基于地块单元的冬小麦遥感估产方法研究

[目的]以高分时序遥感影像为基础数据源,结合土地承包经营权地块数据,对冬小麦遥感估产方法及其精度进行研究和分析。[方法]文章以河南省兰考县为研究区,采用2019年4―5月份的GF-1C和GF-6 2 m PMS遥感影像提取了研究区冬小麦种植空间分布,并在地块单元控制下对冬小麦种植面积进行了修正和精度验证。其最优提取结果的修正阈值为0.93,地块单元内冬小麦总体分类精度为95.66%,Kappa系数为0.89。利用3月7日至5月20日6期GF-1 WFV遥感影像序列NDVI和RVI与冬小麦种植地块单元数据进行空间统计,得出各冬小麦种植地块单元内NDVI和RVI均值,通过分析冬小麦测产地块单元内均值植被指数与产量间的敏感性,提出一种组合均值植被指数的冬小麦遥感估产模型构建方法,通过交叉验证法对不同的估产线性回归模型进行精度评价。[结果]由4个均值植被指数组合变量的多元线性回归模型为最佳,决定系数为0.922 0,预测误差为40.96 g/m~2,预测精度为93.13%。通过该模型得出兰考县冬小麦平均产量为6 047.25 kg/hm~2,较2017年河南省统计年鉴研究区冬小麦平均单产6 001 kg/hm~2有所提高,土地承包经营权地块内和地块外冬小麦总产量分别为2.76亿kg和4 650万kg。[结论]该方法实现了冬小麦估产结果以像元为单位向以地块单元为单位的转变,解决了模型构建时光谱信息与实测产量间对应问题,为利用国产高分卫星进行县域地块尺度遥感单产精准化估算提供了方法支撑。     

中国收获面积差及其产量潜力情景分析

[目的]文章以提升耕地复种为切入点,从区域自然资源禀赋与利用的角度研究我国粮食产量潜力,能为国家科学优化水土资源配置,推进农业供给侧结构性改革提供有益参考。[方法]引入收获面积差的概念,在作物单产与耕地面积保持不变的前提下,从提升复种的角度估算我国收获面积差及其产量潜力。[结果]2005年左右网格尺度研究结果表明:第一,不同水资源分配情景下,中国可收获面积差在0.135亿~0.363亿hm~2(约合2亿~5.4亿亩)之间波动;第二,与不同农业土地利用水平下可能获得的作物产量相结合,该收获面积差最高可转化成7.4亿t的产量潜力;第三,最实际情况下,通过水资源、作物类型、灌溉措施3方面配置,我国拥有0.135亿hm~2(2亿亩)收获面积差,其可转化为1.17亿t的产量潜力,相对于现实产量5.97亿t,约增产19.6%。第四,长江中下游地区同时拥有好的水热条件与相对优良的灌溉设施,而该地区较大的收获面积差与产量潜力说明其水土资源利用还有较高的调整优化空间。[结论]粮食总产受作物单产、耕地面积、复种指数等3个方面综合影响,但前两大因素对我国粮食产量潜力的贡献已经非常有限。     

基于多源遥感数据融合的运城盆地夏玉米估产研究

[目的]准确估算区域尺度作物产量是确保粮食安全,发展生态、安全农业的关键。[方法]文章以山西省重要的粮食产区——运城盆地为例,利用2020年空间分辨率为10m的Sentinel-2A数据和时间分辨率为1d的MODIS数据,采用STNLFFM (Spatial and Temporal Nonlocal Filter based Fusion Model)算法并结合光能利用率模型进行夏玉米NPP (Net Primary Production)模拟和产量估测。[结果]（1）融合后的NDVI数据能较好地继承Sentinel-2A NDVI数据的空间细节,同时能够较好地表达较小地物之间空间差异;（2）STNLFFM NDVI时序曲线能准确地反映夏玉米种植时期的NDVI变化趋势和局部突变信息,比MODIS NDVI时序曲线更符合夏玉米实际生长状况。（3）运城盆地夏玉米种植区累积NPP均值为667.42 gC/m2,其中西北部的涑水河冲湖积平原,受人类活动影响显著,灌溉条件较好,NPP累积量较高,为700～900 gC/m2。（4）东北部山区和北部台塬区受地形破碎程度较高影响,NPP累积量小于5...     

