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。     

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。     

基于冠层光谱和BP神经网络的水稻叶片氮素浓度估算模型

[目的]快速、准确地诊断水稻叶片氮素营养状况,为水稻氮肥精准管理提供依据。[方法]以江西省农科院8种不同施肥处理的晚稻为研究对象,于主要生育期同步测定了水稻冠层光谱反射率及叶片全氮浓度(Leaf Nitrogen Concentration,LNC),系统分析了原始光谱反射率、一阶微分光谱、"三边"参数以及由350～1 350nm两两波段组合的差值(SD (Rλ1,Rλ2))、比值(SR (Rλ1,Rλ2))及归一化(ND(Rλ1,Rλ2))光谱指数与水稻LNC的相关关系,筛选出敏感参数,并以之为自变量构建了水稻LNC的传统预测模型,另外构建不同指标个数的多元线性与BP神经网络模型,并对模型进行验证。[结果](1)水稻LNC与一阶微分光谱在751nm处的相关性最高(r=0. 822);(2)"三边"参数中的红边面积SDr与LNC的相关性较高(r=0. 687);(3) 750nm附近的红边波段与近红外波段差值组合、550nm附近的绿光波段与近红外波段的比值及归一化差值组合与水稻LNC的相关性较高,以SD (R752,R751)、SR (R534,R1 350)和ND (R534,R1 349)表现最好,相关系数分别为0. 827、-0. 790和0. 788;(4)传统回归模型中以SD(R752,R751)构建的一元线性模型最佳(RC2=0. 665、RV2=0. 750、RMSEV=0. 4%、RPD=2. 034);(5)利用5个指标((R'751、SDr、SD (R752,R751)、SR (R534,R1 350)、ND (R534,R1 349))经逐步回归筛选出的2个指标SD ((R752,R751)和SR (R534,R1 350))构建预测水稻氮素的BP神经网络模型,预测效果最佳,其验证参数值分别为R2=0. 859、RMSEV=0. 302%和RPD=2. 669。[结论]基于单指标构建的传统线性模型计算过程简单但精度略低,而基于2个指标(SD (R752,R751)、SR (R534,R1 350))构建的BP神经网络模型预测精度高于该2指标构建的多元线性模型,表明在指标适合的情况下,BP神经网络对氮素具有较好的预测能力,是一种快速准确估算水稻叶片全氮浓度的方法。     

基于图像和光谱技术的倒伏冬小麦产量评估研究

倒伏作物产量评估是作物倒伏灾害综合评估中的一项重要指标.针对传统倒伏作物产量评估方法的不足,该文提出了一种基于图像处理技术和光谱分析技术的倒伏冬小麦估产方法.研究首先通过冬小麦倒伏模拟试验,人工造成冬小麦倒伏,采集不同倒伏等级冬小麦RGB图像数据、冠层光谱反射率数据,并测量倒伏冬小麦产量.然后,通过RGB图像获得颜色、纹理特征,通过光谱反射率获得光谱吸收、红边和植被指数特征,取与倒伏冬小麦产量最为相关的23个特征量作为产量预测模型的输入变量.最后,使用粒子群算法优化径向基权值并建立估产模型,通过三个倒伏时期的光谱和图像指标估算倒伏冬小麦产量.结果表明,模型估算精度为98.2％,该模型能满足非接触定量化的倒伏冬小麦产量评估需求.     

农业政策调整下大豆种植格局变化对水土资源消耗的影响评估

[目的]通过对政策调整下农作物种植格局变化引起的水土资源消耗变化研究，从资源利用角度为种植格局调整的政策制定提供科学支撑。[方法]文章以黑龙江省为研究区，利用系统动力学方法构建大豆种植格局驱动机制模型，并模拟三大作物(即大豆、玉米和水稻)补贴政策情景下的作物种植面积转换；其次，核算三大作物生产中的水土资源消耗量，并获取不同政策情景下大豆与玉米和水稻种植面积转换引起的水土资源消耗变化量。[结果](1)黑龙江省大豆、玉米和水稻生产过程中单位面积的水资源消耗排序为“大豆<玉米<水稻”，单位产量的耕地资源消耗排序为“水稻<玉米<大豆”。(2)由于单位面积大豆的耗水量最少、单位产量大豆的耕地消耗量最多，当大豆生产者补贴增加40%时，大豆净增加面积最多(由玉米和水稻转入)，因此三大作物生产过程中水资源消耗总量减少最多为2 400万m³，但耕地资源消耗仅增加3.2万hm²。[结论]农业补贴调整，不仅可以满足粮食的总体供给，优化作物种植格局、扩大大豆种植面积，进而减少大豆供给的不确定性，还可以实现区域水土资源的优化配置。该文结论可以为...     

