防災減災背后的“硬科技”

文/本刊特約記者 辛心榕

歷經近2個月的持續強降雨，我國長江流域嚴重的洪澇災情，給農業生產帶來了不利影響。

洪水風險客觀存在，但隨著科技發展和社會進步，我國在農業防洪救災理念和技術上不斷改進，發展出了諸多有效的防控手段。

“在主要農作物澇漬災害防控關鍵技術方面，我們形成了‘預測預警－防御－排除與減緩－災后恢復’四個過程的防控措施。”中國農業科學院農田灌溉研究所農村水利發展研究室主任周新國表示。

具體而言，通過遙感監測，快速預警災害范圍和強度；通過工程手段的優化調度，提高防御能力，比如南方地區通過提前把有些河道分區分段，降低河道水位，以提升農田蓄納能力；農田采用“廂溝+腰溝+圍溝+農溝”田間排水模式，將洪水及時排出；災后進行作物修復，比如噴施葉面肥，提高葉片光合能力和土壤肥力，補種短季節作物等。

農業遙感為災情監測開“天”眼

遙感監測技術因其宏觀性、經濟性、動態性、時效性等特征，正逐漸成為我國農業災害監測的重要手段。通過這一有力工具及時、準確、客觀地獲取的農業災害發展情況，會成為決策部門制定防災減災方案的重要依據。

自20世紀60年代起，遙感技術的出現在一定程度上彌補了傳統監測方法耗時、費力、效率低、誤差大的不足，在農業資源監測領域得到了廣泛應用。

2019年，我國首顆實現農業精準觀測的高分六號遙感衛星正式投入使用，更為農業遙感技術發展增添了強大助力，有利于推動我國糧食生產可持續發展。

中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所研究員王利民長期從事農情遙感研究。他在接受采訪時說，遙感技術的特點在于能夠獲取精細化的格網數據，即能夠以空間上連續的方法監測單位面積內農作物的種類、面積、長勢、單產狀況，并能夠估算耕地土壤墑情、病蟲害等作物生長狀態和生長環境信息，滿足指導農業生產的及時性需求。

據王利民介紹，洪災的遙感監測主要通過淹沒面積和淹沒時間來評估受災程度。

按照像元空間分辨率的不同，農業資源遙感監測衛星可分為高、中、低空間分辨率，如5米以上就可以稱為高空間分辨率，5～50米之間的可以稱為中空間分辨率，50～1000米可以稱為低空間分辨率。目前使用較多的是10～30米的中空間分辨率可見光數據，基本達到5天左右的覆蓋頻率。這個時空分辨率水平基本滿足了大范圍農業資源遙感監測估算的需算，并且也兼顧了一定的經濟成本。

遙感技術應用于農業，利用了植被的特殊光譜特征。它包括3個部分：波段為0.39～0.76微米的可見光、0.8～2.5微米的近紅外部分，表達作物生長狀況；8～14微米的熱紅外部分，與植被、土壤溫度有關；1～1000毫米的微波，對土壤中的水分比較敏感。

目前，遙感技術在我國農業資源、農情遙感監測中的應用廣泛且深入，在我國東北地區、新疆維吾爾族自治區等典型規模化種植區域的應用更具優勢。

高分六號極軌光學遙感衛星，是我國首顆實現精準農業觀測的高分衛星。它首次增加了能有效反映作物特有光譜特性的“紅邊”波段，能夠實現對玉米、大豆、棉花等同期生長的大宗作物以及其他大面積種植的經濟作物的有效識別。在國家相關課題的主持下，針對高分6號衛星的農業應用，農業科研與業務部門也開展了系統、全面的研究，取得了一些進展。

水利設施需為防洪筑起“防御工事”

中國水利水電科學研究院水利研究所副總工程師王少麗指出，農田排水工程是防御澇漬災害的有效措施，可因地制宜地采用明溝和暗管相結合的明暗組合排水方式，或淺明溝結合豎井的溝井組合排水方式。

