河南省小麥長(zhǎng)勢(shì)遙感監(jiān)測(cè)地面調(diào)查技術(shù)

賈德偉 劉玉昕 王寧 靳媛媛

河南省是全國(guó)重要的糧食生產(chǎn)大省。小麥?zhǔn)呛幽鲜〉谝淮蠹Z食作物，種植面積和產(chǎn)量高居全國(guó)第一位。監(jiān)測(cè)河南省小麥長(zhǎng)勢(shì)，進(jìn)而對(duì)產(chǎn)量進(jìn)行估算，對(duì)指導(dǎo)小麥生產(chǎn)和保障國(guó)家糧食安全具有重要意義。河南省小麥分布范圍廣，且地形復(fù)雜，如采用常規(guī)統(tǒng)計(jì)方法獲取小麥長(zhǎng)勢(shì)信息，易受人為主觀因素影響，而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。遙感技術(shù)依靠其宏觀、客觀、適時(shí)、動(dòng)態(tài)、無損及簡(jiǎn)便的優(yōu)勢(shì)，可快速獲取小麥種植分布和長(zhǎng)勢(shì)狀況信息，為政府決策者和生產(chǎn)管理者制定科學(xué)合理小麥生產(chǎn)管理措施提供決策依據(jù)，達(dá)到促進(jìn)小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目的。

一、背景介紹

河南省開展農(nóng)作物遙感監(jiān)測(cè)已有20余年歷史， 2000年對(duì)全省小麥種植面積實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)， 2005年對(duì)全省小麥長(zhǎng)勢(shì)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。隨著國(guó)內(nèi)中巴陸地資源衛(wèi)星、環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星，高分系列衛(wèi)星以及國(guó)外landsat8衛(wèi)星、哨兵衛(wèi)星、RapidEye衛(wèi)星陸續(xù)成功發(fā)射，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)資源不斷豐富，河南省逐步將衛(wèi)星遙感技術(shù)拓展應(yīng)用在重大農(nóng)業(yè)自然災(zāi)害、農(nóng)業(yè)政策和項(xiàng)目執(zhí)行情況等方面。

農(nóng)作物能夠反射或輻射不同波長(zhǎng)的電磁波，這種特性在遙感數(shù)據(jù)中就形成不同的光譜特征。理想情況下，同一農(nóng)作物應(yīng)具有相同光譜特征，即“同物同譜”。但遙感成像時(shí)因太陽(yáng)光角度不同、含水量不同、病蟲害發(fā)生程度不同以及其他環(huán)境影響，會(huì)出現(xiàn)“同物異譜”和“異物同譜”現(xiàn)象，嚴(yán)重影響遙感監(jiān)測(cè)精度。因此，使用遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，還需要開展地面調(diào)查工作，建立和檢驗(yàn)遙感數(shù)據(jù)與農(nóng)作物生長(zhǎng)狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以此提高遙感監(jiān)測(cè)的精準(zhǔn)度，科學(xué)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

二、地面調(diào)查位置布設(shè)

（一）抽樣地面調(diào)查縣

為保證地面調(diào)查數(shù)據(jù)的科學(xué)性、及時(shí)性和有效性，需要專業(yè)技術(shù)人員按時(shí)保質(zhì)保量開展實(shí)地調(diào)查。在全省所有縣（市、區(qū)）開展此項(xiàng)工作成本過高，可以采用分層抽樣方法選擇30個(gè)地面調(diào)查縣抽查小麥長(zhǎng)勢(shì)。

抽樣以省轄市為層次，要充分考慮各縣（市、區(qū)）的地貌類型、空間位置、農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)、小麥種植面積占比、小麥單產(chǎn)、交通通達(dá)性等因素。例如，近幾年河南省確定滑縣、夏邑縣、太康縣、平輿縣、淮濱縣、鄧州市、洛寧縣和博愛縣等30個(gè)縣（市、區(qū)）為地面調(diào)查縣，覆蓋了黃淮海平原、南陽(yáng)盆地、豫西北山地丘陵及淮北平原等地貌類型，均勻分布在全省各地。其中，在小麥種植面積較大的南陽(yáng)市、商丘市、周口市和駐馬店市，各抽選了3個(gè)地面調(diào)查縣，具體分布詳見圖1。

（二）布設(shè)地面調(diào)查樣方

地面調(diào)查樣方為監(jiān)測(cè)小麥長(zhǎng)勢(shì)的500 m×500 m固定地塊。鑒于不同地區(qū)的種植習(xí)慣、種植結(jié)構(gòu)和作物產(chǎn)量存在差異，每個(gè)地面調(diào)查縣布設(shè)3個(gè)樣方，分別代表高產(chǎn)田、中產(chǎn)田、低產(chǎn)田。

地面調(diào)查樣方布設(shè)原則：一是典型性。樣方應(yīng)充分代表該縣主要?dú)夂?、地形、土壤類型和質(zhì)量、產(chǎn)量水平及耕作制度，樣方內(nèi)小麥種植面積應(yīng)占總面積的80%以上。二是固定性。樣方必須分布在基本農(nóng)田區(qū)內(nèi)，遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)、工礦用地、湖泊、水庫(kù)等非耕地區(qū)域，且長(zhǎng)期固定不變。三是差異性。樣方間隔距離應(yīng)保持在10 cm以上，確保其空間差異性，受地形等客觀條件限制時(shí)，可適當(dāng)調(diào)整距離大小，但必須大于5 cm。四是自然性。樣方應(yīng)以耕地自然界限為邊界，如水渠、道路、田埂和田徑等。

