基于SPOT/VGT数据的中国北方耕地物候提取研究

耕地物候的空间格局综合反映了作物种植在环境因子及人类活动双重作用下的空间差异性,因此耕地物候识别成为农业遥感应用的热点之一。研究利用SPOT的植被指数产品开展我国北方耕地作物种植制度空间分布的遥感识别并分析耕地种植制度空间分布特征。首先使用非对称高斯函数拟合法对时间序列植被指数进行重构,然后采用多项式和谐波函数拟合数据来确定耕地的生长季个数,最后通过比例阈值法提取耕地的生长季开始期和结束期。在上述过程中结合先验知识引入波峰阈值并通过对NDVI时间序列数据进行"掐头去尾"处理来保证耕地种植制度识别以及物候信息获取的准确性。基于SPOT/VGT数据对我国北方15省的耕地种植制度进行了识别,并在此基础上分别提取了不同生长季的耕地物候信息并分析了其空间格局特征。结果表明,适当引入先验知识有利于正确识别耕地种植制度和准确获取耕地物候信息,2005年我国北方耕地的种植制度以一年一熟为主,一年二熟制主要分布在北纬40°以南的平原地区。其中第一生长季的空间格局差异比第二生长季更加明显,同时生长季结束期分布的时间范围比开始期更为集中。总之我国北方耕地物候的空间格局与种植制度密切相关,受到自然资源和人类活动的共同影响。     

近20年我国县域耕地物候变化空间格局研究

[目的]耕地物候的时空格局研究可以为生态环境建设、农业生产管理等提供依据。[方法]文章基于2001—2017年全国范围内MODIS EVI时间序列数据,使用Savitzky-Golay滤波函数对EVI时间序列曲线进行重建,然后利用动态阈值法提取出了耕地的生长季始期、生长季末期和生长季长度,通过Sen氏斜率计算出了3项物候参数在2001—2017年的变化趋势。[结果](1)从像素单元来看,全国耕地物候生长季始期变化中有53.07%的像元表现为提前趋势;生长季末期物候变化中有76.78%的像元表现为推迟趋势;生长季长度变化中有70.03%的像元表现为延长趋势。(2)从县域单元来看,我国耕地物候的变化趋势以生长季长度延长为主,这类县域在全国县域单元中的占比为64.2%。(3)从空间格局来看,表现为生长季长度延长趋势的县域主要集中在我国东部三大平原、四川盆地以及东部平原向中部地区的过渡带中。[结论]近20年来我国县域耕地物候生长季长度的延长趋势明显且空间差异显著,这是自然地理要素与人类活动等因素综合作用的结果。     

基于多时相遥感影像的花生种植面积提取——以彰武县北部为例

本文以彰武县北部4个乡镇(大冷乡、章古台镇、四合城乡和阿尔乡)种植花生的耕地为研究对象,基于不同农作物类型之间的物候特征差异,借助3个时期的遥感影像提取农作物的不同NDVI特征值和影像的特征信息,采用监督分类的方法提取花生的种植面积及空间分布情况。结果表明该方法对于区分不同物候特征下的作物分类精度高,较好的反映作物的分布状况,可为该地区主要作物种植分布情况提供科学依据。     

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。     

SPAM模型和遥感结合提取华北地区春夏玉米种植面积

[目的]获取农作物空间分布信息,对于研究区域粮食安全、气候变化、陆地碳氮循环和水资源利用等都具有重要意义。[方法]该研究首先应用作物空间分配模型(SPAM-China模型),在5'×5'栅格尺度上重建了1980—2010年华北地区玉米空间分布信息;然后基于SPOT VEGETATION长时间序列NDVI数据,获取了该区域的作物熟制信息,并进一步划分出了华北地区春、夏玉米种植类型区;最后,重点分析了2000—2010年间华北地区春玉米和夏玉米种植区域的时空变化特征。[结果](1)1980—2010期间,华北地区玉米种植面积增加了360万hm2,增加面积集中在中南部地区,变化主要发生在2000年以后;(2)2000—2010期间,华北地区春玉米面积增加136万hm2,占该区玉米总种植面积的比例由17%上升至27%;夏玉米种植面积尽管也增加了87万hm2,但占该区玉米总种植面积的比重呈下降趋势;(3)春夏玉米混种区为华北地区玉米主产区,近年来呈现为春玉米增加、夏玉米减少的发展趋势,全区域92%春玉米面积增加和76%夏玉米面积减少均发生在春夏玉米混种区域内,可见该区以春玉米为代表的一熟制正呈现逐步取代以冬小麦—夏玉米为主二熟制的变化趋势。[结论]该文基于SPAM模型和遥感结合提取华北地区春、夏玉米种植面积的方法,为大区域、长时间尺度作物种植信息的获取提供了新思路。     

