淺析遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用

馬麗亞木·卡德爾 阿吉爾古麗·卡德爾

（1.新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)資源區(qū)劃和遙感應(yīng)用中心，新疆 烏魯木齊 830000；2.新疆維吾爾自治區(qū)哈密市農(nóng)業(yè)綜合行政執(zhí)法支隊(duì)，新疆 烏魯木齊 839000）

遙感技術(shù)就是利用電磁波理論，通過各種傳感器收集并處理遠(yuǎn)距離目標(biāo)輻射及反射的電磁波，成像后探測并識別地面各種景物的綜合技術(shù)。將遙感技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，不僅可提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、緩解資源緊張，還可節(jié)約勞動成本，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，為發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、精密農(nóng)業(yè)奠定基礎(chǔ)。

1.遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用

1.1 診斷并監(jiān)測農(nóng)作物養(yǎng)分

在農(nóng)作物生產(chǎn)過程中，其所需養(yǎng)分主要為氮、磷以及鉀等，缺乏任一元素都會影響農(nóng)作物的光合利用效率。近年來，我國農(nóng)業(yè)科技研究的一項(xiàng)關(guān)鍵內(nèi)容便是通過遙感技術(shù)診斷并監(jiān)測農(nóng)作物養(yǎng)分情況，其中高光譜遙感技術(shù)應(yīng)用最為普遍。農(nóng)作物內(nèi)氮、磷、鉀等各種原物含量發(fā)生轉(zhuǎn)變可引發(fā)農(nóng)作物生理機(jī)構(gòu)發(fā)生變化，高光譜遙感技術(shù)就是對這一變化情況監(jiān)測，隨著生理結(jié)構(gòu)的變化其光譜發(fā)射也逐漸轉(zhuǎn)變，具體是通過多元統(tǒng)計(jì)回歸法，和基于特定吸收波段內(nèi)波普特性參數(shù)所進(jìn)行的作物養(yǎng)分診斷。

1.2 估算農(nóng)作物播種面積

國家需結(jié)合農(nóng)作物播種面積變化來制定相關(guān)糧食政策，遙感技術(shù)因其信息收集范圍廣闊、信息精準(zhǔn)度較高、時效性良好、成本較低等特點(diǎn)，已逐漸在農(nóng)作物播種面積估算中得以應(yīng)用。遙感技術(shù)可通過分析并處理相關(guān)數(shù)據(jù)、分布圖件，迅速獲取某農(nóng)作物實(shí)際播種面積。估算農(nóng)作物播種面積時，遙感技術(shù)的應(yīng)用可避免某些地區(qū)對上述數(shù)據(jù)謊報(bào)。上世紀(jì)90 年代，中科院便已通過NOAA/AVHRR影響數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)測我國重要農(nóng)作物播種面積，小麥播種地區(qū)主要為山東、背景、河南及河北，水稻播種主要集中于江蘇及湖北，玉米則集中于吉林省，上述數(shù)據(jù)監(jiān)測準(zhǔn)確率以超過85%。

1.3 估算農(nóng)作物長勢及產(chǎn)量

農(nóng)作物長勢即其實(shí)際生長情況，可影響農(nóng)作物實(shí)際產(chǎn)量及最終品質(zhì)。農(nóng)作物長勢監(jiān)測就是對農(nóng)作物苗情、具體生長狀況、實(shí)際變化情況宏觀監(jiān)測。不同農(nóng)作物其發(fā)育期及長勢不同，因而光譜反射率差異較大，葉面積與農(nóng)作物產(chǎn)量線性相關(guān)，對上述特征利用即可準(zhǔn)確獲取農(nóng)作物葉面積指數(shù)，在此基礎(chǔ)上通過對生長態(tài)勢監(jiān)測以估算產(chǎn)量。另外，也可通過0.75-1.00μm 近紅外波長范圍及0.6-0.7μm可見光波長范圍反射率比值以估算農(nóng)作物長勢，比值越大農(nóng)作物長勢越好。

1.4 監(jiān)測農(nóng)業(yè)災(zāi)害

自然災(zāi)害會對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成較大影響，遙感技術(shù)的應(yīng)用可監(jiān)測及評估農(nóng)作物受自然災(zāi)害的影響面積，在此基礎(chǔ)上明確農(nóng)作物損失，進(jìn)而為當(dāng)?shù)刂贫ㄡ槍π缘目篂?zāi)措施并科學(xué)指導(dǎo)。截止到當(dāng)前，在干旱、洪澇及凍害等多種自然災(zāi)害監(jiān)測中遙感技術(shù)均已得到廣泛應(yīng)用，可通過葉面積指數(shù)及葉綠素含量指標(biāo)來確定農(nóng)作物生長狀況。我國主要利用NOVVA/AVHEE 遙感影響監(jiān)測農(nóng)業(yè)災(zāi)害，其特點(diǎn)為成本低、時間分辨率高。在植物病蟲害發(fā)生初期，通過近紅外光譜反射率可直觀反應(yīng)葉片結(jié)構(gòu)變化。但若植物葉綠素?zé)o質(zhì)量及數(shù)量變化，可見光波段不會出現(xiàn)明顯的光譜反射率變化，僅依靠肉眼也無法準(zhǔn)確觀測。若病蟲害侵襲引發(fā)農(nóng)作物葉面積指數(shù)及葉綠素含量降低，通過傳感器及數(shù)據(jù)分析即可獲取異于正常農(nóng)作物的波段，利用上述原理即可明確農(nóng)作物受害程度，針對性的制定治理方案。歸一化植被指數(shù)是近紅外波段反射值與紅光波段反射值之差及之和的比值，若農(nóng)作物遭遇風(fēng)暴侵襲發(fā)生倒伏，葉片嚴(yán)重受損，歸一化植被指數(shù)將下降。通過紅邊參數(shù)及植被指數(shù)監(jiān)測病蟲害，在農(nóng)作物光譜內(nèi)綠光波段反射峰移動至紅光波段，正常農(nóng)作物光波段光譜反射率低于受災(zāi)農(nóng)作物，但低紅外波段內(nèi)，受災(zāi)農(nóng)作物光譜反射率低于正常，其陡坡效應(yīng)不明顯甚至消失。

