基于RapidEye影像的石漠化区休耕地块监测

[目的]该文选取云南省石漠化地区2个休耕试点区为研究区,研究使用RapidEye多光谱影像监测地块休耕状况的方法,为休耕精准监测提供参考。[方法]获取2017年8月2日覆盖研究区的RapidEye影像,进行大气校正、图像配准,选取休耕区及周边地区的绿肥作物、水稻、玉米、烟草、光温棚、遮阳棚、林地及水体等典型地物,分析绿肥作物与其他地物的光谱差异及可分离性;对休耕区影像进行监督分类,获得分类结果,将分类结果二值化为休耕与其他地物,然后使用地块矢量数据与二值化结果进行相交统计,得到地块休耕面积及比例,最后以休耕比例判定地块是否进行休耕。[结果]绿肥作物与其他典型地物光谱差异明显,可分离性良好;验证结果表明,在石漠化休耕区使用RapidEye影像基于休耕比例判别地块休耕的监测方法总精度为98.89%,Kappa系数为0.9292,错分误差为0,漏分误差为1.19%;判别阈值对休耕地块错分或漏分有影响。[结论]具有红边波段的RapidEye影像可用于石漠化休耕区的精准监测。     

基于快速设定决策阈值的大范围作物种植分布的遥感监测研究

[目的]作物分布是研究作物种植结构的基础,利用遥感进行大范围作物布局的监测识别,对推进农业种植结构研究、分析农业模式和制定农业政策都具有重要的意义。为了更好地适应作物生产的需求,解决大范围作物种植分布遥感监测方法复杂的问题,亟待构建一种快速实用的作物提取方法,实现作物种植信息的快速高效获取。[方法]以江苏省水稻、小麦和玉米为研究对象,利用作物关键生育期内的多时相中分辨率遥感影像,针对作物生长特点进行影像的特征转换,以行政区县为基础的作业单元进行区域划分及阈值设定,构建多时相阈值决策提取模型,并提出一种基于少量样本投射的阈值快速确定的方法,实现大范围作物分布的快速识别。[结果]该方法能够快速分单元确定模型的阈值,     

近10年长江经济带多尺度耕地利用变化特征

[目的]研究长江经济带耕地利用特征及其变化规律,辅助跨区域耕地保护与管理、促进农业可持续发展。[方法]基于合作博弈赋权法的多指标综合评价法,利用耕地规模、投入和产出指数,分析长江经济带近10年多空间尺度变化特征。[结果](1)2005~2015年期间长江经济带耕地规模指数、投入强度、产出能力均呈现增长态势,增长比例分别为8.98%、124.27%、18.81%。(2)长江经济带不同尺度耕地利用变化特征存在显著差异。上游耕地规模指数增长20.26%,中游地区耕地投入强度增长明显,下游地区耕地规模指数下降3.86%,但耕地产出能力提升显著。从省域尺度上来看,"云南—贵州—湖南—湖北"一带耕地规模指数增加明显,云南、安徽、贵州和四川4省耕地投入强度的涨幅超20%,四川、安徽、江西、江苏省耕地产出能力增长明显。地级及以上城市尺度耕地规模指数、投入强度和产出能力呈"大范围增长,局部小幅降低"格局。(3)地级及以上尺度耕地规模指数、投入强度和产出能力变动关系错位明显。[结论]大区域多尺度耕地利用变化特征对比分析,有助于进一步理解区域耕地利用变化的深层次动力机制,是有效推进跨区域耕地利用与保护、统筹安排农业发展布局和助力流域乡村振兴的重要参考。     

