基于遙感技術(shù)的耕地質(zhì)量定量監(jiān)測初探

■陳雪榮 陳燕

（長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪學(xué)院陜西西安710054）

基于遙感技術(shù)的耕地質(zhì)量定量監(jiān)測初探

■陳雪榮 陳燕

（長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪學(xué)院陜西西安710054）

本文通過傳統(tǒng)耕地質(zhì)量監(jiān)測方法與基于遙感技術(shù)的耕地質(zhì)量監(jiān)測方法的對比，得出基于遙感技術(shù)的耕地質(zhì)量監(jiān)測的可行性；并對基于多光譜技術(shù)的耕地土壤指標(biāo)遙感定量反演以及評價(jià)指標(biāo)模型的建立進(jìn)行了初探。

耕地質(zhì)量 遙感技術(shù) 定量監(jiān)測

1 引言

耕地是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是國計(jì)民生的根本依托。確保足夠數(shù)量和相當(dāng)質(zhì)量的耕地，不僅是經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步的需要，而且是社會安定和國家安全的重要保障[1]。區(qū)域耕地?cái)?shù)量的多少和質(zhì)量的高低，直接關(guān)系到該區(qū)域的經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會發(fā)展和人民生活水平的提高。我國耕地現(xiàn)狀如下：耕地總量多、人均耕地少；高質(zhì)量的耕地少；耕地后備資源少；違法占用現(xiàn)象嚴(yán)重；土壤污染、耕地退化嚴(yán)重。耕地質(zhì)量指的是構(gòu)成耕地的各種自然因素和環(huán)境條件狀況的總和，表現(xiàn)為耕地生產(chǎn)能力的高低、耕地環(huán)境狀況的優(yōu)劣以及耕地產(chǎn)品質(zhì)量的高低。耕地質(zhì)量的好壞直接影響到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效益，關(guān)系到農(nóng)業(yè)和社會的可持續(xù)發(fā)展。

2 傳統(tǒng)技術(shù)與遙感技術(shù)對比

2.1 傳統(tǒng)耕地質(zhì)量監(jiān)測方法

傳統(tǒng)的耕地質(zhì)量監(jiān)測方法是根據(jù)監(jiān)測區(qū)情況布置監(jiān)測點(diǎn)，在監(jiān)測點(diǎn)采樣深度為0-20cm耕層土壤，也可以根據(jù)污染物遷移情況采集樣品[2]。所有樣品經(jīng)風(fēng)干、剔除雜質(zhì)、研磨、篩選后進(jìn)行相關(guān)檢測分析。這種監(jiān)測方法結(jié)果較為可靠，但是有以下缺點(diǎn)：工作量大，達(dá)到動態(tài)監(jiān)測需要耗費(fèi)大量的人力物力；監(jiān)測周期長、速度慢，實(shí)現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測難度較大；通過實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)得到的土壤現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，只能反映出實(shí)驗(yàn)區(qū)較小范圍的耕地情況，難以實(shí)現(xiàn)大范圍的監(jiān)測。在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行化驗(yàn)過程中有可能造成土壤的二次污染，影像監(jiān)測結(jié)果的精度。因此，迫切需要新的監(jiān)測技術(shù)來快速、準(zhǔn)確的監(jiān)測耕地質(zhì)量的變化。

2.2 基于遙感技術(shù)的耕地質(zhì)量監(jiān)測

遙感技術(shù)具有監(jiān)測范圍較廣、作業(yè)速度較快、成本低、可重復(fù)對同一地區(qū)獲取時間序列信息、數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性強(qiáng)等特點(diǎn)。利用遙感技術(shù)監(jiān)測耕地質(zhì)量不僅便于實(shí)現(xiàn)長期、動態(tài)的監(jiān)測，還能發(fā)現(xiàn)用常規(guī)方法難以揭示的污染源及其擴(kuò)散問題。高光譜遙感將反映地物性質(zhì)的光譜與確定其空間和幾何關(guān)系的圖像革命性的結(jié)合到一起，在獲取研究對象的影像的同時獲得每個像元的光譜分布，定量分析地球表面生物物理化學(xué)過程和參數(shù)，為耕地質(zhì)量監(jiān)測提供了一種新的技術(shù)手段，使得耕地質(zhì)量各指標(biāo)定量反演成為可能。已有大量研究表明，土壤理化性質(zhì)的不同會造成土壤光譜反射曲線的差異。土壤的光譜特性曲線與土壤類別、含水量、有機(jī)質(zhì)含量、土壤侵蝕程度、土壤表面的粗糙度、粉砂相對百分含量等都有關(guān)，也和地表的植物覆蓋類型和程度有關(guān)。因此，運(yùn)用遙感技術(shù)進(jìn)行耕地質(zhì)量動態(tài)監(jiān)測是可行的[3]。

