农业遥感

• 基于无人机高光谱图像的花生苗期株数监测

  王凡;孟翔宇;陈龙跃;段丹丹;

  【目的 】花生是我国重要的油料作物之一，从无人机遥感影像中准确识别花生植株，实现快速、无损、准确的花生株数统计，对花生田间管理和高产具有重大意义。【方法 】文章以广东省河源市灯塔盆地花生种植基地为研究对象，利用无人机获取花生种植区域的高光谱图像（Hyperspectral Images,HSI）数据，利用提取花生平均覆盖度的方法近似估算花生株数。通过分析390～1 000 nm范围内高光谱图像特征，选取分割提取花生植株的有效特征波段，构建了包括光谱特征（Vegetation Indices,VIs）和群体形态特征（Morphological Parameters,MPs）在内共20个特征参数，并利用皮尔逊相关分析选择了12个参数。然后基于偏最小二乘回归（Partial Least Square Regression,PLSR）、随机森林回归（Random Forest Regression,RFR）和支持向量回归（Support Vector Regression,SVR） 3种算法，分别利用光谱特征、群体形态特征、联合光谱特征和群体形态特征构建花生平均覆盖度估测模型，并确定估算花生平均覆盖度的最优估测模型。【结果 】（1）在可见光区域，绿色植株与背景区域的差异明显且不存在重叠区域，671 nm处光谱反射率可有效区分花生植株与背景区域。（2）在使用PLSR、RFR和SVR 3种算法训练的模型中，SVR模型估测结果的精度最佳。（3）在单特征模型中，基于群体形态特征指数的模型精度优于基于最优光谱指数所构建的模型。在多特征模型中，联合光谱特征和群体形态特征所构建的模型精度更高、稳定性更强，PLSR、RFR和SVR 3种模型的R~2分别达到0.56、0.58和0.75。其中，SVR模型的RMSE低至0.29株。【结论】基于SVR算法、光谱特征和群体形态特征所构建的模型能有效监测田间条件下的花生覆盖度水平，适用于基于无人机的花生苗期株数的实时快速检测，可为花生的精准管理生产提供一种快捷高效的技术手段。

  2024年04期 v.36 1-13页 [查看摘要][在线阅读][下载 1422K]
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• 潜江市土地利用景观格局动态分析

  于雷;石磊;包蕴;何旭;王箫桐;胡博;

  【目的】研究土地利用景观格局动态变化规律对潜江市土地资源合理配置与利用具有重要意义，可为潜江市区域可持续发展提供重要参考。【方法】文章基于2016年、2018年和2020年潜江市3期土地利用数据，运用ArcGIS和Fragstats等软件，采用土地转移矩阵、土地利用动态度和景观指数分析等方法，分析了2016—2020年潜江市土地利用及景观格局动态变化。【结果】（1）在土地利用结构方面，潜江市的土地利用以水田、稻虾田和旱地为主。其中旱地面积持续减少，而稻虾田、林地和建设用地面积不断增加。整体土地利用变化主要表现为水域与水田转化为稻虾田，水田与旱地间相互转化。2016—2020年土地利用类型面积变化率绝对值由大到小：稻虾田>林地>水域>旱地>水田>建设用地。（2）潜江市土地利用动态度持续下降，综合土地利用动态度为5.59%。（3）在景观格局变化方面，类别级别分析表明，水田和旱地的破碎化程度增大，而稻虾田破碎化程度降低，水田的聚合程度持续降低。景观级别分析显示，潜江市景观格局复杂性增加，聚集程度减弱，连通性变差；破碎化程度加剧，中小型斑块数量增加，异质性增强。【结论】2016—2020年潜江市整体土地利用变化大，地类之间相互转化剧烈。土地利用景观类型趋向均衡化和多样化，但整体景观破碎化加剧。研究结果对未来的土地利用结构优化和土地资源的合理利用具有参考意义，可为潜江市后续国土空间规划与可持续发展提供参考。

  2024年04期 v.36 14-26页 [查看摘要][在线阅读][下载 2080K]
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• 农业无人机高光谱成像遥感研究现状和进展

  魏萱;蒋一凡;蔡玥乐;周子滨;赵艳茹;邹金平;叶大鹏;