面向农业区划的作物种植结构遥感提取

[目的]尝试将作物种植结构提取结果由行政单元发展为基于相对均质的地理网格单元,解决当前农作物种植结构信息提取的空间局限性问题,文章在大尺度的土地利用/覆被分类与地块尺度的作物分类之间提出了作物种植结构单元概念,并构建了一种快速、低成本、准确的区域尺度作物种植结构提取方法。[方法]利用黑龙江省2014年250m分辨率的植被指数产品构建时间序列曲线提取物候信息,在耕地物候分区基础上对各物候区进行面向对象的多尺度分割,提取作物种植结构单元,利用光谱特征和NDVI指数构建特征空间,最终采用最邻近分类方法提取作物种植结构。[结果](1)利用MODIS时间序列数据提取物候特征进行多尺度分割的方法,能够有效的提取区域尺度农作物种植结构单元;(2)作物种植结构提取总体精度为95.70%;(3)黑龙江省2014年作物种植类型共有12种。其中,三江平原主要是水稻单一种植区、水稻混作区;松嫩平原以玉米单一种植区以及玉米-大豆混作区种植为主;西北部种植结构较复杂;东南部因地势等影响多种植玉米、大豆。[结论]利用物候数据进行种植结构提取可以有效划分农业区划,研究成果不仅为作物种植结构调整和农业发展布局提供科学依据,也是不同区域产量预测的基础,为合理布局农业生产、改进耕作制度以及引入和推广新产品等提供依据。     

基于遥感的陆良县设施种植区域时空变化监测

[目的]文章以云南省陆良县为研究区,通过2013年4月到2017年3月6景Landsat-8 OLI影像提取该地区规模化设施种植区域空间分布信息,分析该县设施种植区域的空间特征和面积时序变化,为设施农业发展调控和优化提供参考信息。[方法]使用OLI全色波段影像和多光谱影像融合,得到15m分辨率的融合图像;使用融合图像7、5、3波段组合的RGB假彩色图像进行目视解译,提取设施种植区域信息。[结果]获取该县2013—2017年共6期设施种植区域空间信息。[结论]遥感监测显示:(1)该地区设施大棚包括种植蔬菜瓜果的光温棚和种植三七的遮阳棚;光温棚主要分布于湖积平原区,遮阳棚主要分布于北部、西部及南部环盆地的山坡地区;(2)陆良县设施种植区域总面积保持增加趋势,但不同类型大棚的变化趋势不同;光温棚面积自2013年4月到2017年3月持续增加;遮阳棚面积则出现大幅增长和大幅减少的现象。     

江苏省农田氮素平衡的时空变化特征分析

[目的]探究江苏省农田氮素盈余状况的时空变化规律,并识别氮素污染的潜在风险区域。[方法]基于江苏省农业生产统计数据,运用氮平衡模型,分析全省农田氮盈余的时空变化特征。[结果](1)1979—2015年江苏省农田氮盈余量从1979年的15. 1万t上升至2015年的29. 67万t,总体经历相对平稳、持续上升到稳步下降的变化过程,由升到降的时间拐点在2003年。氮肥作为第一大氮输入源,所占比例始终介于60%～82%之间,对江苏农田氮素平衡起决定性作用;(2) 2005—2015年苏北地区农田氮素大多呈高输入、高输出状态,苏南地区则有低输入、低输出的特征,氮肥依旧为各地第一大氮输入项,输入高值区分布在徐州、盐城;(3) 2005—2015年江苏省农田氮盈余强度从135. 78kg/hm2降低至64. 85kg/hm2,各地农田氮盈余强度普遍下降,但南北分化明显,位于江苏北部的徐州、宿迁和淮安,农田氮素盈余强度总体维持较高水平,苏南太湖流域地区、江苏沿江地区和沿海地区,氮素盈余强度相对较弱,且期间有继续下降倾向,镇江、泰州、扬州与南京,新近农田氮素甚至呈亏缺状态。[结论]基于上述测算结果,提出农田氮过剩污染风险区的农业生产调整对策思路。     

