高分衛星遙感技術在中藥材產業扶貧領域中的應用

蔡妙婷 何小群 陳超

[摘要] 中藥材是中醫藥事業傳承和發展的物質基礎，是關系國計民生的戰略性資源。中藥材廣植于我國貧困地區，中藥材種植更是我國農村貧困人口收入的重要來源之一。本文分析了高分衛星遙感技術的特點及應用現狀，探討將遙感技術運用于中藥材產業扶貧中的思路和方法，并以江西省南豐縣贛陳皮的來源，南豐蜜橘種植面積估算為案例，體現遙感技術在準確獲取中藥材分布信息及種植面積估算中的優勢，為今后實現對中藥材產業扶貧的數字化監測提供先決條件，為中藥材種植合理布局的智能化提供參考。

[關鍵詞] 遙感技術;中藥材產業扶貧;種植面積;動態監測

[中圖分類號] R9? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-7210（2020）10（b）-0193-04

[Abstract] Chinese herbal medicines are the material basis for the inheritance and development of Chinese traditional medicine， and are strategic resources related to the national economy and the people′s livelihood. Chinese herbal medicines are widely planted in poverty-stricken areas in China， and the cultivation of Chinese herbal medicines is one of the important sources of income for the poor rural population in China. This paper analyzes the characteristics and application status of high-resolution satellite remote sensing technology， discusses the ideas and methods of applying remote sensing technology to the poverty alleviation of Chinese herbal medicines industry. The sources of dried tangerine peel of Jiangxi Province in Nanfeng County and the estimation of the planting area of Citrus reticulata Blanco′ Kinokuni′ are taken as cases to reflect the advantages of remote sensing technology in accurately obtaining the distribution information of Chinese herbal medicines and estimating the planting area， which provides a prerequisite for the digital monitoring of poverty alleviation of Chinese herbal medicines industry in the future and provides a reference for the intelligentization of rational distribution of Chinese herbal medicines.

[Key words] Remote sensing technology; Poverty alleviation of Chinese herbal medicine industry; Planting area; Dynamic monitoring

貧困是一個備受關注的世界性難題，關系到社會的穩定[1]，而產業化扶貧是近幾年全國貧困地區正在實踐的一種新型扶貧方式[2]，中醫藥在我國有著悠久的歷史，隨著國內外市場對其認可度不斷增加，相關產業也發展迅猛[3]。我國中藥材資源豐富，現已在多地形成獨具特色的中藥材產業，并將資源優勢轉化為經濟發展動力和農民增收的捷徑，是打贏脫貧攻堅戰的重要舉措[4]。

為更快更好地推動中醫藥振興發展和健康中國建設，我國加大力度建立以提高質量、促進增收脫貧為核心的中藥材產業扶貧機制，并出臺了一系列產業扶持政策，2017年《中醫藥法》正式頒布實施，國家中醫藥管理局和國務院扶貧辦等5個部門聯合印發中藥材產業扶貧行動計劃（2017—2020年）[5]，計劃中指出要在中藥材主產區建設一批中藥材種植信息監測站點，逐步構建貧困地區中藥材種植溯源體系，遙感技術能在時間及空間上對目標物進行監測，故遙感技術的引入，將大有利于中藥材產業扶貧計劃的實施。且隨著中藥材產業扶貧計劃的推進，中藥材種植布局規劃不合理，種植面積統計困難等問題也逐漸暴露，引入遙感技術，能更直觀地獲取地區的地理空間信息，確定適合的種植區域，且對于種植分布常較為零散，種植面積的統計工作量大的地區，能夠提高種植面積核算的效率及準確性，從結果上準確把控中藥材產業扶貧項目的實施情況。

1 遙感技術應用于中藥材產業扶貧的思路和方法

高分衛星遙感技術常用于水體、農作物、森林植被的動態監測，在中藥領域的運用起步較晚，現主要應用于中藥資源普查、中藥資源適應性分布研究、道地藥材分布研究及中藥資源遙感動態監測中[6-10]。本研究以贛陳皮（南豐蜜橘）為例，探究遙感技術在中藥材產業扶貧領域中的應用。