物理模型光谱模拟误差对冬小麦叶面积指数高光谱反演的影响

获取农作物叶面积指数(leaf area index,LAI)及其动态变化对于农作物长势监测和产量估测等应用具有重要的意义。基于冠层反射率模型(物理模型)的LAI遥感反演方法具有良好的普适性,对地面数据依赖较少,近年来广泛应用于农作物LAI高光谱反演研究。然而,当物理模型参数取值尽可能准确(代入参数实测值或依据先验知识取值)时,模拟光谱与实测光谱间仍然存在误差,研究称之为"光谱模拟误差"。该研究通过比对实测冬小麦冠层光谱与ACRM(a two-layer canopy reflectance model)模型最优模拟光谱,展示了光谱模拟误差在各波段、不同样本点的分布规律。据此,根据对光谱模拟误差与高光谱数据降维的不同考虑,制订了4种LAI反演波段选择方案。通过对比基于不同波段选择方案的LAI反演精度,分析了光谱模拟误差对LAI反演的影响;讨论了综合考虑高光谱数据降维与光谱模拟误差的LAI反演波段选择方法。通过合理的波段选择,限制了光谱模拟误差的影响,提高了LAI反演精度。该研究结果有助于探索合理的LAI高光谱反演波段选择方法,为合理利用高光谱数据反演农作物LAI提供科学参考。     

结合植被指数与作物高度反演冬小麦叶面积指数

[目的]叶面积指数LAI(Leaf Area Index)是反映作物长势的关键参数之一。目前,基于无人机影像进行LAI反演多注重影像光谱信息的应用,但是由于高分影像存在强烈的光谱异质性以及无法区分高密闭度植被垂直方向枝叶的光谱特征等不足,在反演作物LAI时,需要探讨作物高度等结构参数对LAI反演的影响。[方法]文章以冬小麦为例,将无人机影像的光谱信息与点云数据相结合,共同构建LAI反演模型,并与单利用光谱信息的一元线性LAI回归模型进行对比,探讨作物高度信息对LAI反演精度的影响。[结果](1)无人机影像获取的点云数据能有效反演作物高度,其决定系数R~2=0.61,均方根误差RMSE=0.02;(2)基于作物高度和植被指数Ⅵ(Vegetation Index)反演LAI的二元模型(Adjust R~2=0.38,Adjust RMSE=0.55)优于单用植被指数反演LAI的一元模型(Adjust R~2=0.29,Adjust RMSE=0.59),[结论]研究表明作物高度和光谱信息结合的反演模型能够提高作物LAI的反演精度,同时表明作物高度因子在LAI反演中具有重要的应用价值。     

不同地域冬小麦叶片SPAD高光谱估算研究

叶绿素（SPAD）是重要的植被生物参量。针对传统的SPAD监测方法效率低的问题,该研究探讨 了利用高光谱遥感技术构建SPAD估算模型,实现大范围的冬小麦叶绿素快速无损检测和预测。首先,选 取我国江汉平原的湖北省潜江市后湖管理区和黄淮海平原的山东省济南市长清区作为研究区域,分别采集 冬小麦生育期的冠层反射光谱和倒二叶片SPAD数据。方差分析发现,两个地区冬小麦SPAD在各生育期 存在显著差异。之后,选取和计算RVI、DVI、NDVI和GRVI四种植被指数,利用回归模型建立了不同地 区的冬小麦叶片SPAD测算模型。模型精度检验表明,NDVI估算模型对两个样区的冬小麦叶片SPAD的总 体估算效果较好,满足精度要求,可以应用于大区域的SPAD遥感估测。该研究结果可以为不同区域大面 积的作物SPAD遥感监测提供技术和方法。     