基于格网尺度的密云水库区域“三生”空间功能测度与时空变化分析

[目的]为有目标地进行土地利用调整、科学合理促进区域生态景观建设和生态环境保护提供参考。[方法]文章以北京市密云水库区域为研究对象,基于遥感影像解译的1993年和2016年土地利用现状图,分析了研究区土地利用类型的面积变化和相互转换特征;在剖析土地多功能性的基础上,构建了不同土地利用类型的生产、生活、生态用地的功能指数,从而对土地利用类型进行了"三生"空间的划分,并基于格网尺度揭示了研究区域"三生"空间时空变化规律。[结果](1) 1993—2016年密云水库区域土地利用类型主要为林地和水域,其面积变化以耕地、林地、草地和园地为主。其中,耕地和草地的面积减少,主要转换为园地;林地面积增加,主要来源于草地和荒土地;园地面积增加,主要来源于林地、耕地和草地;林地和园地之间相互转化的面积较大。(2)研究期间,密云水库区域"三生"空间相对稳定,生态功能一直是研究区域的主导功能,1993—2016年生产空间和生活空间扩张,生态空间略有缩小;不同级别保护区范围内的土地利用变化规律与总体变化较为一致,二级保护区范围内的变化相对大。[结论]研究结果可以为精细化评估区域"三生"空间时空变化做参考,并能服务于区域土地利用结构调整和可持续利用及区域生态建设。     

1990—2017年河北省易县土地利用时空格局动态变化

[目的]河北省易县是太行山片区的典型区,土地利用与经济发展特征明显。研究该县土地利用时空格局动态变化,可以为区域生态建设与可持续发展提供一定的参考。[方法]通过对Landsat中分辨率遥感影像解译分析,获取易县1990年、2000年、2010年和2017年的土地利用格局,在深入分析土地利用转移矩阵、动态度、信息熵的基础上,对土地利用变化程度的进行有效空间化,探索土地利用在不同地形梯度上的变化规律。[结果]1990—2017年,研究区耕地和草地的面积均明显减少,主要转移为林地和建设用地,建设用地净增14241.38hm^2;动态度持续增大,表明土地利用变化日渐活跃,其中近7年的动态度达到2.50%;4个时间节点的信息熵值分别为1.309、1.330、1.349、1.353,呈不断升高趋势,表明快速城市化进程中各类产业发展所需的用地类型已经逐渐完善,区域发展逐渐走向成熟。土地利用变化总体趋向自然生态方向,平原地区城市化率最高,偏离自然生态方向较大;低山丘陵地区的城市化率较低,趋向自然生态方向程度显著。[结论]通过分层次、多算法相结合,能够深入有效地分析土地利用时空格局动态变化特征,对于该地区的生态建设和可持续发展具有重要意义。     

基于NDVI时序数据的华北地区耕地物候参数时空变化特征

[目的]耕地物候作为农业生态系统的重要特征之一,是进行农作物长势监测与估产、田间管理、农作物合理布局等的重要依据。利用遥感方法提取大区域尺度耕地物候参数和种植制度的时空变化特征,有助于从整体上掌握农业资源的空间分布情况,为农业生产决策和区域粮食安全评价提供服务。[方法]文章基于1999年和2013年的SPOT/VGT NDVI逐旬时间序列数据,采用TIMESAT软件集成的非对称高斯函数拟合法对数据进行平滑重构,通过比例阈值法提取了华北地区耕地物候参数(生长季开始期和结束期),分析其时空分布特征,并依据年内NDVI变化曲线峰值数目来确定耕地的生长季个数,识别耕地种植制度。[结果]华北地区作物生长开始期和结束期都存在明显的空间差异,15年来河北北部、北京、天津等地区,第一季作物返青/出苗期变化不大。而河南南部和中部地区,2013年第二季作物出苗期明显提前,由1999年6月下旬7月上旬,提前至6月上旬。我国华北地区种植制度仍以一年两熟制为主,华北地区北部受热量资源制约,仍旧保持一年一熟制不变。与1999年相比,华北地区2013年两熟制种植面积下降了21.1%,而一熟制种植面积增加了38.7%。[结论]华北地区耕地物候的时空变化与种植制度密切相关,同时也受到自然资源和人类活动的共同影响。     