氮肥减量及秸秆替代过量氮肥下冬小麦/夏玉米轮作体系氮素淋失风险研究

针对过量施用氮肥和地下水硝酸盐超标的现状,探索减量施氮、秸秆替代过量氮肥下土壤氮素的淋失风险,以期为降低氮素淋失风险提供科学依据。通过在河北省徐水县进行连续4年的冬小麦—夏玉米轮作体系田间定位试验,分析耕作(少耕和常规耕作)、施氮量(无机氮0、200和300 kg/hm~2)和秸秆(还田、不还田)等措施对作物收获后土壤无机氮累积、土壤—作物体系氮平衡状况以及冬小麦和夏玉米产量的影响。结果表明,小麦收获后,过量施氮处理0~100 cm土壤硝态氮累积量显著高于其它处理,高达221 kg/hm~2,过高的土壤残留硝态氮增加玉米高温多雨季氮素淋洗风险。3年氮平衡累积量比较显示,过量施氮、少耕/常规耕作减量施氮秸秆还田3处理的氮平衡值无显著性差异,以少耕减量施氮秸秆还田最低,为236 kg/hm~2,过量施氮处理最高,为281 kg/hm~2,三者均显著高于少耕/常规耕作减量施氮秸秆不还田处理。冬小麦—夏玉米轮作体系氮平衡值与0~100 cm土层的土壤无机氮、土壤硝态氮累积量呈显著正相关,说明氮素大量盈余会导致0~100 cm土壤剖面无机氮大量累积,尤其是硝态氮大量累积。少耕和常规耕作减量施氮秸秆还田处理的冬小麦、夏玉米产量与过量施氮无显著差异。综合考虑土壤无机氮累积量、氮平衡值和作物产量,少耕或者常规耕作下,可以利用秸秆氮替代过量无机氮,降低氮素淋洗风险。     

无人机高光谱遥感数据在冬小麦叶面积指数反演中的应用

[目的]无人机高光谱遥感是获取田间尺度作物生长参数的新型手段,如叶面积指数(leaf area index,LAI)的无人机快速观测对作物生长监测具有重要意义。[方法]研究以河北省衡水市冬小麦为研究对象,利用以多旋翼无人机为平台搭载Cubert UHD185成像高光谱传感器获取了冬小麦乳熟期的无人机高光谱影像数据;在无人机飞行的冬小麦试验田,利用LAI 2200进行了同步观测试验。该研究利用植被辐射传输模型PROSAIL模拟小麦冠层反射率数据,进而模拟9种植被指数(RVI,NDVI,EVI2,OSAVI,MSAVI2,TCARI/OSAVI,RENDVI(red edge NDVI),MSI,S2REP)。将模拟的植被指数与LAI进行相关性分析,分别构建LAI反演模型并通过拟合效果选择最优的反演模型。然后基于LAI最优反演模型利用无人机高光谱遥感数据反演冬小麦乳熟期的LAI。最后利用地面实测LAI数据对反演结果进行了验证。[结果]9种植被指数中包含红边波段的RENDVI和S2REP与LAI具有高度相关性,而且消除了在小麦LAI高值区时其他植被指数对LAI饱和的问题。基于RENDVI指数模型模拟的LAI与模型模拟的LAI之间RMSE为0.51,无人机高光谱数据LAI反演结果与地面实测值高度拟合(R2=0.83,RMSE=0.16,NRMSE=10%,n=25,P0.001),因此RENDVI是用于估算LAI的较理想的植被指数。[结论]无人机高光谱是获取小麦LAI的有效手段,该研究为利用无人机高光谱数据监测作物生理生态参数提供了参考。     

生长期气候变化对中国主要粮食作物单产的影响

本文运用超越对数生产函数模型分析了1975～2008年间作物生长期气候变化对中国主要粮食作物—一季稻、小麦和玉米单产的影响。研究表明:首先,作物生长期内气温升高对粮食单产具有负向影响,但对不同品种、不同地区粮食单产的影响具有差异性,气温升高能够增加高纬度地区春小麦和玉米单产。其次,作物生长期内降水增加对粮食单产的影响因粮食品种而异,虽然对西北地区春小麦单产具有正向影响,却对华南地区冬小麦单产具有负向影响。最后,作物生长期内日照增加主要通过与地区的交互作用影响粮食单产,平均日照时数增加对华南地区冬小麦单产具有正向影响,而对东北地区春小麦单产具有负向影响。     

