遙感技術(shù)在精細(xì)農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用

張 旭，王改梅

（中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京100083）

1 引言

精細(xì)農(nóng)業(yè)也被稱為因地制宜農(nóng)業(yè)、處方農(nóng)業(yè)。它可以在遙感、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)技術(shù)支持下，進(jìn)行抽樣調(diào)查，獲取作物生長(zhǎng)的各種影響因素信息（如土壤結(jié)構(gòu)、含水量、地形、病蟲(chóng)害等）。通過(guò)進(jìn)行農(nóng)田小區(qū)作物產(chǎn)量對(duì)比，分析影響小區(qū)產(chǎn)量差異的原因，獲取農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中存在的空間和時(shí)間差異性，可以根據(jù)每個(gè)地塊的農(nóng)業(yè)資源特點(diǎn)，按需實(shí)施微觀調(diào)控，以充分利用現(xiàn)代化和機(jī)械化，精耕細(xì)作，獲取高的經(jīng)濟(jì)效益。

遙感技術(shù)是指運(yùn)用現(xiàn)代光學(xué)、電子學(xué)探測(cè)儀器，不與目標(biāo)物相接觸，從遠(yuǎn)距離把目標(biāo)物的電磁波特性記錄下來(lái)，通過(guò)分析、解譯揭示出目標(biāo)物本身的特征、性質(zhì)及其變化規(guī)律的綜合性探測(cè)技術(shù)。其基本原理就是不同物體的電磁波特性是不同的（黃惠珍，2010），通過(guò)探測(cè)地表物體對(duì)電磁波的反射和其發(fā)射的電磁波，從而提取這些物體的信息，完成對(duì)遠(yuǎn)距離物體的識(shí)別。

2 遙感技術(shù)應(yīng)用于精細(xì)農(nóng)業(yè)的必要性

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)因耗能高、產(chǎn)量低，正逐步被新型農(nóng)業(yè)所代替，而精細(xì)農(nóng)業(yè)，適應(yīng)了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)量高、投入少、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的要求（姚建松，2009），它的出現(xiàn)，是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向新型農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型的必然結(jié)果，具有歷史必然性。

遙感技術(shù)是精細(xì)農(nóng)業(yè)獲得田間數(shù)據(jù)的核心來(lái)源。沒(méi)有遙感技術(shù)的服務(wù)，就沒(méi)有精細(xì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。由于不同含水量的土壤具有不同的地表溫度（谷紀(jì)良，2010），不同生長(zhǎng)期和不同生長(zhǎng)情況的農(nóng)作物具有不同的波譜發(fā)射特征。因此，通過(guò)對(duì)作物本身及其生長(zhǎng)環(huán)境的波譜特性研究，可定量測(cè)定作物的生長(zhǎng)狀況和空間變異信息（李新磊等，2010），了解生態(tài)環(huán)境變化，為及時(shí)作出合理化的調(diào)整提供最權(quán)威的數(shù)據(jù)資料。因此，精細(xì)農(nóng)業(yè)要發(fā)展，必然需要遙感技術(shù)的應(yīng)用。

3 遙感技術(shù)在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

遙感技術(shù)可以客觀、準(zhǔn)確、及時(shí)地提供作物生態(tài)環(huán)境和作物生長(zhǎng)的各種信息。這是精細(xì)農(nóng)業(yè)獲得田間數(shù)據(jù)的重要來(lái)源。因些，遙感可以在很多方面為精細(xì)農(nóng)業(yè)服務(wù)。