遥感技术在“两区”作物种植结构监测中的应用研究——以黑龙江省富锦市为例

目的 粮食生产功能区和重要农产品生产保护区（以下简称“两区”）划定是确保国家粮食安全和保障重要农产品有效供给的重要举措。文章调查“两区”内作物实际种植情况，探索遥感技术在“两区”作物种植结构监测和“两区”数据更新中的应用方法。方法 以黑龙江省富锦市为研究区，以Landsat8多光谱影像为数据源，采用遥感监测技术，对研究区范围内2020年水稻、玉米和大豆3种作物种植情况进行监测，识别3种作物并提取地块边界，形成作物空间分布矢量图，与“两区”划定成果图叠加对比，分析“两区”划定情况与实际种植情况的一致性。结果 （1）富锦市水稻生产功能区内水稻实际种植面积占比88.2%，玉米生产功能区内玉米实际种植面积比例为17.8%，大豆实际种植面积占大豆生产功能区的68.8%。（2）富锦市实际种植情况与“两区”划定成果要求种植面积存在明显差异，差异大小因作物不同而不同，主要受当地自然条件、国家政策和农民种植意愿的影响。结论 鉴于遥感技术可以在“两区”作物种植监测中发挥特殊作用，建议农业农村部门采用遥感技术对“两区”范围内作物种品种和种植面积等情况进行动态监测，及时掌握实际种植情况并更新“两区”数据库，实现精细化管理，进而为决策部门优化农业种植结构，保障国家粮食安全。     

关于建设辽宁省优质稻米生产基地问题的探讨

一、辽宁省建设优质稻米生产基地的条件。(一)水稻面积大,产量高,商品率高,经济效益高。全省现有水稻面积648.5万亩,平均亩产1,021斤,总产66亿斤。水稻是我省主要细粮作物,在粮食作物中占有重要地位。水稻面积占粮食作物面积的15.8%,产量占粮食总产量的24.3%。在面积上玉米第一位,高粮第二位,水稻第三位;在总产量上,玉米第一位,水稻第二位;在单产上,水稻第一位。全省商品稻谷36亿斤,商品率达50%以上。据省粮食局1979年调查,亩纯收入水稻为67.25元,玉米为18.48元,高粮为11.17元,谷子为8.04元,大豆1.29元,谷子为16.15元,水稻收益在几种粮食作物中最高。     

基于近红外光谱的稻谷、大米、大米粉直链淀粉含量预测

以产自安徽省的99 份籼米为研究对象,比较稻谷、大米、大米粉近红外光谱测定直链淀粉的差异,利用TAS全校准技术下稻谷、大米、大米粉3种大米物理形态的近红外光谱测定直链淀粉结果的相关性,建立适用于安徽省所产稻谷中直链淀粉营养成分的定量模型。研究结果表明,稻谷、大米、大米粉测定直链淀粉模型的预测相关系数分别为0.863、0.752、0.927。重复性验证等指标也反映出直链淀粉建模结果较好,利用近红外光谱测定稻谷、大米、大米粉直链淀粉含量的方法可行。     

粳米干米线的工艺配方研究

粳米米线的研究可以拓宽米制品的品种,提高粳米的附加值,具有一定的经济效应,可以满足人们对米线日益扩大的需求。本文基于籼米米线加工技术,结合米线加工工艺的影响因素,通过单因素试验和正交试验,以水溶性大豆多糖添加量、玉米粉添加量、水分含量和老化时间作为影响因素,以米线的感官品质、断条率、蒸煮损失和最大拉伸应力作为参考指标,优选出最佳工艺方案为水溶性大豆多糖6 g·kg^-1、玉米粉75 g·kg^-1、水分含量38%和老化时间18 h,以期为米线加工生产企业提供一定的理论依据。     