青龙满族自治县景观生态安全格局研究

[目的]引用俞孔坚的景观安全格局理论,借助Arc GIS10、Conefor Sensinode2.2和In VEST2.2.0制图软件构建青龙满族自治县景观生态安全格局,针对景观生态安全格局各组分的分布特点,提出相应的生态规划对策,以期为青龙满族自治县维护生态系统稳定、合理进行生态规划提供借鉴。[方法]首先,综合考虑斑块自身特征属性和外界环境因素,通过景观斑块质量评价来识别源地;其次,根据最小累积阻力模型构建最小累积阻力面并划分为3个最小累积阻力等级,分别对应生态保育区、生态防护区和生态培育区3个生态功能区;最后,确定生态廊道和战略点。[结果]源地占研究区总面积的3.59%,源地内耕地、园地、林地、草地、水体所占比例分别为0.14%、0.25%、66.86%、17.21%、15.54%;生态保育区占研究区总面积的34.98%,生态保育区内耕地、园地、林地、草地、水体、其他用地所占比例分别为6.73%、8.69%、49.32%、29.57%、3.40%、2.29%;生态防护区占研究区总面积的36.40%,生态防护区内耕地、园地、林地、草地、水体、其他用地所占比例分别为10.31%、18.57%、37.68%、26.67%、1.87%、4.91%;生态培育区占研究区总面积的28.62%,生态培育区内耕地、园地、林地、草地、水体、其他用地所占比例分别为11.31%、15.57%、39.80%、26.70%、2.28%、4.34%;沿景观低阻力区分布有7条生态廊道;有8个战略点。[结论]文章所构建景观生态安全格局基本符合青龙满族自治县实际情况,各景观生态安全格局组分有不同的特点,对应有相应的生态规划对策。     

豆传统产区粮食作物种植结构变化特征及原因分析——以黑龙江省嫩江县为例

[目的]近年来国内大豆播种面积和产量不断下降,而进口量却不断增加, 2014年达7 140万t,是国内大豆产量的6倍.黑龙江省是我国最主要的大豆传统产区,其近年的种植结构变化导致国内大豆产量下降.[方法]通过对黑龙江省粮食作物种植结构变化特征进行统计数据分析,发现主要粮食作物呈现"两增一减"的格局:玉米和粳稻播种面积增加,大豆面积减少,且近年来大豆种植区域逐渐向黑龙江省西部集中.在此基础上,选取黑龙江省西北部的嫩江县作为研究区代表,利用遥感影像数据对其种植结构按积温带变化特征进行深入分析.[结果]研究发现: 2000年以来,研究区种植结构发生了较大变化.2000~2007年间,第四积温带大豆种植面积大幅度增加;2007~2014年第四、五积温带新兴玉米面积猛增到17.4万hm2,且有继续北扩趋势,并推动大豆北扩东移, 2014年大豆在粮食总播种面积中的比重较2000年减少27个百分点.[结论]新玉米品种的推广和作物种植比较收益是影响大豆传统产区种植结构变化的主要因素.     

基于空间信息重构技术的东北三省大豆时空演变研究（1980—2010年）

［目的］东北三省是我国大豆生产的重要基地，也是国家种植结构调整的重点区域。研究分析了1980—2010年东北三省大豆时空演变特征，为合理制定种植结构调整政策、加快推进农业供给侧结构性改革提供科学的空间信息参考。［方法］综合卫星遥感技术和空间信息重构模型优势，基于交叉信息熵方法，构建了作物空间信息重构模型SPAM China，对1980—2010年东北三省大豆种植空间分布、时空演变、重心迁移等进行了研究。［结果］1980—2010年东北三省大豆种植区域小幅增加，大豆种植面积栅格数量从6 703个增加至7 214个，松嫩平原、三江平原以及吉林省中部地区是东北三省的大豆主产区； 种植面积大幅增加，单位栅格面积增加1 000hm2以上的栅格数量增加明显，面积增加区域主要位于北纬47°~50°之间和东经1255°~131°之间； 东北三省大豆种植面积重心分别向东迁移10620km，向北迁移20857km，辽宁省、吉林省大豆种植面积重心南移，黑龙江省基本保持不变。［结论］1980—2010年东北三省大豆种植面积空间分布小幅增加，但时空变化特征显著，种植面积重心向北向东迁移。     