1.1 研究區概況

南豐蜜橘（Citrus reticulata Blanco Kinokuni）為蕓香科柑橘屬植物，其果皮為藥材贛陳皮的來源之一，屬于國內中藥材市場作為橘皮藥材供應的主流品種[11]，含有蕓香柚皮苷、橙皮苷、川陳皮素、橘皮素和生物堿類成分辛弗林等多種活性成分[12]。根據江西省南豐縣政府印發南豐縣產業扶貧直補到戶實施方案，貧困戶發展中草藥種植達1畝補助1000元，每增加1畝補助1000元，每戶上限補助3000元。方案調動貧困戶積極性，中藥材產業得以激活。且南豐蜜橘作為南豐縣代表性產品，當地政府十分重視，南豐縣建設南豐蜜橘示范園56萬畝，大力推行《南豐蜜橘技術標準體系》，南豐蜜橘“雙提工程”穩步推進，同時開設中國蜜橘網，讓南豐蜜橘產品生產企業進入線上銷售，并在建立“正宗南豐蜜橘果農直銷”“南豐蜜橘生態商場”網上直銷店的基礎上，推動產品入駐專門的網絡銷售平臺[26]。可見南豐蜜橘產業發展前景廣闊，是引領當地農戶脫貧致富的重要手段。

1.2 遙感技術在種植面積及產量估算中的應用

及時、準確地獲取中藥材種植面積，是衡量中藥材產業扶貧成效的重要指標之一。遙感測繪通過地物在不同波段的差異性，可以有效識別地物。針對南豐蜜橘生長和生產特征以及圖像質量分析，我們能夠在遙感影像中清晰地識別出南豐蜜橘的種植區域，并在影像圖中進行標注。本研究小組成員深入南豐縣南豐蜜橘種植區域，選取5個采樣點，記錄經緯度，結合GF-1影像可見南豐蜜橘樹冠呈半圓頭型，在影像中形成圓形圖像，且種植間距固定，在種植區域內形成排列整齊的圓形斑點（圖1），故研究小組利用遙感圖像處理軟件對提取到的遙感影像進行分析，對比原始真彩色與假彩色波段組合影像（圖2，封四），統計各波段組合的OIF指數，確定213波段組合為最佳組合波段，提取典型地物光譜曲線，計算得出南豐蜜橘種植區域與水體、人工表面典型地物區分明顯，但與周圍林地、耕地難以精確劃分。研究小組在剔除水體及人工表面的基礎上，選用目視解譯法提取南豐蜜橘種植區域（圖3，封四），最后利用ArcGIS 10.3軟件統計南豐蜜橘種植面積。通過上述分析得出，南豐蜜橘的種植面積約為439 678.1畝（1畝≈667 m2）。

遙感在中藥材種植面積估算中的應用并非個例，史婷婷等[13-15]利用遙感技術快速提取文山三七，寧國前胡，撫松縣人參種植區域，為中藥材產業扶貧中種植面積的核算帶來便利，解決了以往依靠層層上報獲取種植面積帶來的不確定性。

南豐蜜橘的生長狀況和趨勢，直接影響到蜜橘最后的產量和品質，與貧困戶的種植收益密切相關。采用遙感技術對南豐蜜橘長勢進行監測有助于對蜜橘生產進行宏觀管理，也是南豐蜜橘產量估測的重要數據來源。通過實地考察及歷年數據整理，獲取南豐蜜橘單株產量，并對多點進行采樣調查，計算畝產株數，結合遙感數據獲得的種植面積，能有效估算南豐蜜橘產量，了解該年度貧困戶收益狀況。但要實現真正意義上的中藥材估產，還需將遙感技術深入應用到中藥材長勢監測中。現今已有的監測方法為：直接監測法、同期對比法和生長過程監測法[16]。結合中藥材的生長周期，了解藥材生長特性、常年產量狀況及氣候狀況，可對中藥材產量進行客觀性評估[17]，甚至對產量進行預估，尤其在以縣為單位的情況下，縣內種植技術相近，種植品種基本相同，且縣域內氣候環境變化小，均有利于提高中藥材產量估算的準確性，宏觀把控扶貧成果。