江苏省新收获稻谷质量情况调查

为了解江苏省2020年新收获稻谷的质量现状,抽取了覆盖全省产粮大县(市)的1 252份样品作为试验样品,依据《GB 1350—2009 稻谷》和《GB/T 17891—2017 优质稻谷》规定的指标进行检测和分析。结果显示:江苏省新收获稻谷三等及以上占比99.4%,粳稻出糙率平均值为82.0%,整精米率平均值为67.8%,水分平均值为14.4%,不完善粒平均值为2.8%,谷外糙米平均值为1.2%,互混率平均值为0.6%;达到《GB/T 17891—2017 优质稻谷》三等要求的稻谷样品69份,占样品总数的21.4%。总体来说,2020年江苏新收获稻谷整体质量及优质品率较往年均有所提升,主要优质品种有华粳系列、南粳系列、淮稻5号、金粳818、苏秀867、丰两优香1号、两优688。     

华北平原内陆盐碱区玉米品种资源耐盐性综合评价及分类

目的 华北平原内陆盐碱区是咸水补灌导致盐分积累限制玉米产能提升的典型区域，开展该区代表性玉米品种资源耐盐性评价和分类，为促进华北平原盐碱地以种适地科学利用提供理论和技术支撑。方法 文章选择华北平原内陆盐碱区生产中广泛应用的24个玉米品种，获取发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、胚芽长、胚芽重、胚根长、胚根重8个萌发指标，计算相对发芽率、相对发芽势、萌发指数、相对活力指数、相对胚芽长、相对胚芽重、相对胚根长、相对胚根重和盐害指数9项耐盐指标。并利用主成分分析法、加权隶属函数法和聚类分析法开展玉米品种资源耐盐性综合评价与分类。结果 （1）不同玉米品种对盐胁迫的响应有显著差异，其中萌发指标变异范围是5.11 %～84.33 %，耐盐指标的变异范围为3.7 %～56.3 %；（2）通过主成分分析方法将9个耐盐指标降维获得2个相互独立的玉米耐盐性综合评价指标，指标累计贡献率达到了87.35 %；（3）基于加权隶属函数法的各玉米品种耐盐性综合评价指数（D值）变化范围为3.19～16.22；（4）通过聚类分析，将华北平原内陆盐碱区玉米品种资源分为高耐盐品种、中耐盐品种、低耐盐品种和盐敏感品种等4个类型。结论 华北平原内陆盐碱区玉米品种资源耐盐性存在较大差异，基于主成分分析和加权隶属函数法的耐盐性综合评价指数（D值）是评价该区域玉米耐盐特性的有效指标，研究对于实现耐盐玉米品种与盐渍土壤适生匹配具有指导意义。     

基于产量比系数的寒地黑土区耕地等别研究

[目的]针对黑龙江省采用县内农作物最高产量计算的产量比系数进行耕地质量分等,出现水田等别低于旱地等别这一不合理现象,研究不同计算方式下的产量比对分等结果的影响,使其等别合理化。[方法]文章以富锦市为研究区,水稻作为基准作物,水稻、玉米和大豆作为指定作物,分别以二级区最高单产和农作物光温生产潜力指数计算产量比系数,对比产量比系数调整前后旱地和水田等别分布及变化情况。[结果]用二级区农作物最高产量计算产量比系数,旱地自然质量等别为6～8等,水田自然质量等别为4～5等,仍出现水田等别低于旱地等别的现象;用农作物光温生产潜力指数计算产量比系数,与原有分等结果相比,旱地等别下降1～2个等,水田等别未发生变化,未出现水田等别低于旱地等别的情况,分等结果符合富锦市的实际情况。[结论]寒地黑土区应采用农作物光温生产潜力指数计算产量比系数,理论上为《规程》修订和第三次全国土地调查提供支持,实践上为黑龙江省以及整个寒地黑土区的耕地质量分等工作提供参考依据。     