3.1 作物養(yǎng)分診斷與監(jiān)測(cè)研究

作物養(yǎng)分主要包括氮、磷、鉀等元素，如果缺乏會(huì)導(dǎo)致作物光合作用能力和產(chǎn)量降低。近20年來(lái)，利用遙感進(jìn)行作物養(yǎng)分（尤其是氮）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和快速診斷一直是農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究的熱點(diǎn)，其中，高光譜遙感可很好的對(duì)作物養(yǎng)分進(jìn)行診斷和監(jiān)測(cè)（姚云軍等，2008）。基本原理就是利用作物氮、磷、鉀等含量的變化會(huì)引起作物葉片生理和形態(tài)結(jié)構(gòu)變化，造成作物光譜反射特性變化的特性。作物養(yǎng)分高光譜診斷與監(jiān)測(cè)方法主要包括多元統(tǒng)計(jì)回歸方法診斷作物養(yǎng)分含量，基于特定吸收波段內(nèi)波譜特征參數(shù)的作物養(yǎng)分診斷。

3.2 農(nóng)作物播種面積遙感監(jiān)測(cè)與估算

搭載遙感器的衛(wèi)星或飛機(jī)通過(guò)田地時(shí)，可以監(jiān)測(cè)并記錄下農(nóng)作物覆蓋面積數(shù)據(jù)，通過(guò)這些數(shù)據(jù)可以對(duì)農(nóng)作物分類，在此基礎(chǔ)上可以估算出每種作物的播種面積。目前商業(yè)銷售的遙感圖像已經(jīng)達(dá)到1m空間分辨率，在這種高分辨率圖像中可以進(jìn)行精確的農(nóng)作物播種面積估算。

3.3 遙感監(jiān)測(cè)農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)與產(chǎn)量估算

作物長(zhǎng)勢(shì)是作物生長(zhǎng)發(fā)育狀況評(píng)價(jià)的綜合參數(shù)，長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)是對(duì)作物苗情、生長(zhǎng)狀況與變化的宏觀監(jiān)測(cè)。構(gòu)建時(shí)空信息輔助下的遙感信息技術(shù)與作物生理特性及作物長(zhǎng)勢(shì)之間的關(guān)系模型便于作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)。利用遙感技術(shù)在作物生長(zhǎng)不同階段進(jìn)行觀測(cè)，獲得不同時(shí)間序列的圖像，農(nóng)田管理者可以通過(guò)遙感提供的信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)作物生長(zhǎng)中出現(xiàn)的問(wèn)題，采取針對(duì)措施進(jìn)行田間管理（如施肥、噴施農(nóng)藥等）。管理者可以根據(jù)不同時(shí)間序列的遙感圖像，了解不同生長(zhǎng)階段中作物的長(zhǎng)勢(shì)，提前預(yù)測(cè)作物產(chǎn)量。自20世紀(jì)80年代初開(kāi)始，中國(guó)有關(guān)研究部門(mén)與高校合作，利用陸地衛(wèi)星和氣象衛(wèi)星進(jìn)行大面積作物長(zhǎng)勢(shì)和產(chǎn)量監(jiān)測(cè)的研究與試驗(yàn)。這為我國(guó)作物產(chǎn)量的提前預(yù)報(bào)奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。

3.4 作物生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)

利用遙感技術(shù)可以對(duì)土壤侵蝕、土地鹽堿化面積、主要分布區(qū)域與土地鹽堿化變化趨勢(shì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，也可對(duì)土壤水和其它作物生態(tài)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這些信息有助于田間管理者采取相應(yīng)措施，合理調(diào)配，及時(shí)改善作物生態(tài)環(huán)境，使作物更好地成長(zhǎng)。

3.5 災(zāi)害損失評(píng)估

氣候異常對(duì)作物生長(zhǎng)具有一定影響，利用遙感技術(shù)可以監(jiān)測(cè)與定量評(píng)估作物受災(zāi)程度，作物受旱澇災(zāi)害影響的面積，對(duì)作物損失進(jìn)行評(píng)估，然后針對(duì)具體受災(zāi)情況，進(jìn)行補(bǔ)種、澆水、施肥或排水等抗災(zāi)措施，減少損失。