  【目的】随着计算机、无人机、光谱技术以及遥感技术的迅猛发展，无人机高光谱成像遥感已然成为推动精准农业发展的关键方向之一。与传统检测手段相比，其具备高分辨率和多光谱带等显著优势，能够为精准农业提供更加详细且准确的数据支撑。【方法】文章介绍了常见的无人机平台和机载高光谱成像仪，详细探讨了该技术应用实例，简要介绍了高光谱遥感图像信息处理流程及面临的主要问题，提出了该技术在农业领域应用中存在的问题和未来的发展方向。【结果】当前，应用于农业的无人机高光谱成像遥感设备主要有自主研发的无人机高光谱成像系统以及商业化的成套设备。这类设备通常被用于获取作物表型信息，在农业领域的主要应用涵盖农作物产量测定、长势诊断、病虫害监测以及作物识别等方面。然而，目前存在高光谱遥感系统成本高且受限较多、高光谱数据量大导致处理较为复杂以及标准化和共享平台建设不足等问题。未来，其重要的发展趋势包括自主开发适用于复杂田间环境的无人机系统、采用深度学习等方式实现智能化数据处理以及推动田间调查标准的建立和共享数据平台的建设。【结论】通过技术创新和应用实践，无人机高光谱成像遥感技术将在农业领域发挥更大的作用，为精准农业的发展提供强有力的支持。这将有助于实现更高效的农业生产管理，提高作物产量和品质，促进农业的可持续发展。

  2024年04期 v.36 27-46页 [查看摘要][在线阅读][下载 1550K]
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智慧农业

• 保护性耕作介导的水热变化对东北玉米高产稳产性的可能影响

  周弈;崔文倩;赵锦;吴伟鑫;杨晓光;

  【目的】全球气候变化背景下，我国东北地区主要呈现气候暖干化趋势，而保护性耕作是农业应对气候变化的重要措施。探究4种主要保护性耕作措施（秸秆覆盖、免耕、免耕+秸秆覆盖和深松）介导的农田水热变化对东北玉米高产稳产性的可能影响，可为区域尺度上推广应用保护性耕作提供科学参考。【方法】文章以保护性耕作介导下玉米生长季内的土壤水热变化为切入点，应用APSIM-Maize模型评估1988—2017年保护性耕作对东北玉米高产性稳产性的可能影响。【结果】（1）与传统耕作相比，保护性耕作措施下黑龙江和吉林两地的玉米单产分别减少262 kg/hm~2和119 kg/hm~2，产量变异系数分别下降0.03和0.06，辽宁和内蒙古东四盟的玉米单产分别增加452 kg/hm~2和2 458 kg/hm~2，产量变异系数分别下降0.08和0.25；各研究站点单产呈东减西增、增产大于减产，产量变异系数呈降幅普遍大于增幅，整体下降的变化趋势；最高稳区和高稳区占研究区域面积的比例由45.63%降低为37.41%，单产分别降低64 kg/hm~2、57 kg/hm~2，可应用区占研究区域面积的比例由27.16%降低为18.84%，单产增加515 kg/hm~2，而次高稳区面积占比由27.21%增加为43.76%，单产增加860 kg/hm~2。（2）与传统耕作相比，4种保护性耕作措施下东北地区玉米整体呈增产，同时产量变异系数均出现下降；最高稳区和可应用区面积均缩小，次高稳区面积均扩大，高稳区面积在免耕+秸秆覆盖和深松措施下扩大，在秸秆覆盖和免耕措施下缩小。【结论】东北玉米农田采取保护性耕作措施后黑龙江和吉林减产较少，辽宁和内蒙古东四盟大幅增产，同时产量变异系数均有不同程度下降，因此应用保护性耕作措施后东北地区整体高产性和稳产性提高。黑龙江可采取深松措施，吉林推广秸秆覆盖和免耕+秸秆覆盖均有良好增产稳产效果，而辽宁和内蒙古东四盟在4种保护性耕作措施下均表现出较传统耕作更优的高产稳产性，宜根据当地环境实施合适的保护性耕作措施。

  2024年04期 v.36 47-63页 [查看摘要][在线阅读][下载 1934K]
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• 基于文献的“小田变大田”热点区域分析

  刘春丽;谢豪军;张帅;尚国琲;余强毅;李会宾;

  【目的 】农田细碎化一直是困扰我国农业现代化发展的重要难题，实现“小田变大田”是我国高标准农田建设和土地整治等工作的重要成果。明晰“小田变大田”的研究现状、掌握“小田变大田”的热点区域具有重要意义。【方法 】文章基于中国知网（CNKI）数据库以及我国主流媒体“央视网”检索的153篇研究报道，进行全国“小田变大田”热点区域分析。借助Excel工具对研究报道类型、逐年发表量、开展“小田变大田”的区域以及不同区域的发文量进行统计分析；借助ArcGIS软件的自然断点法将“小田变大田”区域分为高热度区、中热度区、低热度区和冷点区4个等级。【结果 】（1）“小田变大田”受到越来越多的关注。以“小田变大田”为主题的研究报道最早出现在2008年，2021年起“小田变大田”受到显著的关注。（2）“小田变大田”地域差异明显。其中关于安徽区域的研究报道最多，共计52篇，占比38.52%；其次是关于江苏区域的研究报道，共计18篇，占比13.33%。（3）“小田变大田”不同主体类型的报道角度存在差异。政府部门对“小田变大田”的关注点侧重于实施方式，主流媒体侧重于实施效果，科研人员则侧重于实施过程中存在的科学问题。【结论 】“小田变大田”是现阶段我国农村土地整改的新导向和新目标，国内研究者“小田变大田”的关注程度不断增加，未来可以进一步开展“小田变大田”变化监测相关研究。

