李楠

傳統(tǒng)的大面積作物生產(chǎn)管理技術相對粗放，作物生長監(jiān)測及診斷方法經(jīng)驗性強、時效性差。整個作物生產(chǎn)流程成本高，環(huán)境壓力大?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨著巨大的挑戰(zhàn)和壓力，迫切需要對作物長勢進行實時準確的監(jiān)測診斷和管理調控，以實現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質、高效、生態(tài)、安全生產(chǎn)的目標。精細農(nóng)業(yè)是實現(xiàn)農(nóng)田精準管理、資源優(yōu)化配置、有效提高作物產(chǎn)量和品質的重要途徑。而遙感技術作為精細農(nóng)業(yè)的技術體系之一，其應用一直以來備受關注。憑借高時空分辨率、高光譜分辨率的特點，高光譜遙感技術可以無損、快速的獲得作物冠層反射光譜。

一、遙感技術概述

遙感，即遙遠的感知，是運用在不同平臺上的傳感器對遠距離目標或自然現(xiàn)象進行探測，利用不同地物的反射率不同的特性來獲取地表信息。高光譜遙感是20世紀80年代初出現(xiàn)的一種新型對地觀測技術，是當今遙感技術的前沿。它是指傳感器獲取的數(shù)據(jù)光譜分辨率在10-2λ數(shù)量級范圍內(nèi)的遙感。由于高光譜遙感數(shù)據(jù)的每個像元可以提供幾乎連續(xù)的地物光譜曲線，實現(xiàn)了“圖譜合一”，這是高光譜遙感區(qū)別于常規(guī)遙感的主要之處，這也使高光譜反演陸地表面細節(jié)成為可能，大大提高了人們對客觀世界的認識能力。綠色植物葉片特有的內(nèi)部結構和組成成分，使其反射光譜特征也明顯區(qū)別與土壤、巖石和水體等其它地物。受色素、細胞構造和水分的影響，綠色植被光譜反射率曲線呈現(xiàn)明顯的波峰波谷。

二、遙感技術在農(nóng)業(yè)干旱監(jiān)測中的應用

1、植被面積提取

高光譜技術可以獲取超多波段遙感影像，其中包含了豐富的數(shù)據(jù)信息，在進行作物識別和植被分類時，相比常規(guī)的寬波段遙感，其識別的精度性和可靠性都大大提高。通過PHI航空高光譜影像，利用混合決策樹方法對6種水稻進行了精細分類，分類精度達94.9%。根據(jù)陸地表面溫度和歸一化植被指數(shù)，采用最大似然分類算法對北京小湯山現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)的遙感圖像進行了分類，分類效果良好。采用逐級分類方法在北京順義區(qū)進行了農(nóng)作物的精細分類，精度達95%以上。利用MODIS遙感影像自身攜帶的光譜信息即可實現(xiàn)冬小麥遙感全覆蓋自動識別，識別精度較高，并比傳統(tǒng)冬小麥種植面積最佳時相的選取提前3個月左右。利用高光譜數(shù)據(jù)對不同植被種類識別時，通過降低數(shù)據(jù)維度提取特征波段顯得尤為重要。對各植被類型的平均分類精度達90.3%，而最大似然法的平均分類精度僅為70.0%。利用鄱陽湖5種典型植被的實測高光譜數(shù)據(jù)，提取了植被間的光譜特征波段，并利用馬氏距離-光譜角法對不同植被類型進行有效識別。融入空間信息的高光譜遙感植被分類方法能有效地削弱噪聲，在一定程度上提高了分類精度，在實際應用中有一定的參考價值。

2、基于土壤熱慣量的干旱監(jiān)測

土壤熱慣量是表征土壤熱特性大小的物理量，對于同一類土壤，土壤含水量的多少決定土壤熱慣量的大小，故它可通過反演土壤水分來間接監(jiān)測農(nóng)業(yè)干旱情況。目前，被廣泛應用的有Price提出的土壤實際熱慣量的監(jiān)測模型和在此基礎上引出的表觀熱慣量概念;利用基于遙感數(shù)據(jù)的熱慣量法反演土壤水分時，增加了風速和地形因子;劉振華在考慮植被、水分、土壤特性之間的聯(lián)系的基礎上，改進了熱慣量模型;上述研究一定程度上有助于提高熱慣量法反演土壤水分的精度，但在實際監(jiān)測干旱的過程中，熱慣量法在低植被覆蓋區(qū)或裸土區(qū)效果較好，在高植被覆蓋區(qū)的反演精度差強人意。

3、基于地表能量平衡原理的干旱監(jiān)測

地球表面的土壤、植被和大氣之間物質和能量相互轉換、能量守恒，故根據(jù)地表能量平衡的原理可對干旱狀況進行研究。目前的模型主要有單層模型、雙層模型、彭曼模型和經(jīng)驗模型等，被廣泛使用的是陸面能量平衡方法（SEBAL）、地表能量平衡系統(tǒng)（SEBS）、大氣—陸地交換反演模型（ALEXI）、北部生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力模擬模型（BEPS）及其它一些性能較好的蒸散模型?；诘乇砟芰科胶庠淼母珊当O(jiān)測模型輸入?yún)?shù)要求較高，很難用來監(jiān)測較長時間尺度的干旱情況。

4、遙感技術在作物長勢監(jiān)測與作物估產(chǎn)中的應用

作物長勢監(jiān)測與作物估產(chǎn)即利用遙感技術對作物生長情況、趨勢進行觀測，以此估計作物產(chǎn)量與品質。目前作物長勢監(jiān)測最常見的就是運用NDVI、新發(fā)展的EVI指數(shù)等來估算生物量、作物產(chǎn)量等反映作物生長特征因子的直接觀測法。如劉新杰等反演冬小麥葉綠素密度、葉面積指數(shù)，監(jiān)測指數(shù)時序變化規(guī)律，分析不同品種冬小麥的長勢情況，并建立安徽龍亢農(nóng)場基于NDVI的冬小麥估產(chǎn)模型;與此同時，同期對比法即利用NDVI值的時序變化來反映年間作物生長狀況的差異也是重要運用。

綜上所述，精準農(nóng)業(yè)是遙感技術與自動化技術的綜合應用，結合田間最小單元的具體條件，最優(yōu)化配置耕地資源與勞動力投入，定量化精準田間管理，以提高農(nóng)作物產(chǎn)量與質量、降低生產(chǎn)成本，減小農(nóng)業(yè)活動為周邊環(huán)境帶來的污染及其他不利影響。精準農(nóng)業(yè)的實行將我國農(nóng)業(yè)發(fā)展代入一個新的臺階，不僅極大地提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，也在自然資源、環(huán)境、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)管理等方面具有重要作用與意義。

（作者單位：475400河南省太康縣環(huán)境監(jiān)測站）