利用高空间分辨率遥感数据的农作物种植结构提取

农作物种植结构是掌握粮食种植面积和产量的重要前提,也是进行作物结构调整与优化的依据。该研究以黑龙江肇东市为研究区域,以高空间分辨率RapidEye影像为遥感数据, 基于最大似然监督分类方法提取了肇东市2011年农作物种植结构空间分布,利用地面样方调查数据进行了线状及细小地物扣除系数计算,实现遥感提取的农作物种植面积的精细提取,然后从面积数量和空间位置两个方面对遥感提取的农作物种植结构进行了精度评价。研究结果表明,利用RapidEye数据提取的农作物种植面积数据总体精度为97.00%,位置精度为96.15%,高空间分辨率数据在农作物种植结构遥感提取中具有重要潜力,线状及细小地物扣除系数可以有效减小线状及细小地物对高分提取的农作物种植结构的精度。     

基于最小距离法的RADARSAT-2遥感数据旱地作物识别

利用雷达遥感技术进行作物识别是当前作物遥感监测的研究热点之一,但利用雷达遥感技术进行旱地作物识别的相关研究较少,该文以RADARSAT 2雷达遥感数据对两种旱地作物玉米和棉花进行识别。以河北省枣强县为研究区,对其区域内的玉米和棉花进行识别。首先分析了与卫星过顶时刻同步采集的作物参数与后向散射系数之间的相关性发现,在植株高度、生物量、作物含水量、叶面积指数这四个作物参数中,植株高度与后向散射系数的相关性最大,其次是作物含水量;同时,通过最小距离法应用多时相、多极化雷达遥感数据进行作物识别,其精度可达到85%,通过与资源三号光学遥感数据结合,其作物识别精度提高到了93%。研究结果表明,雷达遥感数据应用于旱地作物识别是可行的,雷达遥感数据与光学遥感数据的结合能提高旱地作物识别的精度。该研究为应用雷达遥感数据进行旱地作物识别提供了参考。     

Evidence of climate change impacts on crop comparative advantage and land use

Relative agricultural productivity shocks emerging from climate change will alter regional cropland use. Land allocations are sensitive to crop profits that in turn depend on yield effects induced by changes in climate and technology. We develop and apply an integrated framework to assess the impact of climate change on agricultural productivity and land use for the U.S. Northern Great Plains. Crop-specific yield–weather models reveal crop comparative advantage due to differential yield impacts of weather across the region's major crops, that is, alfalfa, wheat, soybeans, and maize. We define crop profits as a function of the weather-driven yields, which are then used to model land use allocation decisions. This ultimately allows us to simulate the impact of climate change under the RCP4.5 emissions scenario on land allocated to the region's major crops as well as to grass/pasture. Upon removing the trends effects in yields, climate change is projected to lower yields by 33–64% over 2031–2055 relative to 1981–2005, with soybean being the least and alfalfa the most affected crops. Yield projections applied to the land use model at present-day input costs and output prices reveals that Dakotas’ grass acreage will increase by up to 23%, displacing croplands. Wheat acreage is expected to increase by up to 54% in select southeastern counties of North Dakota and South Dakota, where maize/soy acreage had increased by up to 58% during 1995–2016.     

云南粮食主产地区演变的特征及原因探析

为保障粮食安全,国家划分了粮食主产区、产销平衡区和主销区三大功能区。作为国家粮食产销平衡区,云南粮食生产的首要任务就是保证本地区粮食基本自给。随着经济发展和土地的多元开发利用,20世纪80年代以来,云南粮食主产地区总体呈现"小稳定、大变动"的调整演变格局。文章通过对云南各地区地貌、粮食单产、粮食播种面积、粮食总产量、经济发展水平、人均占有量等指标的分析结果表明,云南粮食主产地区呈现向坝区集中、由生产条件好的地区向播种面积大的地区转变、由经济发达地区向欠发达地区转移、存在显著的粮食商品化差异等特征,粮食主产地区对云南粮食生产和粮食安全的贡献和影响力日益增强。该文通过对成本收益、耕地面积与人均耕地等指标的分析结果表明,粮食作物经济效益低,人地矛盾突出、与粮争地,"重农抓粮"考核机制不完善分别是云南粮食主产地区变化的根本原因、客观原因和制度原因。     