1.3 病蟲害遙感監測

中藥材種植的過程中，病蟲害的發生將嚴重影響藥材產量，降低中藥材產業扶貧收益。南豐蜜橘容易產生的病蟲害問題主要包含瘡痂病、銹壁虱、紅蜘蛛、潛葉蛾、炭疽病和木虱類等[18]，其中柑桔瘡痂病最為常見，使果皮上出現褐色小點，影響藥材品相。瘡痂病葉片發病初期出現黃色油漬狀小點，病斑逐漸變為蠟黃色，后期病斑木栓化向葉背突出，葉面呈彎曲狀，但病斑突起不明顯。花器受害后，花瓣很快脫落，謝花后果皮上會出現褐色小點，病斑逐漸變為黃褐色木栓化突起。嚴重時葉片落光，枝條前端枯萎，幼果大量掉落，未脫落幼果也表現出果小、皮厚、味酸且不完全著色[19]。除瘡痂病外，柑桔木虱是黃龍病唯一自然傳播媒介，柑桔黃龍病是世界性的毀滅性病害，目前尚無有效的治療藥劑和有效的給藥方法，感病后只有砍掉，以免傳染，所以俗稱柑桔上的癌癥[20]。黃龍病葉片的典型癥狀是黃化、變小。據病程長短，葉片黃化有兩種主要類型，一種是斑駁型黃化，一種是均勻黃化。染病早期，葉片常顯現為斑駁型黃化，待病菌散播到全樹后，新梢抽生的葉片一般為均勻黃化[21]。病蟲害導致南豐蜜橘葉片細胞結構色素、水分氮素含量及外部形狀等發生變化，是遙感能夠監測到病蟲害的基本條件，病蟲害將導致葉面積指數及生物覆蓋度等變化，因此染病藥材的反射光譜與健康植株在某些波段的反射光譜存在差異[22]。故而利用地物光譜儀對南豐蜜橘病蟲害進行光譜觀測，通過研究病蟲害在可見光至近紅外波段的光譜響應并以此為特征以及通過模型研究來提供重要信息[23]。如選取南豐蜜橘在坡地上實行不同感染程度的接種試驗，在接種后每隔7 d左右，測定不同程度病害植株的冠層光譜、單葉光譜和對應的病情指數以及葉面積指數、葉傾角等生物物理參數和葉綠素、SPAD數值等生物化學參數。通過對獲取的光譜數據和生物物理參數和生物化學參數進行統計分析[24]。計算轉換指數并建立相關數學模型，監測南豐蜜橘的病蟲害情況，有助于及時采取相應措施控制病蟲害的蔓延，保證將損失減少到最低，保障中藥材產業扶貧的收效，并為后期因減產產生的相應補助的發放提供參考數據。

1.4 中藥材產業扶貧應用軟件開發

隨著計算機及人工智能領域的不斷發展，高分遙感技術的不斷進步，進一步挖掘遙感技術在其他領域的應用價值，開發相關的應用系統，并運用于中藥材產業扶貧工作中，對促進經濟發展及健康中國的建設具有重要意義。

以南豐縣為例，在實際操作中，結合ArcGIS等軟件建立扶貧開發數據庫[25]，聯合南豐縣扶貧工作的調研統計結果，建立以南豐縣南豐蜜橘種植產業遙感地圖為基礎，疊加貧困鄉鎮、貧困村、貧困戶等貧困信息的數據庫系統。同時，采用人工解譯提取技術，標注南豐蜜橘種植基礎設施，包括采收運輸道路，水利設施等，服務于精準扶貧工作中貧困戶種植信息統計及摸底調查。

在軟件功能設計中，主要考慮貧困戶查詢，如以姓名為檢索項，相關檢索信息以列表形式展示，點擊貧困戶，可定位到該貧困戶南豐蜜橘種植區域[26]，工作人員可以查看其家庭成員、基本收入、聯系方式、種植面積、種植年限等信息。加設圖層管理功能，通過圖層開關進行圖層切換或者疊加。切換到電子地圖可現實標注貧困戶南豐蜜橘種植區域，疊加水利設施及運輸道路、相關產業加工企業及合作社等。軟件中的統計功能，則實現總體及各鄉鎮貧困戶總數統計、種植面積統計、產量統計、補助金額統計、年收入統計、合作社統計等，直觀展示貧困戶經濟狀況，把握扶貧力度。

2 結束語

現今遙感技術已成熟運用于多個領域，本文以南豐縣為例，采用目視解譯法提取南豐縣南豐蜜橘種植區域并計算面積，探討將遙感技術引入到中藥材產業扶貧中的思路和方法，為實現中藥材種植信息監測奠定基礎，為逐步構建貧困地區中藥材種植溯源體系提供切實可行的方法。

然而要使遙感技術更好的服務于中藥材產業扶貧工作，實現精準扶貧、精準脫貧的目標，還需要完善扶貧對象及其與所屬南豐蜜橘種植區域相關聯的應用產品的開發，建立數據獲取及分析程序，定期對縣域內扶貧對象的中藥材種植情況進行監測及核查，做到點對點、隨時隨地掌握扶貧動態，通過多學科多領域的融合，助力中藥材產業扶貧計劃，使其帶領更多農村貧困人口脫貧增收，促進中醫藥事業的發展。

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（收稿日期：2020-04-01）