2003~2015年河南省粮食增产格局与贡献因素研究

［目的］2003~2015年河南省粮食生产实现了“十二连增”，为保障全国粮食供应和粮食安全发挥了重要作用，理清12年来河南省粮食增产因素与地域格局，可为河南省调整农业政策，进一步保持和提升粮食产量提供依据。［方法］基于2003~2015年河南省粮食作物播种面积、产量等数据，运用数理统计和GIS空间分析方法测算了河南省粮食增产的作物和地市贡献，以及耕地面积和单产对粮食增产的贡献率，并对各地市的增产作物和贡献因素进行了分析。［结果］河南省粮食产量实现“十二连增”主要得益于河南传统粮食作物玉米和小麦的增产，二者贡献率达9192%，小麦贡献稍大于玉米； 单位面积产量的提升对于河南省粮食“十二连增”的贡献要大于播种面积的增加； 两大粮食作物小麦和玉米的增产主要得益于单产的提升； 12年来，河南省18个地市粮食产量都是增产状态，豫东南地区的南阳、商丘、信阳、周口和驻马店5地市为河南省粮食增产的主力。［结论］未来河南省需要在稳定粮食播种面积的基础上，进一步提高粮食作物的单产水平来稳定和提升其粮食生产能力和增长潜力。     

河南省不同典型农业生产区玉米施肥现状及增产潜力评价

[目的]通过调研2017年河南省不同典型农业生产区玉米的施肥现状,发现河南省玉米种植效益普遍较低主要与化肥不合理施用相关,提出相应的施肥建议以获得最大增产。[方法]采用实地问卷调查的方法,选择河南省禹州、长葛(两个粮食作物种植区)、杞县(一个经济作物种植区)3个典型农业经济区域作为调查地点,共调查了828家农户玉米的产量、施肥种类、施肥量、施肥时间、施肥方式等。[结果]河南省粮作区玉米产量为4 500.00～10 500.00kg/hm~2,养分投入量为90.00～1 249.00kg/hm~2,且仅有单质肥料和复合肥的投入,禹州、长葛两地粮作区平均PFP分别为19.18%和22.46%,、增产潜力分别为23%和26%;杞县经作区玉米产量在4 731.00～11 320.00kg/hm~2,养分投入量为0.00～1 206.00kg/hm~2。经作区有机肥的投入,使其肥料种类相对较多,该区域平均PFP为31.19%,平均增产潜力为34%。[结论]根据当地土壤肥力,粮作区玉米种植可适当减少氮肥投入量,降低基追比,增施磷钾肥,改进后玉米有20%～30%的增产潜力;经作区玉米种植严格把控氮磷钾的配施,增施有机肥,增加基肥种类,改进后玉米有30%～40%的增产潜力。     

市场动态·国际

加拿大小麦局调低2004/2005年度小麦销售价格预估004年欧盟25国预计收获软小麦同比增长21.4%据欧盟粮食商会称,2004年盟25国预计收获1.24504亿吨软小麦,同比增长21.4%,于9月24日预测的1.23952亿吨。2004年欧盟25国软小播种面积预计为1945.1万公顷,同比增长6.3%。欧盟粮食会还预测2004/2005年度欧盟25国的小麦平均单产为每顷6.4吨。同时还预计2004年欧盟25国杜伦麦产量为142.8万吨,同比增长27.5%。欧盟25国2004/2005年度黑产量预计为983.4万吨,同比增长29.9%;燕麦产量预计为82.1万吨,同比增长3%。据加拿大小麦局(CWB)称,由于世界小麦产量前…     

基于HJ-CCD影像的河南省冬 小麦种植面积变化全覆盖监测

针对目前省域冬小麦种植面积遥感监测业务化运行中所存在的监测精度与成本之间相互制约的现实问题,该文以冬小麦主产区河南省为研究区域,利用2008年我国发射升空HJ卫星提供的遥感影像,通过分区解译,得出2009/2010年度河南省冬小麦种植面积年际变化率。结合两年冬小麦地面样方进行精度检验表明,利用HJ-CCD影像来进行河南省冬小麦种植面积变化全覆盖监测是可行的。     