Sentinel-2红边波段在水稻识别中作用研究以浙江省德清县为例

目的 水稻是我国南方地区种植面积最大的粮食作物,准确及时地获取水稻的面积及空间分布信息对于加强农业生产管理、保障国家粮食安全具有重要意义。以往利用卫星遥感技术进行水稻分类研究中影像的红边波段类型没有确定,影响着水稻面积监测的精度和效率。方法 文章选取中国南方典型的水稻种植区——浙江省德清县为研究区,利用覆盖水稻主要生长期的5个时相（2019年5月24日、8月2日、8月17日、10月31日、11月15日）Sentinel-2卫星影像,采用随机森林算法进行水稻分类研究。分析研究区水稻及其余6种典型地物在不同波段下的反射光谱特征,采用J-M距离定量评价各时相下有无红边波段参与的各种地物光谱可分离性,比较不同红边波段下的水稻分类精度,优选水稻分类的关键时相和波段组合。结果 相较于红、绿、蓝波段,7种典型地物在红边、近红外波段光谱差异更为明显。相比于无红边波段,有红边波段参与时水稻与其余6种地物的J-M距离更大,可分离性更强。5个时相中,在8月17日（水稻拔节期）时,水稻与其他地物可分离性最大。当3个红边波段全部参与分类时,水稻与其余6种典型地物的总体分类精度最高为91.58%,Kappa系数为0.89。Sentinel-2影像参与分类的7个波段,按重要性排序是：近红外波段>红边波段2>红边波段3>红波段>红边波段1>绿波段>蓝波段。结论 该研究可为进一步提高国南方地区水稻面积监测精度与效率提供参考依据。     

Effects of food consumption patterns on paddy field use in Taiwan

Societal metabolism and land use are significant and interrelated issues, and play a role in sustainable development. How a society's metabolism relates to local land use is typically affected by the particular context of the society under study, which is usually shaped by many factors, including economic, ecological, cultural, technological, and political factors. This study examines the effects of changes in food consumption patterns – decreasing per capita consumption of rice and increasing per capita consumption of wheat flour and meat – on the use of paddy fields in Taiwan. Although rice is grown domestically, wheat, which is a substitute for rice, is mainly imported. Moreover, the domestic livestock industry depends heavily on imported crops for low-cost feed. Accordingly, dietary changes have significantly decreased the demand for local paddy fields to grow crops. Additionally, the diversion of paddy fields to grow forage crops, which has been promoted by the Taiwanese government by guaranteeing prices for feed maize for 14 years, was discouraged when Taiwan joined the World Trade Organization in 2002, as Taiwan was required at that time to reduce by 20% its aggregate measure of support. The presented Taiwan case provides an empirical example of how a change in input characteristics (supply sources in a spatial dimension) of societal metabolism can, together with other factors, significantly affect local paddy fields, and discusses the underlying implications for sustainable development.     

基于Nerlove模型的玉米供给反应研究*——以吉林省为例

［目的］吉林省是以玉米为主要粮食作物的产量大省，吉林省玉米生产在保障国家粮食安全方面发挥着重要的作用。2016年国家取消玉米临时收储政策，实行“价补分离”政策（既市场化收购+补贴）。在玉米价格逐步市场化的形势下，为探究吉林省玉米种植面积对价格变动的反应程度，［方法］文章利用1985—2015年吉林省玉米种植面积、玉米平均出售价格、玉米的物质成本投入、玉米与大豆的每667m2收益比值、玉米与水稻的每667m2收益比值的时间序列数据，通过运用Nerlove模型，测算吉林省玉米播种面积对价格、物质成本、与大豆和水稻的每667m2收益比值的供给反应。［结果］吉林省玉米的短期供给弹性为049，长期供给弹性为063，短期供给弹性和长期供给弹性均小于1，缺乏弹性，吉林省玉米种植面积对价格变动的反应较为迟钝。［结论］提出完善农业耕作制度，推进玉米目标价格制度改革，优化玉米收购市场结构政策建议。     

长白山区作物气候生产力及其地理分布的研究

本文建立了长白山区玉米、水稻和大豆的气候可能产量模式和地理分布模型,计算了各地的气候生产潜力,并进行了地形影响订正。结果表明,长白山区主要农作物气候生产力的地理分布特征主要取决于地势、地形和经度,气候生产力随着海拔的升高按照三次抛物线函数递减,随着经度的升高按照线性函数递减。主要山体的南、西南坡气候生产力较高,北、东北坡气候生产力较低。该项研究为长白山区农业立体开发提供了综合气候生态依据。