布設(shè)地面調(diào)查樣方后，利用GPS定位儀、土壤水分測(cè)定儀等設(shè)備，采集樣方地塊的基本信息，包括地理位置信息、氣象信息和地塊信息等內(nèi)容。地理位置信息包括縣鄉(xiāng)名稱、四至坐標(biāo)、海拔高度和地形地貌等。氣象信息包括年均降雨量、有效積溫和全年無霜期等。地塊信息包括監(jiān)測(cè)樣方面積、主要作物比例、土壤類型、地力等級(jí)、作物凋萎含水量、作物物候期、種植制度、產(chǎn)量水平、田間持水量等。

（三）確立采集點(diǎn)

按照5點(diǎn)采樣法要求，在每個(gè)地面調(diào)查樣方內(nèi)確立5個(gè)采集點(diǎn)，用于定期收集小麥長(zhǎng)勢(shì)數(shù)據(jù)。5個(gè)采集點(diǎn)的平均情況代表該樣方實(shí)際情況。確立的采樣點(diǎn)周圍小麥長(zhǎng)勢(shì)要有代表性，長(zhǎng)勢(shì)均勻一致，并避開樣方的4個(gè)頂角、地邊和溝邊。確立方法是以樣方兩對(duì)角線中心點(diǎn)為中心采集點(diǎn)，分別沿著對(duì)角線四個(gè)方向等距（250～350 m）選擇其他4個(gè)采集點(diǎn)，如下頁(yè)圖2所示。采集點(diǎn)確立后，應(yīng)固定位置并設(shè)明顯標(biāo)志，便于下次采集數(shù)據(jù)。

三、調(diào)查內(nèi)容及方法

在每個(gè)采集點(diǎn)，需要調(diào)查監(jiān)測(cè)1m雙行小麥長(zhǎng)勢(shì)數(shù)據(jù)，調(diào)查內(nèi)容主要包括生育期、基本苗數(shù)、總莖蘗數(shù)等參數(shù)。

（一）生育期。根據(jù)樣方內(nèi)小麥生長(zhǎng)情況，判斷所處生育期，遙感監(jiān)測(cè)地面調(diào)查主要集中在小麥的越冬開始期、返青期、起身期和拔節(jié)期等關(guān)鍵生育期。

（二）基本苗數(shù)。由1m雙行的苗數(shù)折算出單位面積耕地上的苗數(shù)。折算公式為：基本苗=1m雙行苗數(shù)×單位面積÷行距÷2。

（三）總莖蘗數(shù)。由1m雙行的莖蘗數(shù)折算出單位面積耕地上的總莖蘗數(shù)。露出葉鞘的孽應(yīng)計(jì)算為一個(gè)分蘗，當(dāng)分蘗出現(xiàn)喇叭口或心葉出現(xiàn)枯萎變黃的退化孽時(shí)，不計(jì)入總莖蘗數(shù)。折算公式為：總莖蘗數(shù)=1m雙行莖蘗數(shù)×單位面積÷行距÷2。

（四）主莖葉齡。在1m雙行內(nèi)選擇30株小麥，統(tǒng)計(jì)每株主莖葉片數(shù)，計(jì)算得出30株樣本的平均單株主莖葉齡。未出全的心葉以其露出長(zhǎng)度占下一葉片長(zhǎng)度的比例表示，如0.5。

（五）單株莖蘗數(shù)。在1m雙行內(nèi)選擇30株小麥，統(tǒng)計(jì)每株小麥主莖及各級(jí)分蘗數(shù)，計(jì)算得出30株樣本的平均單株莖蘗數(shù)。

（六）單葉葉面積。在1m雙行內(nèi)選擇10株小麥所有綠色葉片，用直尺測(cè)量并記錄葉寬和葉長(zhǎng)，計(jì)算得出10株樣本的單葉葉面積平均值。其中，葉面積=葉寬×葉長(zhǎng)×換算系數(shù)，換算系數(shù)一般為0.833。

（七）墑情。土壤墑情以土壤水分測(cè)定儀實(shí)測(cè)結(jié)果為準(zhǔn)。當(dāng)缺少儀器設(shè)備時(shí)，也可依靠傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)評(píng)價(jià)為過濕、適宜、輕旱、中旱和重旱。

（八）長(zhǎng)勢(shì)對(duì)比。依據(jù)上述測(cè)定數(shù)據(jù)，與去年同時(shí)期對(duì)比，綜合研判得出結(jié)論，如長(zhǎng)勢(shì)好于去年、長(zhǎng)勢(shì)與去年持平、長(zhǎng)勢(shì)差于去年等。

四、小結(jié)

遙感監(jiān)測(cè)地面調(diào)查的工作內(nèi)容龐雜嚴(yán)謹(jǐn)，本文僅論述了抽樣地面調(diào)查縣、布設(shè)地面調(diào)查樣方、確立采集點(diǎn)的技術(shù)以及主要調(diào)查內(nèi)容和方法。經(jīng)過多年實(shí)踐檢驗(yàn)，使用該技術(shù)方法獲得的數(shù)據(jù)具有科學(xué)、精準(zhǔn)、及時(shí)、客觀的特點(diǎn)，可以有效提高小麥長(zhǎng)勢(shì)遙感監(jiān)測(cè)精度，提升對(duì)小麥生產(chǎn)形勢(shì)研判的準(zhǔn)確度，為指導(dǎo)小麥生產(chǎn)和政府宏觀決策提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

基金項(xiàng)目：本文系縣域尺度農(nóng)田表層土壤有機(jī)碳遙感估算及不確定性研究（2221021100999）

（責(zé)任編輯? ?劉沛儒）