基于MODIS时序数据分析的作物识别方法

通过对植被指数序列数据分析可以准确提取农作物的物候特征信息,从而对不同作物进行识别。该文利用MODIS2004年以旬为单位合成的NDVI数据,采用Coif4小波变换的方法重构作物生长曲线,运用快速傅里叶变换对NDVI时序曲线进行分析,选取曲线均值(0级谐波振幅)、1~3级谐波的初始相位及振幅比例作为作物识别的参数,实现华北地区5种主要作物的识别。经过验证,最终的使用者精度都达到85%以上。     

基于MODIS NDVI时序数据的丹江口 库区物候格局研究

该文利用2002～2010年中分辨率成像光谱仪MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiome-ter)250m地表反射率8天合成产品计算出归一化植被指数NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)时间序列数据,采用Logistic模型拟合时序NDVI曲线提取了丹江口库区生长始期和生长末期两个关键物候参数,以此获取了丹江口库区的物候空间格局。研究表明丹江口库区大部分地区生长始期为3月上旬至4月上旬,生长末期为11月中旬至12月下旬。库区南部生长始期最早,约3月中上旬,生长末期最晚,约12月中下旬;东北部生长始期最晚,约3月下旬、4月上旬,生长末期最早,约11月中下旬;西部生长始期和末期均介于南部和东北部之间,分别为3月中下旬和12月中上旬。丹江库区物候资料缺乏,该研究估算的物候期对于丹江口库区的进一步科学研究以及农业生产具有一定的指导作用。     

河北省土地利用变化图谱特征分析

[目的]为了能够充分反映土地利用变化的时空过程。[方法]文章基于地学信息图谱理论与方法,运用ArcGIS 9.3软件,以河北省2001年、2007年和2013年3期遥感解译数据为空间数据源合成河北省耕地利用变化模式图谱,以及河北省生态功能用地与耕地、建设用地变化模式的图谱,据此揭示河北省土地利用变化时空特征及分布规律。[结果]2001~2013年河北省土地利用变化图谱主要以稳定型为主,主要表现为"耕地-耕地-耕地"。河北省耕地利用变化模式主要以后期变化模式类型主要为"耕地-耕地-草地",面积达到28.876 244万hm~2,主要集中分布在燕山-太行山地以及山前平原区,是整个变化模式中最大的单体变化类型。2001~2013年河北省生态功能用地随着时间的推移,呈现出向耕地以及建设用地转换的趋势,城市化进程的加快,不合理的经济发展必然导致生态环境日益恶化。[结论]该文为今后河北省土地资源的合理利用和科学规划提供科学的依据与指导。     

基于遥感和地面观测数据的水稻生长季长度空间建模

农作物生长的季节周期对环境变化敏感,研究农作物生长季长度的时空变化规律对于农业应对气候变化、保障国家粮食安全有重要意义。在区域尺度上卫星遥感是揭示作物生长季长度时空特征的有效手段,但遥感数据须经地面观测校正才能更准确反映作物的真实生长状况。该研究以黑龙江省水稻生长的开始和结束日期为研究对象,通过在气象参数、遥感数据和地面站记录数据之间建立转换函数的方法,将站点观测的水稻生长季数据在空间上外推到站点以外区域,实现地面观测数据由点到面的扩展。结果表明:(1)仅包含积温因子的模型优于同时考虑积温和降水的模型;(2)利用模型校正后的黑龙江省水稻生长季长度,在空间上存在自西南向东北逐渐延长的趋势。该研究为区域尺度农作物生长季长度观测数据的融合提供一种新方法。     

植被物候特征的遥感提取与农业应用综述

多时相遥感数据因其高时效、宽范围和低成本等优点正被广泛应用于对地观测活动中,为大区域尺度掌握植被/作物空间格局提供了新的科学技术手段.通过对相关研究进展的回顾,该文系统归纳了植被物候特征遥感提取的关键步骤.首先从数据获取与处理方面,整理了目前常用的NDVI数据集以及预处理方法等相关背景信息;其次从提取原理、假设条件以及适用性等角度,比较了目前用于时序遥感数据重构和特征提取的常用技术方法;在此基础上,归纳了基于时序遥感数据拟合曲线提取的植被物候特征及其农业内涵意义;最后,结合目前的农业应用,探讨了其在识别作物物候期、确定种植制度以及提高遥感估产精度等专业领域的应用方向,以期为区域尺度上生态管理与农业生产提供科学支持.     