高分1号冬小麦解译面积核算方法研究

[目的]以高分1号(GF-1)融合2m卫星遥感影像为基础数据源,结合土地利用现状数据、高分多源遥感影像和地面样方等数据,对冬小麦分类提取中存在的面积误差问题进行研究和分析。[方法]文章以河南省永城市为研究区,在冬小麦提取结果聚类处理基础上,基于线性地物缓冲区数据,采用GIS空间运算实现线性地物面积扣除,接着分析了样方数据和土地利用现状数据再扣除零星地物面积比例上的差异,并采用样方零星地物平均扣除系数对全市各乡镇耕地与非耕地中冬小麦提取面积进行了相关统计和误差分析。[结果]永城市冬小麦最终解译面积11. 29万hm~2,其中线性地物和零星地物扣除面积分别为6 613. 08hm~2和3 875. 22hm~2,占研究区冬小麦解译面积的5. 86%和3. 32%,与统计上报数据相比,其处理前后误差由14. 12%降低至4. 41%,有效地提高冬小麦提取面积精度。[结论]误差来源分析与修正对冬小麦解译面积核算精度具有重要影响,该研究为县级区域尺度下冬小麦面积提取核算提供了思路和借鉴。     

我国云南山区马铃薯周年生产潜力的时空分布特征

利用NASA Prediction of Worldwide Energy Resource(POWER)网站和中国气象数据共享网中云南省1983~2013年台站的逐日气温数据和太阳辐射数据,基于FAO农业生态区域法和瓦赫宁根大学的马铃薯光合生产潜力模型,估算云南省马铃薯周年生产潜力。结果表明:比较三种马铃薯产量潜力的计算方法,结合国内外的生产实际,FAO农业生态区域法的光温产量潜力模型是目前较符合实际的计算马铃薯产量潜力的方法,并且有可能达到最大的实际产量的计算方法,其计算结果为大春(134.2±9.0)t/hm~2,小春为(76.6±14.8)t/hm~2,秋作为(76.2±8.3)t/hm~2,冬作为(70.1±15.1)t/hm~2。当水分不是限制因素时,海拔1 000m以上为大春马铃薯稳产高产区域;滇东北,滇东南和北纬25.5~26.5度间为小春马铃薯稳产高产区域。滇东北为秋作马铃薯稳产高产区域(经度在东经102.5~105.5之间)。云南省冬作马铃薯生产适宜区主要分布在滇中和滇南地区,面积较广,同时也是高产区域,滇西北和滇东北大部分区域不适宜种植冬作马铃薯,即海拔2 200m以下范围为适宜冬作区域,其余地区则为不适宜区域。海拔550~950m左右区域的冬作光合生产潜力、光温生产潜力最高。当水分不是限制因素时,在滇南950m海拔以下为稳产高产区域。     

基于ESDA的河南省县域烟草生产空间格局演变分析

[目的]以河南省县域为研究对象,分析烟草生产空间格局演变特征,为河南省烟草生产提供科学的参考依据。[方法]选用1990—2015年河南省县域烟草产量数据,采用区域重心计算模型和探索性空间数据分析方法(ESDA),对河南省县域烟草生产空间格局进行分析。[结果](1)从空间分布上看,烟草高产区主要分布在豫西、豫中,豫南有少量分布,低产区则集中在豫北和豫南地区;(2)从重心格局上看,河南省烟草生产重心整体呈西移的态势,南北波动幅度较小,空间格局趋向稳定;(3)从空间相关性来看,全局自相关分析显示:河南省烟草生产分布呈现显著的空间聚集性特征,空间聚集性逐渐减弱;局部自相关分析显示:河南省烟草生产大部分地区呈现无显著相关性,高—高类型主要分布在豫中和豫西地区,高—低类型和低—高类型分布变化较大。[结论]1990—2015年河南省烟草空间分布差异较大,高产区分布范围较小,且空间集聚性逐渐减弱。可通过加大科技投入、发展特色烟叶、完善基础设施等方式推动河南省烟草业的发展。     

基于生态足迹模型的河南省农业生态承载力动态评价

[目的]河南省是农业大国,研究其农业生态承载力可持续性不仅对河南省乃至全国都有重要意义。[方法]将生态足迹模型应用于农业领域生态可持续发展分析,将河南省农业生物生产性土地面积划分为耕地、林地、草地、水域用地,分别计算农产品、林产品、水产品及畜牧产品人均生态足迹及承载力。[结果]河南省人均耕地生态足迹由2007年的1.491hm2/人上升至2016年的2.164hm2/人,增长率45.10%,而人均耕地承载力却未出现同步增长,生态赤字不断加大。(2)2007年河南省草地人均生态足迹为0.101hm2/人,2016年上升至0.132hm2/人,增长率3.1%;而人均草地承载力却出现下降,下降率达26.2%,处于不可持续发展状态。(3)2007—2016年河南省水域人均生态足迹和人均水域承载力均未有太大变化。相比于耕地、林地和草地,其水域的供求差距最大。降低水域供求矛盾,提高水域及水产品利用效率是关键。(4)在农、林、牧、渔业中,河南省林地的人均生态足迹是唯一呈下降趋势的产业,2007年人均林地生态足迹为0.052hm2/人,2016年下降为0.046hm2/人,下降比率为11.54%;林地的人均生态承载力也是在4个产业中唯一出现增长的产业,上升比率为27.90%,但仍处于不可持续状态。[结论]2011—2016年河南省农业生态承载力严重不足,耕地保护、草地的确权及保护、提高水域及水产品利用效率、继续退耕还林是关键。     

