水稻空间分布遥感提取研究进展与展望

水稻是我国三大粮食作物之一,其空间分布受自然条件和农业发展状况的影响,变化显著。研究水稻空间分布遥感提取是当前农业土地变化科学的热点和难点。通过对国内外研究的回顾,该文系统归纳了近年来水稻空间分布遥感提取的数据源、特征量及分类算法最新研究进展,并对其未来研究方向进行初步探讨。首先从遥感数据源方面,水稻面积监测主要采用多光谱光学影像,同时高光谱数据和雷达数据也正逐步推广应用。其次从遥感分类方法及其对应的特征量方面,包括监督和非监督分类、智能化分类算法（神经网络、支持向量机、决策树及随机森林算法）、面向对象分类、多时相植被指数法及综合提取算法等分类方法,其主要对应的特征量各有差异。最后,结合我国水稻空间分布遥感提取的实际状况,提出构建全国长时间序列水稻物候历和高时空分辨率时序NDVI数据集,大力发展基于多时相遥感分类方法和建立分层的面向对象分类方法,以及加强水稻种植北界、种植重心迁移等动态变化监测研究的建议,推动我国水稻遥感动态监测和农业土地变化科学的发展。     

湖南优势农产品生产县域布局优化研究

农产品比较优势是优化区域农业生产布局的重要依据。文章以湖南省122个县市区为研究单元,选择稻谷、油菜籽、蔬菜、茶叶、柑橘、烟叶、生猪、水产品8种优势农产品,运用主成分分析法,借助DPS数据处理系统,对各县市区2009、2014年优势农产品生产情况进行了排序和分类,研究了区域分布演变情况。结果表明:(1)湖南优势农产品生产各县域间总产、不同种类、不同时期存在明显差异;(2)"十二五"与"十一五"相比,优势区域重心向洞庭湖、湘南地区集中,非优势区域向大湘西、长株潭地区扩散;(3)优势类县市区重点集中在常德、益阳、岳阳、衡阳、永州、长沙6市,次优势类县市区主要分布在湘西、邵阳、怀化、永州、郴州、岳阳6市(州),非优势类县市区主要分布在株洲、长沙、湘潭、郴州、衡阳、永州、邵阳、湘西8市(州)的城区和偏远山区。(4)2014年与优势类、次优势类、非优势类县市区综合得分关联序最大的4个评价指标分别依次为油菜籽、水产品、稻谷、茶叶,生猪、稻谷、蔬菜、水产品,稻谷、生猪、蔬菜、柑橘。提出了湖南优势农产品生产应提升优势类、巩固次优势类、转型非优势类的县域布局优化对策。     

近30年来长株潭地区农作物种植结构演变及优化对策

综合运用空间集聚分析、时序变化分析等方法,结合GIS技术从种植结构类型以及种植比例变化两个方面对近30年来长株潭地区农作物种植结构的时空变化过程、格局与调控路径进行了研究。结果表明:①共出现12种农作物种植结构类型,且有22个县市区转变了农作物种植结构类型,区域种植结构类型丰富度呈波动上升趋势,由单一的双水稻型向多元化的作物种植结构转变。②种植比例变化较大,双季水稻种植比例降幅最大,而蔬菜的种植比例增幅最大。1987年共有3种作物存在显著的HH集聚特征,其中双季水稻、油料出现了高值聚集区的连片分布;而2016年共有4种作物存在HH集聚特征,其中双季水稻、油料、蔬菜出现了高值聚集区的连片分布。文章认为,长株潭地区未来可通过减少单一型增加组合类型,实现组合型内部元素多样化,在保证水稻种植面积的前提下提升带有地方特色的作物种植比例等方面进行调整与优化。     

