吳文斌強(qiáng)調(diào)，高分六號衛(wèi)星與高分一號衛(wèi)星組網(wǎng)運(yùn)行，以大幅提高對農(nóng)業(yè)、林業(yè)、草原等資源的監(jiān)測能力，并非農(nóng)業(yè)專用衛(wèi)星。

與國家農(nóng)業(yè)資源遙感監(jiān)測的需求相比，當(dāng)前用于農(nóng)業(yè)資源遙感監(jiān)測的衛(wèi)星資源仍有差距，應(yīng)積極尋找農(nóng)作物敏感波段，有針對性的開展農(nóng)業(yè)資源衛(wèi)星建設(shè)。隨著我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，更高分辨率的衛(wèi)星數(shù)據(jù)才能滿足不斷提升的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)需求，以及耕地地塊較為破碎區(qū)域的監(jiān)測需求。

除衛(wèi)星技術(shù)本身外，吳文斌認(rèn)為，衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用發(fā)展仍不足，也是我國農(nóng)業(yè)遙感產(chǎn)業(yè)與農(nóng)業(yè)科技發(fā)達(dá)國家的另一差距。

美國、歐盟等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的衛(wèi)星應(yīng)用核心技術(shù)在對地觀測數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)診斷與挖掘、數(shù)據(jù)共享與決策支撐系統(tǒng)研發(fā)等方面處于領(lǐng)先地位，衛(wèi)星觀測技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于本國或全球農(nóng)業(yè)監(jiān)測。

吳文斌指出，我國衛(wèi)星應(yīng)用用戶多為政府，以服務(wù)政策決策管理為主，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展仍不足，衛(wèi)星應(yīng)用在很多地方仍是“盆景”?！拔覈r(nóng)業(yè)總體上處于小農(nóng)種植模式，農(nóng)業(yè)規(guī)?；?jīng)營不足，經(jīng)營主體對遙感應(yīng)用的需求動(dòng)力不足；衛(wèi)星應(yīng)用具有技術(shù)密集型和資金密集型特點(diǎn)，衛(wèi)星數(shù)據(jù)的獲取、處理與分析等門檻比較高，面向應(yīng)用的核心關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)不足，科技供給落后于產(chǎn)業(yè)需求，使得遙感應(yīng)用還沒有大眾化?！彼f。

防災(zāi)減災(zāi)更需政策調(diào)控

除了農(nóng)業(yè)澇漬災(zāi)害，事實(shí)上，在我國旱災(zāi)是農(nóng)業(yè)面臨的更大威脅。粗略估計(jì)，因干旱造成的糧食減產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)損失約占?xì)庀鬄?zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)總損失的一半以上。“旱災(zāi)最主要的表現(xiàn)，就是農(nóng)作物長勢差了?！蓖趵癖硎荆ㄟ^與歷史生長數(shù)據(jù)比對，就可以判斷出旱情的總體趨勢。

“應(yīng)對旱災(zāi)的時(shí)間比其他災(zāi)害都多?！敝袊r(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所研究員、農(nóng)業(yè)部防災(zāi)減災(zāi)專家指導(dǎo)組組長游松財(cái)說。中國是一個(gè)缺水型國家，干旱受災(zāi)范圍為千公里級的規(guī)模，跨度大、持續(xù)時(shí)間長，造成的損失占農(nóng)業(yè)總損失的70%左右。

“可以說，水是中國農(nóng)業(yè)的命脈。實(shí)際上，雨水豐沛的年份恰是糧食豐收年?！庇嗡韶?cái)說。

記者查閱國家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，1998年，我國糧食總產(chǎn)量為51229余萬噸，達(dá)到當(dāng)時(shí)歷史最高水平；今年全國夏糧總產(chǎn)量為14281萬噸，生產(chǎn)再獲豐收，產(chǎn)量創(chuàng)歷史新高。

7月23日，中央氣象臺再次發(fā)布高溫預(yù)警，江南、華南地區(qū)在副熱帶高壓控制下，高溫持續(xù)升級。應(yīng)對旱情風(fēng)險(xiǎn)刻不容緩。

專家們表示，旱澇急轉(zhuǎn)、先澇后旱，區(qū)域性、階段性旱澇災(zāi)害并存是我國農(nóng)業(yè)災(zāi)情現(xiàn)狀。

游松財(cái)表示，在備災(zāi)救災(zāi)方面，國家有著較為成熟的方案，包括在物資、技術(shù)、品種、種子等方面進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)貼救助；農(nóng)業(yè)部門也有著完備的農(nóng)情速報(bào)系統(tǒng)，可最快知曉各地的災(zāi)情；此外，農(nóng)業(yè)部門還會組織專家組到災(zāi)區(qū)進(jìn)行全方位技術(shù)指導(dǎo)。

在游松財(cái)看來，田間地頭的救災(zāi)保糧措施只是一方面，今后還應(yīng)走政策性農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)的發(fā)展道路。

“實(shí)際上，由于勞動(dòng)力成本很高，從經(jīng)濟(jì)效益來說，通過諸如對受淹沒稻葉清洗、補(bǔ)種等措施補(bǔ)救并不劃算，實(shí)施農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)，能夠保證農(nóng)民在災(zāi)年時(shí)不欠收?！庇嗡韶?cái)說。

保險(xiǎn)產(chǎn)品作為商業(yè)產(chǎn)品，通常按照受災(zāi)概率、洪澇等級等定量化的數(shù)據(jù)設(shè)置賠償額度。“量化研究支撐保險(xiǎn)產(chǎn)品。但是，由于我們受數(shù)據(jù)制約，目前定量化研究還比較缺乏，需要加強(qiáng)?！庇嗡韶?cái)說。