3 遙感技術(shù)用于耕地質(zhì)量監(jiān)測

基于遙感技術(shù)的耕地質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)是指以遙感影像、土壤圖等多種數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，借助ENVI、ARCGIS等軟件工具,利用計(jì)算機(jī)自動發(fā)現(xiàn)、疊加分析等技術(shù),完成耕地質(zhì)量監(jiān)測。遙感動態(tài)監(jiān)測就是利用遙感的多傳感器、多時相的特點(diǎn)，通過不同時相同一地區(qū)的遙感數(shù)據(jù)，進(jìn)行變化信息的提取[4]。

3.1 基于多光譜技術(shù)的耕地土壤指標(biāo)遙感定量反演

土壤有機(jī)質(zhì)是植物的主要營養(yǎng)元素之一,是土壤肥力的重要組成部分,是土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。采用常見的多光譜遙感數(shù)據(jù),進(jìn)行星地同步實(shí)驗(yàn),同時進(jìn)行土樣采集和土樣光譜野外測定,對土樣進(jìn)行室內(nèi)化驗(yàn)其有機(jī)質(zhì)成分,建立土樣有機(jī)質(zhì)含量與遙感影像光譜反射率之間的反演模型,利用遙感技術(shù)反演研究區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)含量[5]。

土壤水分是氣候、水文、生態(tài)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的基本參數(shù),是農(nóng)作物發(fā)芽和生長發(fā)育的基本條件,同時還影響土壤侵蝕和蒸發(fā),使地表參數(shù)發(fā)生變化，導(dǎo)致地表能量、水分的再分配，因此是影響土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)。土壤水分的遙感定量是利用土壤光譜法計(jì)算影像反射率，建立土壤水分與影像光譜、實(shí)測光譜的遙感反演模型。

地表溫度是土壤重要的物理性質(zhì),不僅影響著土壤的發(fā)生和發(fā)育,而且對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著直接影響,是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要條件。土壤溫度、蒸發(fā)量選用具有熱紅外波段的常見遙感數(shù)據(jù),通過蒸散量反演模型,反演研究區(qū)的地表溫度、蒸散量分布圖,揭示這兩個因素與土壤質(zhì)量之間的關(guān)系。

植被在地球占有很大比例，植被指數(shù)是植物群落覆蓋地表狀況的綜合量化指標(biāo),是地理環(huán)境重要組成部分，是描述植被群落及生態(tài)系統(tǒng)的重要參數(shù)。采用NDVI來反映植被覆蓋信息，體現(xiàn)土壤肥力，表征耕地質(zhì)量狀態(tài)。NDVI值越高，說明該區(qū)域植被覆蓋率越高，耕地質(zhì)量越好[6]。

3.2 耕地質(zhì)量遙感評價(jià)體系

目前耕地土壤質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系主要從土壤化學(xué)組分、物理性質(zhì)和狀態(tài)以及土壤結(jié)構(gòu)、以及時空變化等方面進(jìn)行綜合考慮。運(yùn)用定量指標(biāo)法，選擇土壤化學(xué)、物理以及其他各種屬性，采用定量指標(biāo)，獲取并分析數(shù)據(jù)，確定評價(jià)指標(biāo)的閥值和土壤質(zhì)量等級，得出研究區(qū)域耕地質(zhì)量的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)耕地質(zhì)量的動態(tài)監(jiān)測。

4 結(jié)束語

新形勢下，根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展需求，人口一資源一環(huán)境的可持續(xù)利用要求，開展耕地質(zhì)量監(jiān)測工作，分析耕地質(zhì)量變化，具有重要的意義。其意義具體表現(xiàn)為以下幾個方面：促進(jìn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、數(shù)字農(nóng)業(yè)的發(fā)展；為耕地保護(hù)提供技術(shù)支持；為耕地管理科學(xué)決策提供技術(shù)支持；實(shí)現(xiàn)耕地管理由數(shù)量管理向數(shù)量、質(zhì)量管理并重管理的轉(zhuǎn)變。

[1]張鳳榮,王靜,陳百明,等.土地持續(xù)利用評價(jià)指標(biāo)體系與方法 [M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2003.

[2]王業(yè)耀,趙曉軍,何立環(huán).我國土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)路線研究 [J].中國環(huán)境監(jiān)測,2012,03:116-120.

[3]何挺.土地質(zhì)量高光譜遙感監(jiān)測方法研究 [D].武漢大學(xué),2003.

[4]姚闊,郭旭東,周冬,南穎,石曉平.高光譜遙感土地質(zhì)量指標(biāo)信息提取研究進(jìn)展 [J].地理與地理信息科學(xué),2014,06:7-12.

[5]丁美青.土地開發(fā)整理區(qū)土壤質(zhì)量遙感定量評價(jià)研究 [D].中南大學(xué),2014.

[6]方琳娜.基于SPOT多光譜影像和GIS的耕地質(zhì)量評價(jià)研究 [D].山東農(nóng)業(yè)大學(xué), 2007.

P2[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-5-174-1