河北省冬小麦—夏玉米干旱灾害风险评估

目的 通过分析河北省冬小麦和夏玉米的干旱灾害风险的时空分布格局,从致灾因子危险性、承灾体暴露性、环境敏感性、防灾减灾能力4个因子出发确定10个指标,为河北省农业防旱抗灾工作提供科学支持。方法 文章基于自然灾害理论,利用2000—2018年河北省气象站点数据,计算水分亏缺指数,并通过建立农作物减产率和水分亏缺指数的关系来确定不同干旱等级的临界阈值,建立基于信息扩散理论的干旱危险性评估模型。利用遥感数据以及统计年鉴数据,建立承灾体暴露性模型、环境敏感性模型和防灾减灾能力模型,在此基础上,对河北省冬小麦和夏玉米不同生育阶段进行干旱灾害综合风险评估。结果 （1）将信息扩散模型应用于小样本事件中,弥补资料不足带来的缺陷,可对不同级别的干旱进行风险评估;（2）干旱发生程度以轻度干旱和中度干旱为主,发生严重干旱的概率极低,致灾因子是影响旱灾程度的关键因素;（3）冬小麦和夏玉米在不同生育阶段风险的空间分布是不均的,高风险区和中高风险区呈现零星点状分布,冀中和冀南综合风险比较高,防灾减灾能力在一定程度上缓解了旱灾对该区的影响力度,而对于冀东地区来说,承灾体的暴露性以及防灾减灾能力决定了旱灾对该区的影响力度。结论 因此,建立的冬小麦和夏玉米不同生育期干旱灾害风险评估模型可有效地识别农业旱灾高风险区,服务于农业生产实践,可为防灾减灾提供支持。     

中国小麦生产的时空变异及区域优势分析

通过对1979～2002年小麦在中国粮食生产的产量和播种面积所占百分比的动态分析，论述了中国小麦在粮食生产中具有相对稳定的地位，而相对于其它粮食作物而言，小麦生产又具有较大的波动性的特征。对比分析五大气候生态区小麦单产、总产和播种面积，认为中国小麦生产具有空间上的相对稳定性和时间上的相对不稳定性，小麦生产的这种时空差异性造成了区域比较优势的时空变化。北方冬麦区和春麦区是发展小麦生产的重点地区。     

基于SFA模型的河南省粮食产量时空变化及投入要素影响

[目的]粮食问题影响着一个国家的国民经济发展和人民生产、生活,农业在整个社会生产活动中占有重要地位,河南省是全国农业大省,对河南省粮食产量进行分析具有重要的现实意义。[方法]以2005—2015年河南省各县粮食产量和投入要素为研究对象,将研究数据面板化,利用线性相关、随机前沿生产函数模型、脱钩分析等方法,运用ArcGIS 10.1、Eviews 8.0和SPSS 19.0等软件,对河南省各县粮食产量时空变化、投入要素影响程度和脱钩效应进行分析。[结果]模型运算结果表明文章选用模型效果较好,能够反映粮食产量的时空变化以及其与投入要素之间的关系,且符合河南省粮食产量实际情况。研究结果表明:(1)从时间上来看, 2005—2015年河南省粮食产量总体呈线性上升趋势;(2)从空间上来看,河南省中部、北部、东部和南部粮食产量较高,西部受地势因素影响粮食产量较低;(3)粮食产量与化肥施用折纯量、粮食播种面积、农民经营性收入、农药施用量、农业机械总动力和乡村农业人口呈正相关关系,与农村用电量呈负相关关系;(4)化肥施用折纯量、农村用电量、农药施用量存在脱钩效应,粮食播种面积、农民经营性收入、农业机械总动力不存在脱钩效应。[结论]应保持目前粮食播种面积不变,提高农业机械总动力,突出投入要素的影响,同时对河南省各县进行区域功能定位。