基于无人机样方事后分层的作物面积估算

无人机是开展野外调查的一种新型、有效的手段,能够及时、准确地获取地面调查样方信息,为作物面积遥感估算提供精准的样方数据。研究针对无人机抽样调查的样方特点,提出了适合于无人机样方的多层次事后分层指标(多层次-异质性指标、多层次-面积规模指标)。将这些指标分别用于事后分层抽样,估算冬小麦面积。并根据变异系数(coefficient of variance,CV)对其抽样效率进行评价。多层次指标是将多种分层指标分层结果叠加形成的,能够充分反映作物种植空间分布特征、空间异质性及种植规模,可以保证作物种植面积遥感估算的精度。以河南省冬小麦面积估算为例,在冬小麦空间分布空间范围,建立300m×300m抽样框格网,作为抽样基本单元。分别利用实验设计的多层次-面积规模指标、多层次-异质性指标、面积规模指标、异质性指标计算各抽样基本单元的对应指标值。按照累计平方根法计算不同分层指标下的分层界限值。最后进行事后分层估计,计算分层效率,对分层结果与分层效率进行对比分析。计算得到以上4种分层方法的变异系数分别为1.85%、1.41%、2.16%、1.55%。结果表明,结合无人机抽样调查,利用多层次指标法进行分层,各层内作物均质性较好,能够提高农作物面积估算的精度;此外,异质性指标较面积规模指标更能提高分层的层内作物均质性与农作物面积估算精度。     

“一带一路”典型区土地利用变化热点区判别与其影响因素

目的 土地利用与覆盖变化是监测区域变化的重要方法,而发生剧烈变化的热点区域更是研究的重要部分,有效识别热点区并分析其影响因素可以为保护土地生态环境、有效利用土地资源提供科学支撑。方法 文章利用欧洲航天局（ESA）气候变化倡议的长期时间序列土地覆盖数据集（CCI-LC）对“一带一路”典型区土地利用与覆盖变化进行分析,根据变化面积、相对变化速率及其聚集程度建立了热点区域的识别方法,并分析了影响因素。结果 （1）根据土地覆盖变化结果表明,1992—2020年“一带一路”典型区内总共有5.46%的面积发生了变化,建设用地净增加面积最多,为24.61万km²,相对变化速率在2000—2010年最高,为76.94%。（2）热点识别结果表明,2000—2010年土地覆盖变化最剧烈,不同时期的热点区域内主要的转型特征不同,1992—2000年主要表现为耕地的增加,2000—2010年主要表现为林地和建设用地面积扩张,2010—2020年主要表现为建设用地面积增多和林地的砍伐与恢复。（3）热点区域集中分布在0~200m的海拔范围内,热点区域内的像元数量随海拔升高不断减少。（4）热带多雨气候区域内热点占比最大,而其他气候类型对热点区域内的像元数量的影响较小。（5）社会经济因素对于热点区域内的像元数量有着显著的影响,其中城市人口数量和国内生产总值最重要,两者结合可以解释全部热点的86.46%。结论 研究探明的热点区域和影响因素可以为“一带一路”典型区土地利用格局演变、区域土地利用规划和土地资源可持续利用提供决策支持。     

苏州市土地利用变化对生态系统固碳能力影响研究

研究目的:分析苏州市土地利用变化对区域生态系统固碳能力的影响,为新一轮规划修编提供技术支撑。研究方法:文献资料法,统计分析法。研究结果:上轮规划实施以来,苏州市生态系统固碳能力急剧下降。其中,耕地固碳量急剧下降,林地、园地、城市绿地以及其他地类的固碳量略有增加。研究结论:耕地面积减少与复种指数下降是苏州市生态系统固碳能力下降的主要原因。