王少麗建議，針對我國目前田間除澇降漬能力不足、滯蓄能力低下與外排條件復雜等問題，亟需研發澇漬減災田間排水工程效率提升措施、“排－蓄－控”多過程聯合調控技術、自排與強排相結合的“排－蓄－調”智能化運行與調度技術等。

“但單純依靠工程措施防御洪澇既不現實，也不經濟。近年來，我國洪澇防御從單純的注重工程措施轉變為工程與非工程措施相結合；從局限于探討洪澇帶來的經濟損失轉變為關注洪水資源化利用、洪水控制與管理、防洪與經濟社會等諸多領域的相關影響關系。”王少麗說。

王少麗從農田排澇工程建設角度指出，當前我國農田排澇基礎設施薄弱、農田澇漬監測手段落后、信息獲取單一、調度水平滯后。此外，由于長期以來重灌輕排，農田除澇治漬沒有引起足夠的重視，排澇工程欠賬多，溝坡坍塌、淤積、破損、溝上筑壩等情況隨處可見，大多排澇泵站“帶病”運行、效率低下。

王少麗建議，采取綜合措施提高治澇效果。包括建立完善的農田排水系統，提高灌排工程的聯合調度及運行管理水平；調整農業布局和合理利用水土資源，比如在低洼易澇區選種耐淹或喜水的耐澇作物，以增強農田抗澇能力；加強水稻區節水灌溉的實施，最大限度地發揮稻田調蓄雨水的功能等。

周新國還提到，當前國內農田排水工程的標準是可抵御“5～10年一遇”的洪水，其自建國以來基本未有實質性的變化，使得今年個別地區遭遇“百年一遇”的洪水時損失慘重。

考慮到江河沿線滯蓄洪功能區和國家糧食生產功能區劃分，洪澇過后要深入開展調查研究，有針對性、有區別地提出不同功能區“排水工程亟需改造完善的新舉措”。

加強預警 未雨綢繆

農業科技和理念的進步為災情期間保障糧食產量、減少農民損失發揮了重要作用，但不得不承認，短板仍存，損失仍在。防患于未然才是減少損失的最好辦法。

周新國指出，目前信息化技術、數字農業手段在農業澇漬防災減災的應用上還不普及、相關研究也比較缺乏。

近年來，周新國參與的項目組建設了長江中下游地區澇漬災害數據庫，可滿足對縣級和流域級澇漬受害監測、評估和預警等歷史數據的需要。此外，項目組還建立了長江中下游地區主要作物澇漬災害全面、快速和準確的遙感監測方法和預警系統。

在周新國看來，未來還需加強相關研究。

四川省農業科學院作物研究所研究員鄭家國建議，要加強災害的預警預報。在如何區域性調度水，盡量減少災害程度方面，還有很多工作要做。同時，還要加強抗澇耐淹水品種選育和栽培方面的理論與應用技術研究。目前，類似于再生稻的技術還比較少，需要科技發力。

值得思考的是，如何讓植物保護方面的預測預警落實到每一個田塊里。“因為有些地方基層隊伍不健全，沒有落實到位，需要農業科技隊伍查漏補缺。只有預測預警全覆蓋，才能有效減少災害、病蟲害的發生。”鄭家國說。

在湖南農業大學農學院教授唐啟源看來，在預報預警方面，應發展智慧農業或數字化農業，通過大數據與天氣預測相結合，及時調整栽培措施。

發展數字農業需要依靠高端的信息技術獲取準確的農業大數據。其中，王利民介紹，在我國系列遙感衛星、尤其是高分系列衛星升空之前，農業遙感數據主要依靠國外數據源。不同單位的科研人員共同合買國外衛星的遙感數據，是農業科研圈每年要經歷的一件大事。