时间序列植被指数重构方法比对研究

时间序列植被指数在植被遥感监测中发挥着重要的作用,但其往往存在大量噪声影响,在应用之前需要进行时序植被指数重构。耕地植被指数是进行农作物长势监测与估产以及农业生态系统对气候变化响应等研究的重要工具,本研究借助MODIS植被指数产品,以东北三省耕地为研究区域,针对非对称高斯函数拟合（AG）、双Logistic函数拟合（DL）和Savitzky-Golay滤波（SG）三种常见的时序植被指数重构方法,从原始数据质量对时间序列植被指数重构的影响、不同重构方法对原始数据的保真性和基于不同重构方法的耕地生长季长度空间格局等方面进行了对比分析。首先对NDVI及其质量控制数据进行分析,探讨原始数据质量对时序植被指数重构的影响;然后选择若干随机抽样点,从定性和定量两个角度来评价不同方法对时序植被指数的重构效果;最后借助研究区的耕地物候特征,间接对不同的时序植被指数重构方法进行对比。结果表明,在东北三省利用这三种方法进行耕地时序植被指数重构时需要引入质量控制数据,AG拟合和DL拟合在该地区耕地时序植被指数重构时表现相似且比SG滤波更加适宜。     

全球变化背景下气候变暖对中国农业生产的影响

全球变化背景下,气候变暖势必对我国农业生产要素、生产环境、农业生产活动及粮食安全产生重大影响。文章采用文献综述与比较研究的方法,系统分析气候变化对我国光资源、温度、水环境和土壤环境等农业生产要素的影响特征及变化趋势,探讨气候变化对我国作物种植区域和种植制度、农作物病虫害、农业生产能力、农业经济与管理等农业生产活动以及农田生态系统过程、农业生态环境(水环境、土壤环境、耕作环境)的实际影响。在此基础上,明确了我国农业在应对气候变化过程中所面临的主要问题:极端气候事件发生频率加大,自然灾害、气象灾害的风险提高,农业生产的波动性增强;农业病虫害的为害时间延长、危害程度加剧、为害范围增大;农业生态环境日趋恶化,农田土壤的干旱化、盐渍化程度加剧,农业生产能力下降;应对气候变化的农业发展策略及其关键技术亟需解决。     

Cash cropping and food crop productivity: synergies or trade‐offs?

The case for promoting export‐oriented cash crops in Africa has generally been based on their direct potential contribution to agricultural productivity and small farmer incomes. A relatively neglected avenue of research concerns the synergistic effects that cash cropping can have on other household activities, including food production. The conventional view that cash crops compete with food crops for land and labour neglects the potential for cash crop schemes to make available inputs on credit, management training, and other resources that can contribute to food crop productivity, which might otherwise not be accessible to farmers if they did not participate in cash crop programs. This article builds on previous research by hypothesising key pathways by which cash crops may affect food crop activities and empirically measuring these effects using the case of cotton in Gokwe North District in Zimbabwe. Analysis is based on instrumental variable analysis of survey data on 430 rural households in 1996. Results indicate that—after controlling for household assets, education and locational differences—households engaging intensively in cotton production obtain higher grain yields than non‐cotton and marginal cotton producers. We also find evidence of regional spill‐over effects whereby commercialisation schemes induce second round investments in a particular area that provide benefits to all farmers in that region, regardless of whether they engage in that commercialisation scheme. The study suggests that the potential spill‐over benefits for food crops through participation in cash crop programs are important to consider in the development of strategies designed to intensify African food crop production.     