  2024年04期 v.36 64-72页 [查看摘要][在线阅读][下载 1498K]
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• 数字低碳渔仓智能化控制系统框架设计

  梁晨;周志刚;陈楠;暴愿达;

  【目的】文章旨在利用物联网技术、大数据分析和人工智能等技术，设计开发数字低碳渔仓系统，实现对水质参数和鱼类生长状况的实时监测，以应对传统水产养殖方式所面临的效率低、质量不稳定、环境污染等问题，提高养殖效率和产品品质，推动水产养殖业向更加高效和可持续方向发展。【方法】在现状分析与前景展望的基础上，该文综合利用物联网技术、大数据分析和人工智能等技术的方法，设计并开发了数字低碳渔仓系统。该系统能够实时监测养殖水环境参数，全面了解鱼类生长状况，并为养殖者提供科学的决策依据，配套自动化设备还能实现水环境自动调控。【结果】经过实验验证，数字低碳渔仓系统可以有效监测水质参数和鱼类生长状况，为养殖者提供了准确可靠的数据支持。养殖者可以根据系统提供的信息，及时调整养殖环境，提高养殖效率和产品品质。【结论】数字低碳渔仓系统的设计和应用为传统水产养殖业带来了新的发展思路。利用先进技术手段，不仅可以有效解决传统养殖方式存在的问题，还能推动品质调控、无人渔场、表型组学与遗传育种等领域的研究进程。

  2024年04期 v.36 73-83页 [查看摘要][在线阅读][下载 1522K]
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• 浙江省农田数字化监管系统开发及应用

  邓勋飞;吴家满;梁兼霞;盛莉;郑含章;罗长龙;任周桥;

  【目的】针对当前农田底数不清、利用不详、监管不易、服务不到位等问题，充分发挥数字技术优势特点，构建浙江省农田时空数据及业务监管系统，提升农田相关业务监测监管的整体智治水平。【方法】文章以“3S”技术为支撑，采用系统工程过程“V”字模型解析应用系统需求和用户验证，依托政务云底座，基于关系型数据库引擎和空间数据库引擎构建农田时空数据库，利用空间服务平台和空间数据处理平台提供地图服务和空间数据高级处理分析服务，利用通用地图开发框架及专业可视化组件实现丰富的用户交互能力，通过构建标准化接口和服务，定制研发了面向“省—市—县—镇”4级，以及PC端、浙政钉和浙里办3端协同的农田数字化监管综合应用系统。【结果】系统主要功能包括农田信息可视化监管、粮食生产功能区管理，农田建设项目全流程数字化管理和农田地类查询等便民服务；应用实现了粮食生产功能区和高标准农田建设及管护过程中的各类业务在线快速办理、进度进展及时掌控及预警决策。【结论】为各级农田建设管理业务相关部门提供了高效的农田监管方面技术方法和软件系统，可进一步推广应用于耕地质量提升管理、种植利用调查监测、承包地管理等领域。

  2024年04期 v.36 84-94页 [查看摘要][在线阅读][下载 2034K]
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综合研究

• 2000—2020年安徽省耕地转化与粮食高产—稳产的时空关系

  郭红霞;李强;张冰琦;于溪;

  【目的】探究安徽省耕地与非耕地之间转化的时空特征及其与粮食生产能力变化的关联，为科学合理协调区域粮—地关系、确保国家粮食主产区实现“藏粮于地”提供理论支撑。【方法】文章基于2000年、2010年和2020年的3期GlobeLand30数据，采用耕地与非耕地转化率、洛伦兹曲线与基尼系数、空间自相关分析、均值—变异系数等方法，分析2000—2020年耕地转化数量和耕地转化方式的时空分异特征及粮食生产能力的动态变化特征。应用Pearson相关分析、Kruskal-Wallis检验与MannWhitney检验方法，探究耕地转化对粮食生产能力的影响，揭示不同粮食高产—稳产类型的区县耕地转化的差异。【结果】（1）耕地净转出呈现“北部高，中部分异，南部低”格局，且减少趋势在后10年明显加速，影响范围扩大。高—高聚集区为淮北平原区和江淮丘陵区，是因为城市化大量占用耕地，而低—低聚集区的皖南山区主要是因为“退耕还林”。（2）粮食生产能力在空间上形成环沿江圩区与皖南山区的高产—稳产带、江淮丘陵区的高产—不稳产连片区、淮北平原的低产—不稳产连片区，且整体粮食生产能力基本稳定；耕地转化对粮食高产性和稳产性水平产生显著影响。（3）安徽省高产—稳产、低产—稳产区县的耕地净转出面积较小，且转化方式以0-0-0-0为主，表明粮食生产力稳定的地区耕地保护较好。【结论】安徽省应因地制宜加强耕地转化管理，尤其是重点保护和充分利用高产—稳产区域的优质耕地，确保粮食生产的可持续性。