4 遙感技術(shù)在精細(xì)農(nóng)業(yè)發(fā)展中面臨的問(wèn)題與解決途徑

4.1 遙感數(shù)據(jù)庫(kù)不足

遙感技術(shù)在應(yīng)用于精細(xì)農(nóng)業(yè)中，因作物的生態(tài)物理參數(shù)（如含水量、葉綠素含量、葉面積指數(shù)等）各異，生長(zhǎng)環(huán)境復(fù)雜，生長(zhǎng)過(guò)程中隨時(shí)間的推移作物與土壤的各種物理化學(xué)條件都會(huì)變化，這就需要建立大量的數(shù)據(jù)庫(kù)，給遙感農(nóng)業(yè)帶來(lái)了不便。而現(xiàn)有精細(xì)農(nóng)業(yè)中的遙感數(shù)據(jù)庫(kù)還處于發(fā)展階段，數(shù)據(jù)量不足，有待進(jìn)一步完善。

4.2 解譯水平有待進(jìn)一步提高

遙感技術(shù)在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用尚且處于探索階段，許多解譯方法尚不成熟，如多種田間組分（作物、土壤等）混合光譜的研究等。而現(xiàn)代遙感技術(shù)單一解譯技術(shù)已趨于成熟，但混合光譜的研究才剛剛起步，還需要加強(qiáng)解譯水平，完善解譯體系。

4.3 建立標(biāo)形植被光譜數(shù)據(jù)庫(kù)

深入開(kāi)展農(nóng)業(yè)應(yīng)用中標(biāo)準(zhǔn)地物光譜特征研究，總結(jié)標(biāo)準(zhǔn)地物在不同條件下光譜變異規(guī)律，完善和擴(kuò)充農(nóng)業(yè)光譜數(shù)據(jù)庫(kù)，在應(yīng)用研究時(shí)將目標(biāo)物與標(biāo)形地物的波譜特征進(jìn)行對(duì)比，觀察波譜圖像，總結(jié)波譜特征規(guī)律，進(jìn)一步確定目標(biāo)物的現(xiàn)實(shí)特征，進(jìn)而實(shí)施相應(yīng)手段，提高作物產(chǎn)量。

4.4 建立健全解譯體系

加大遙感解譯的投入力度，建立健全常用地物的解譯體系，特別是完善農(nóng)業(yè)遙感中的解譯系統(tǒng)，將傳統(tǒng)解譯與現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合，結(jié)合地理信息系統(tǒng)，定位導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展，將不同地區(qū)不同地物的波譜特征納入解譯體系，提高解譯水平。

建立標(biāo)形地物波譜數(shù)據(jù)庫(kù)，加強(qiáng)農(nóng)田水分條件、肥力條件、病蟲(chóng)害等因子在遙感圖像中的解譯標(biāo)志，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物征兆信息的智能化提取，上述關(guān)鍵技術(shù)的突破，將有助于闡明作物生長(zhǎng)環(huán)境和收獲產(chǎn)量實(shí)際分布的相關(guān)機(jī)理，有助于遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)定量化，建立作物長(zhǎng)勢(shì)與產(chǎn)量預(yù)報(bào)定量模型，這對(duì)于提高農(nóng)業(yè)田間科學(xué)管理（灌溉、施肥或噴灑農(nóng)藥）具有重要意義。

5 結(jié)語(yǔ)

遙感技術(shù)的研究與發(fā)展，是促進(jìn)精細(xì)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要一步，隨著更高分辨率遙感技術(shù)的發(fā)展，遙感技術(shù)在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用必將更進(jìn)一步。未來(lái)精細(xì)農(nóng)業(yè)中遙感的定位，將從定性監(jiān)測(cè)逐步轉(zhuǎn)向定量監(jiān)測(cè)，定量遙感將在精細(xì)農(nóng)業(yè)中發(fā)揮更加重要的作用。因此，加強(qiáng)定量遙感的研究力度，完善定量遙感體系，建立定量遙感農(nóng)業(yè)模型，將為農(nóng)業(yè)遙感發(fā)展帶來(lái)新的活力，必將促進(jìn)精細(xì)農(nóng)業(yè)的蓬勃發(fā)展。

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