1.5 監(jiān)測農(nóng)業(yè)氣候

監(jiān)測農(nóng)業(yè)氣候可為推進(jìn)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)，在監(jiān)測農(nóng)業(yè)氣候時遙感技術(shù)的應(yīng)用意義重大。遙感技術(shù)主要通過監(jiān)測天氣變化情況以掌握農(nóng)業(yè)氣候狀況，提前預(yù)防可能出現(xiàn)的復(fù)雜氣候，避免農(nóng)業(yè)受到惡劣氣候影響。其中，農(nóng)業(yè)氣候監(jiān)測最為關(guān)鍵的便是干旱監(jiān)測，除監(jiān)測降雨量等指標(biāo)外，還需嚴(yán)格監(jiān)測地表干旱程度。干旱監(jiān)測可分為以下四種類型：第一為紅外遙感監(jiān)測法，即監(jiān)測垂直干旱指標(biāo)及修正垂直干旱指標(biāo)；第二為地表溫度遙感干旱監(jiān)測法，即監(jiān)測條件溫度指標(biāo)、歸一化插值溫度指標(biāo)、表觀熱慣量植被干旱指標(biāo)等；第三為植被遙感監(jiān)測法，即監(jiān)測簡單植被指標(biāo)、比值植被指標(biāo)、距平植被指標(biāo)及歸一化植被指標(biāo)；第四為植被指數(shù)與溫度變化遙感干旱監(jiān)測法，即監(jiān)測植被溫度梯形指數(shù)、條件植被溫度指數(shù)等。通過上述手段實(shí)施監(jiān)測具體干旱情況，針對性的制定對策以實(shí)現(xiàn)土壤結(jié)構(gòu)優(yōu)化，避免農(nóng)作物生長受到干旱災(zāi)害的影響。

1.6 監(jiān)測農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境

遙感技術(shù)可用于土壤鹽堿化面積、土壤侵蝕、土壤鹽堿變化趨勢、土壤水分即其他農(nóng)作物生態(tài)環(huán)境監(jiān)測，以指導(dǎo)農(nóng)業(yè)種植。例如，日本通過衛(wèi)星多光譜資料的應(yīng)用對國土變化情況進(jìn)行了監(jiān)測，明確了東京灣沿岸侵蝕問題并采取了針對性的措施，減少了農(nóng)作物遭受生態(tài)環(huán)境的為害，使農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益得以顯著提升。

1.7 監(jiān)測農(nóng)業(yè)用水

監(jiān)測農(nóng)業(yè)用水主要使通過遙感技術(shù)對水溫、有機(jī)物含量、氮磷含量、懸浮物哈量等水質(zhì)重要指標(biāo)監(jiān)測。我國通過遙感技術(shù)監(jiān)測農(nóng)業(yè)用水主要表現(xiàn)為以下幾個方面：第一，在水體污染原理基礎(chǔ)之上，通過紅外遙感實(shí)現(xiàn)了黃浦江、大連灣、湘江等的水質(zhì)監(jiān)測；第二，通過遙感技術(shù)實(shí)現(xiàn)了渤海灣監(jiān)測，利用衛(wèi)星傳回?cái)?shù)據(jù)可獲取渤海灣表層水體內(nèi)葉綠素具體含量，在此基礎(chǔ)之上對有機(jī)污染區(qū)域規(guī)劃；第三，對水體有計(jì)劃污染情況、富營養(yǎng)化情況深入研究，結(jié)合富營養(yǎng)化及水體也綠色關(guān)系研究了滇池內(nèi)水體污染狀況及富營養(yǎng)化情況；此外，我國還利用遙感技術(shù)對蘇南大運(yùn)河、長春南湖等水質(zhì)監(jiān)測。

2.前景與展望

當(dāng)前，我國農(nóng)業(yè)正由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代農(nóng)業(yè)，作為信息技術(shù)發(fā)展的前沿技術(shù)遙感技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中以意義重大，可監(jiān)測農(nóng)業(yè)自然災(zāi)害、農(nóng)作物病蟲害、農(nóng)作物長勢及產(chǎn)量等，同時為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展規(guī)劃及農(nóng)作物進(jìn)出口計(jì)劃的制定，糧食市場及種植業(yè)結(jié)構(gòu)的宏觀調(diào)控，企業(yè)及農(nóng)民經(jīng)營管理水平的提升做出了積極貢獻(xiàn)。在后期，我國農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)需集中于高光譜遙感及精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中，對高光譜技術(shù)、高分辨率技術(shù)、雷達(dá)技術(shù)、3S 技術(shù)等加強(qiáng)應(yīng)用，對基礎(chǔ)農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng)運(yùn)行管理機(jī)制不斷完善。在航空遙感方面，可對高空攝影、多波攝影、大像幅攝影等大力發(fā)展，以提高廣譜分辨率、節(jié)省開支、減少像幅；對低空輕型飛機(jī)小面積紅外攝影發(fā)展，可及時準(zhǔn)確獲取相關(guān)信息，具備較高的經(jīng)濟(jì)性特點(diǎn)。