“有了國產衛星數據作為支撐，國外數據獲取的便利性和效率也都發生了較大的改變，以國產衛星為主體的數據保障體系逐步形成，保障能力也得到了顯著改善。”王利民說。

我國農業生產的空間多樣性、季節多變性和種植復雜性，對遙感衛星的空間分辨率、時效性、譜段載荷等都提出了很高的要求。中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所研究員吳文斌強調，高分六號衛星與高分一號衛星組網運行，以大幅提高對農業、林業、草原等資源的監測能力，并非農業專用衛星。

與國家農業資源遙感監測的需求相比，當前用于農業資源遙感監測的衛星資源仍有差距，應積極尋找農作物敏感波段，有針對性的開展農業資源衛星建設。隨著我國農業現代化的發展，更高分辨率的衛星數據才能滿足不斷提升的精準農業需求，以及耕地地塊較為破碎區域的監測需求。

除衛星技術本身外，吳文斌認為，衛星產業化應用發展仍不足，也是我國農業遙感產業與農業科技發達國家的另一差距。

美國、歐盟等發達國家和地區的衛星應用核心技術在對地觀測數據獲取、數據診斷與挖掘、數據共享與決策支撐系統研發等方面處于領先地位，衛星觀測技術已經廣泛應用于本國或全球農業監測。

吳文斌指出，我國衛星應用用戶多為政府，以服務政策決策管理為主，產業化發展仍不足，衛星應用在很多地方仍是“盆景”。“我國農業總體上處于小農種植模式，農業規模化經營不足，經營主體對遙感應用的需求動力不足；衛星應用具有技術密集型和資金密集型特點，衛星數據的獲取、處理與分析等門檻比較高，面向應用的核心關鍵技術研發不足，科技供給落后于產業需求，使得遙感應用還沒有大眾化。”他說。

防災減災更需政策調控

除了農業澇漬災害，事實上，在我國旱災是農業面臨的更大威脅。粗略估計，因干旱造成的糧食減產和經濟損失約占氣象災害造成的經濟總損失的一半以上。“旱災最主要的表現，就是農作物長勢差了。”王利民表示，通過與歷史生長數據比對，就可以判斷出旱情的總體趨勢。

“應對旱災的時間比其他災害都多。”中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所研究員、農業部防災減災專家指導組組長游松財說。中國是一個缺水型國家，干旱受災范圍為千公里級的規模，跨度大、持續時間長，造成的損失占農業總損失的70%左右。

“可以說，水是中國農業的命脈。實際上，雨水豐沛的年份恰是糧食豐收年。”游松財說。

記者查閱國家統計局的數據后發現，1998年，我國糧食總產量為51229余萬噸，達到當時歷史最高水平；今年全國夏糧總產量為14281萬噸，生產再獲豐收，產量創歷史新高。

7月23日，中央氣象臺再次發布高溫預警，江南、華南地區在副熱帶高壓控制下，高溫持續升級。應對旱情風險刻不容緩。

專家們表示，旱澇急轉、先澇后旱，區域性、階段性旱澇災害并存是我國農業災情現狀。

游松財表示，在備災救災方面，國家有著較為成熟的方案，包括在物資、技術、品種、種子等方面進行及時補貼救助；農業部門也有著完備的農情速報系統，可最快知曉各地的災情；此外，農業部門還會組織專家組到災區進行全方位技術指導。

在游松財看來，田間地頭的救災保糧措施只是一方面，今后還應走政策性農業保險的發展道路。

“實際上，由于勞動力成本很高，從經濟效益來說，通過諸如對受淹沒稻葉清洗、補種等措施補救并不劃算，實施農業保險，能夠保證農民在災年時不欠收。”游松財說。

保險產品作為商業產品，通常按照受災概率、洪澇等級等定量化的數據設置賠償額度。“量化研究支撐保險產品。但是，由于我們受數據制約，目前定量化研究還比較缺乏，需要加強。”游松財說。