基于中分辨TM数据的水稻提取方法对比研究

水稻种植面积监测是当前农业土地变化科学的热点问题,但运用遥感技术对水稻种植面积精确实施监测一直是难点。中分辨率遥感影像能够满足我国大面积水稻作物监测,成为业务化运行的主要数据源。为此,该研究尝试以中分辨率 TM影像为数据源,结合神经网络和面向对象 (SVM)两种算法对对黑龙江省富锦市2010年两期不同时相影像分别进行水稻分类提取,并对分类结果进行滤波处理及混淆矩阵精度评定。结果表明:(1)在高纬度单季稻生长区,面向对象分类算法的精度显著高于神经网络的分类精度,水稻用户精度和生产者精度在6月份分别高0.55%、1.37%,在8月份分别高0.62%、2.34%;(2)对神经网络分类的结果进行 Majority滤波处理,在一定程度上可以改善水稻分类的精度,水稻用户精度和生产者精度在6月份分别提高0.14%、0.5%,在8月份分别提高1.56%、1.43%;(3)选取关键水稻物候期的遥感影像获取水稻种植面积的精度更高,返青期水稻提取精度要高于乳熟期,其中神经网络算法的水稻用户精度及生产者精度分别提高 2.67%、3.45%;面向对象算法的水稻用户精度及生产者精度分别提高 2.6%、2.48%。未来需要重点考虑建立全国水稻物候历信息、面向对象算法中自动化最优尺度分割方法来提高水稻分类的精度。     

湖南不同熟制水稻产量重心变迁及影响因素研究

[目的]当前开展不同熟制的水稻产量重心变迁研究较少。文章旨在丰富我国水稻空间布局理论体系,为优化湖南水稻结构提供依据。[方法]基于农业统计数据,运用重心法和灰色关联法分析2006~2015年湖南不同熟制水稻产量重心变迁及影响因素。[结果]水稻产量重心位于长株潭地区,双季稻和一季稻产量重心位于洞庭湖区,分别向北偏西、北偏西、西偏北方向移动,移动距离一季稻双季稻水稻。不同熟制水稻产量区域变化呈现出不同特点。长株潭地区、湘南地区、大湘西地区的水稻和双季稻产量占比主要影响因素为单产,洞庭湖地区为播种面积;长株潭地区、大湘西地区的一季稻产量占比主要影响因素为单产,湘南地区和洞庭湖地区为播种面积。[结论]水稻、双季稻播种面积上升、单产下降,一季稻播种面积和单产下降,可能是导致产量重心分别向北、向西迁移的原因。分别以112°6'E、28°11'N,112°17'E、28°20'N,111°12'E、28°31'N为中心点,所在经线轴两侧各约90km、纬线轴两侧各约110km区域将分别是湖南未来一段时期水稻、双季稻、一季稻生产核心区所在。建议以洞庭湖地区、湘南地区、长株潭地区为重点区域发展双季稻,以大湘西地区为重点区域发展一季稻。     

1980～2010年中国耕地复种可提升潜力空间格局变化

利用1980 ～2010年中国分县农业统计数据和中国地面气候日值数据,分别估算20世纪80年代、90年代及21世纪初的中国县级实际复种指数(MCI)和潜力复种指数(PMCI),据此分析过去30年中国耕地复种可提升潜力(PIMCI)的空间格局变化,并进而探究复种可提升潜力对全国粮食增产潜力的贡献大小.结果表明:(1)在时间尺度上,中国耕地PIMCI从20世纪80年代的50.2％减少到90年代的48.7％,之后受PIMCI与MCI逆向变化的影响,到21世纪初耕地可提升复种指数扩大到59.6％.(2)从不同地理区域看,中国不同农业种植区耕地PIMCI变化具有明显的地理空间差异.黄淮海区和云贵区的PIMCI低于10％,且30年内变化相对稳定;西北区和北部高原区的PIMCI有减少的趋势;东北区、川陕区及青藏区连续增加;水热资源充沛的南方各农业区波动剧烈.(3)在现有耕地面积保持不变的基础上,通过提高土地集约化利用强度,充分挖掘耕地的复种潜力,可以新增约30％的农作物播种面积,粮食增产潜力达到全国粮食总产的32.2％.其中潜力较高的区域主要集中在南方的3个农业区(长江中下游区、华南区、南方丘陵区)及青藏区,这4个区域的粮食增产潜力可达到全国增产总潜力的70％.但该潜力的实际利用需要充分考虑区域的资源禀赋、技术水平、生态环境和经济政策等因素.