The grain potential of cultivated lands in Mainland China in 2004

The regional test yields of certificated cultivars of grain crops represent the potential yields for the given region under the current natural and technical conditions. Therefore, it is appropriate to use the regional test yields to estimate the gross grain potential of Mainland China.In this paper, we calculated the grain potential of cultivated lands for each of the 105 agro-ecological regions in China. First, cropping system in each agro-ecological region was assumed to be the best use of the agro-climatic resources. Second, the potential per hectare for each of the crops was calculated for a given agro-ecological region, based on the regional test yields of certificated cultivars of grain crops in a given cropping system. For rain-fed and dry lands, their grain potentials were further modified by water-restricting coefficients. The water-restricting coefficients were calculated by dividing the hydro-thermal potential with the corresponding photosynthesis-thermal potential for different grain crops, which were obtained from Regulations of Farmland Grading. Thereafter, the grain potential per hectare of each agro-ecological region was calculated considering the cropping system and the potentials per hectare of all the crops in the cropping system. The gross grain potential of each county in a given region was then obtained by multiplying the grain potential per hectare and the total area of cultivated lands in the county. Finally, the gross grain potential of each agro-ecological region and the whole Mainland China were obtained by summarizing the grain potentials for all of the counties. The results showed that the gross grain potential of Mainland China was 0.92 billion t in 2004. It should be pointed out that this calculation on the grain potential did not sufficiently consider the crop growth restricting factors of cultivated lands, such as soil fertility, fertilizer input, and so on. Since the grain potential is far above the actual grain yield, it suggests that the cultivated land assurance for grain security in Mainland China is relatively high. The results of each agro-ecological region showed that the highest grain potentials were distributed in Huang-Huai-Hai Plain, Northeast China, Middle and Lower Reaches of Yangtze River and Sichuan Basin, where excellent hydro-thermal condition and flat terrain are ideally suitable for crop growth.     

农业产业准入负面清单制度研究

[目的]旨在依据区域农业资源禀赋、生态环境容量、产业基础和功能定位,按照"生态红线"和"底线约束"的要求,明确种植业、养殖业发展方向和开发强度,强化农业产业准入门槛,加强区域资源管护和生态治理。[方法]以农业产业准入负面清单为研究对象,在综合考虑农业资源承载力、区域主体功能定位基础上,剖析建立农业产业准入负面清单制度的背景、意义及其内涵,基于"减规模、转方式、控规模、退出生产"要求探讨负面清单编制原则以及禁止类、限制类农业产业目录与管控条件的编制方法,重点分析农业资源超载、生态环境退化典型区域的农业产业发展管控对策。[结果](1)在华北平原地下水漏斗区,实施节水保水型耕作方式,限制冬小麦种植面积;(2)在中—重度重金属污染区实施3～5年休耕,在轻微—轻度重金属污染区域,实施清洁去污型休耕模式,优先种植生物量高、吸收积累作用强的富集型植物;(3)在长江中下游传统双季稻主产区,适度调减双季稻田,实施"双改单",控制水网密集区生猪、奶牛养殖规模;(4)在生态严重退化区,实行生态修复型休耕,种植防风固沙、涵养水分、保护耕作层的植物;(5)在东北黑土区,适度调减水稻种植面积,增加食用大豆生产,推进种养结合;(6)在生态保护发展区,推行禁牧休牧轮牧和舍饲半舍饲。[结论]采取开展农业产业准入负面清单编制试点、完善法律法规、建立生态补偿机制、加强制度建设等措施保障农业产业准入负面清单制度的建立。     

陕西省主要粮食作物生产成本收益研究——以小麦、玉米为例

陕西省是我国的农业大省,粮食作物的生产成本和收益与农民收入直接相关,对农村经济的可持续发展具有重要影响。文章分析了陕西省主要粮食作物的种植现状,以小麦、玉米为例探究了主要粮食作物的生产成本收益,并对生产中存在的问题及潜力进行了详细分析,结果表明,尽管实施了多项惠农政策,粮食作物生产仍表现为成本高,收益低,农民播种积极性不高;粮食生产面临形势严峻,但陕西省粮食生产有很大的潜力可以挖掘。该文还提出了提高农民耕种积极性、提高粮食作物单产水平、实现农业产业化等对策建议,以期为提高粮食作物产量和品质,提高生产成本收益提供一定依据。     

四川省农业地理集聚格局及演化机制研究

为分析四川省农作物的地理集聚特征,专业化格局,从农业地域系统视角构建分析框架探讨其演化机制。文章以12种农作物为研究对象,基于2000~2014年的四川省21个市州农作物播种面积数据,综合运用重心模型、基尼系数、区位熵进行研究。结果表明:(1)四川省12种农作物生产重心较为稳定,未出现较大范围的地理迁移。(2)四川省大部分农作物地理集聚水平整体较低,且在研究期内集聚过程缓慢。经济作物的区域专业化水平相对于粮食作物较好。烟叶、苹果地理集聚程度较大,已经形成相对明显的区域专业化生产。(3)农业地理集聚格局演变从最初受内部压力驱动形成自然集聚格局,逐步转向为受内外压力驱动的自然社会集聚格局。四川省主要农作物地理集聚处于试错和纠错过程中,尚未形成新一轮的农业生产区域化布局和分工。