河南省小麥長勢遙感監測地面調查技術

賈德偉 劉玉昕 王寧 靳媛媛

河南省是全國重要的糧食生產大省。小麥是河南省第一大糧食作物，種植面積和產量高居全國第一位。監測河南省小麥長勢，進而對產量進行估算，對指導小麥生產和保障國家糧食安全具有重要意義。河南省小麥分布范圍廣，且地形復雜，如采用常規統計方法獲取小麥長勢信息，易受人為主觀因素影響，而且費時費力。遙感技術依靠其宏觀、客觀、適時、動態、無損及簡便的優勢，可快速獲取小麥種植分布和長勢狀況信息，為政府決策者和生產管理者制定科學合理小麥生產管理措施提供決策依據，達到促進小麥高產穩產的目的。

一、背景介紹

河南省開展農作物遙感監測已有20余年歷史， 2000年對全省小麥種植面積實現動態監測， 2005年對全省小麥長勢實現動態監測。隨著國內中巴陸地資源衛星、環境減災衛星，高分系列衛星以及國外landsat8衛星、哨兵衛星、RapidEye衛星陸續成功發射，衛星遙感數據資源不斷豐富，河南省逐步將衛星遙感技術拓展應用在重大農業自然災害、農業政策和項目執行情況等方面。

農作物能夠反射或輻射不同波長的電磁波，這種特性在遙感數據中就形成不同的光譜特征。理想情況下，同一農作物應具有相同光譜特征，即“同物同譜”。但遙感成像時因太陽光角度不同、含水量不同、病蟲害發生程度不同以及其他環境影響，會出現“同物異譜”和“異物同譜”現象，嚴重影響遙感監測精度。因此，使用遙感監測數據時，還需要開展地面調查工作，建立和檢驗遙感數據與農作物生長狀態的對應關系，以此提高遙感監測的精準度，科學指導農業生產。

二、地面調查位置布設

（一）抽樣地面調查縣

為保證地面調查數據的科學性、及時性和有效性，需要專業技術人員按時保質保量開展實地調查。在全省所有縣（市、區）開展此項工作成本過高，可以采用分層抽樣方法選擇30個地面調查縣抽查小麥長勢。

抽樣以省轄市為層次，要充分考慮各縣（市、區）的地貌類型、空間位置、農作物種植結構、小麥種植面積占比、小麥單產、交通通達性等因素。例如，近幾年河南省確定滑縣、夏邑縣、太康縣、平輿縣、淮濱縣、鄧州市、洛寧縣和博愛縣等30個縣（市、區）為地面調查縣，覆蓋了黃淮海平原、南陽盆地、豫西北山地丘陵及淮北平原等地貌類型，均勻分布在全省各地。其中，在小麥種植面積較大的南陽市、商丘市、周口市和駐馬店市，各抽選了3個地面調查縣，具體分布詳見圖1。

（二）布設地面調查樣方

地面調查樣方為監測小麥長勢的500 m×500 m固定地塊。鑒于不同地區的種植習慣、種植結構和作物產量存在差異，每個地面調查縣布設3個樣方，分別代表高產田、中產田、低產田。

地面調查樣方布設原則：一是典型性。樣方應充分代表該縣主要氣候、地形、土壤類型和質量、產量水平及耕作制度，樣方內小麥種植面積應占總面積的80%以上。二是固定性。樣方必須分布在基本農田區內，遠離城鎮、工礦用地、湖泊、水庫等非耕地區域，且長期固定不變。三是差異性。樣方間隔距離應保持在10 cm以上，確保其空間差異性，受地形等客觀條件限制時，可適當調整距離大小，但必須大于5 cm。四是自然性。樣方應以耕地自然界限為邊界，如水渠、道路、田埂和田徑等。

布設地面調查樣方后，利用GPS定位儀、土壤水分測定儀等設備，采集樣方地塊的基本信息，包括地理位置信息、氣象信息和地塊信息等內容。地理位置信息包括縣鄉名稱、四至坐標、海拔高度和地形地貌等。氣象信息包括年均降雨量、有效積溫和全年無霜期等。地塊信息包括監測樣方面積、主要作物比例、土壤類型、地力等級、作物凋萎含水量、作物物候期、種植制度、產量水平、田間持水量等。

（三）確立采集點

按照5點采樣法要求，在每個地面調查樣方內確立5個采集點，用于定期收集小麥長勢數據。5個采集點的平均情況代表該樣方實際情況。確立的采樣點周圍小麥長勢要有代表性，長勢均勻一致，并避開樣方的4個頂角、地邊和溝邊。確立方法是以樣方兩對角線中心點為中心采集點，分別沿著對角線四個方向等距（250～350 m）選擇其他4個采集點，如下頁圖2所示。采集點確立后，應固定位置并設明顯標志，便于下次采集數據。

三、調查內容及方法

在每個采集點，需要調查監測1m雙行小麥長勢數據，調查內容主要包括生育期、基本苗數、總莖蘗數等參數。

（一）生育期。根據樣方內小麥生長情況，判斷所處生育期，遙感監測地面調查主要集中在小麥的越冬開始期、返青期、起身期和拔節期等關鍵生育期。

（二）基本苗數。由1m雙行的苗數折算出單位面積耕地上的苗數。折算公式為：基本苗=1m雙行苗數×單位面積÷行距÷2。

（三）總莖蘗數。由1m雙行的莖蘗數折算出單位面積耕地上的總莖蘗數。露出葉鞘的孽應計算為一個分蘗，當分蘗出現喇叭口或心葉出現枯萎變黃的退化孽時，不計入總莖蘗數。折算公式為：總莖蘗數=1m雙行莖蘗數×單位面積÷行距÷2。

（四）主莖葉齡。在1m雙行內選擇30株小麥，統計每株主莖葉片數，計算得出30株樣本的平均單株主莖葉齡。未出全的心葉以其露出長度占下一葉片長度的比例表示，如0.5。

（五）單株莖蘗數。在1m雙行內選擇30株小麥，統計每株小麥主莖及各級分蘗數，計算得出30株樣本的平均單株莖蘗數。

（六）單葉葉面積。在1m雙行內選擇10株小麥所有綠色葉片，用直尺測量并記錄葉寬和葉長，計算得出10株樣本的單葉葉面積平均值。其中，葉面積=葉寬×葉長×換算系數，換算系數一般為0.833。

（七）墑情。土壤墑情以土壤水分測定儀實測結果為準。當缺少儀器設備時，也可依靠傳統經驗評價為過濕、適宜、輕旱、中旱和重旱。

（八）長勢對比。依據上述測定數據，與去年同時期對比，綜合研判得出結論，如長勢好于去年、長勢與去年持平、長勢差于去年等。

四、小結

遙感監測地面調查的工作內容龐雜嚴謹，本文僅論述了抽樣地面調查縣、布設地面調查樣方、確立采集點的技術以及主要調查內容和方法。經過多年實踐檢驗，使用該技術方法獲得的數據具有科學、精準、及時、客觀的特點，可以有效提高小麥長勢遙感監測精度，提升對小麥生產形勢研判的準確度，為指導小麥生產和政府宏觀決策提供科學依據和技術支撐。

基金項目：本文系縣域尺度農田表層土壤有機碳遙感估算及不確定性研究（2221021100999）

（責任編輯? ?劉沛儒）