  2024年04期 v.36 95-110页 [查看摘要][在线阅读][下载 2261K]
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• 中国耕地保护与可持续利用：挑战、解决方案与展望

  王硕;王新高;时慧;孙晶;

  【目的】科学开展耕地的保护与利用，可以为保障国家粮食安全、土地安全、生态安全提供重要参考，具有科学与政策双重价值。【方法】文章通过对中国耕地保护与利用研究的相关文献进行系统梳理总结，归纳了当前耕地保护与利用面临的主要问题，针对问题回顾相关解决方案，同时展望了未来的发展方向。【结果】中国耕地正面临着总面积减少、质量下降、破碎化等问题，该文从政策调控、科技创新两大方面总结了目前相对应的解决方案，重点突出了农业信息技术的有效应用，根据解决方案提出了完善耕地可持续发展政策、持续加强科技创新、应用新理论框架的建议。【结论】在北粮南运的新形势下，应重视北方耕地资源，特别是东北黑土地保护利用、西北盐碱地改良与开发利用，同时，应全面准确把握大食物观科学内涵，积极开发草地农业、蓝色粮仓等资源的生产潜力，让“中国饭碗”端得更好、更健康。

  2024年04期 v.36 111-125页 [查看摘要][在线阅读][下载 1537K]
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• 干热河谷区生态系统服务价值时空变化分析——以凉山州宁南县为例

  黄埔;黄青;周鑫洋;王经天;

  【目的】探明生态系统服务价值的时空变化规律，有利于土地规划和资源管理等决策的制定。【方法】文章基于2000—2020年宁南县5期土地利用数据，以0.5 km×0.5 km的格网为评价单元，采用ArcGIS 10.8软件和当量因子法，结合空间统计分析方法，探究其生态系统服务价值（Ecosystem Service Value,ESV）的时空变化特征。【结果】（1）宁南县土地利用类型以林地为主，占总面积的60%以上；其次为耕地，占比约为30%；草地和建设用地的面积有着较快的年际变化，水域和未利用地则基本保持稳定。（2） ESV总价值量除在2010—2015年有略微回升，其他阶段均下降，其中草地转化造成的损失高达98.66%，是生态系统服务总价值减少的根本原因；水资源供给功能的ESV为负值且持续减少，水域面积狭小、季节性缺水严重，这是限制宁南县区域发展的根本原因。（3）研究区ESV总体水平较高。在空间分布上，ESV存在东翼高于西翼的分异特征，且ESV高值区主要呈条带状（沿西北—东南走向）横跨整个县域；在时间序列上，高值区逐渐萎缩、低值区逐渐扩展。（4）宁南县ESV增值热点和损失冷点分布较为分散。从研究期整体来看，ESV增值热点主要分布在低海拔的乡镇交界处和主要农产区的局部区域；而损失冷点主要分布在松新镇、幸福镇、俱乐镇、石梨镇和西瑶镇等乡镇。【结论】应着重加强生态保护重点领域的监管，进行有效治理消除极端冷点，保障国土空间的生态安全。

  2024年04期 v.36 126-138页 [查看摘要][在线阅读][下载 1610K]
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• 农业现代化背景下互联网使用对农户土地转出的影响效应研究——基于农户分化的调节效应分析

  魏昊;程竹;曾楚;

  【目的】基于互联网强国和农业现代化背景，探究互联网使用对农户土地流转的作用机制和影响效果，检验农户分化背景下互联网使用对农户土地转出的调节效应，为中国推进互联网普及更有效服务农户提供理论依据，助力建设农业现代化强国。【方法】文章以CFPS2020数据为基础，分析互联网使用对农地流转的影响机制，通过logit模型实证了互联网使用对农户土地转出行为的影响，并进一步对其进行了稳健性检验，为验证互联网使用对农户土地转出的影响机理，探讨了农户分化背景下的调节效应。【结果】（1）互联网使用显著正向影响农户土地转出，控制变量上农户年龄、身体健康程度等变量对农户土地流转也有不同影响，但是这种效应在东部以及西部地区的差别并不明显。（2）农户分化背景下，不同类型农户互联网使用对其土地流转影响不同，农户分化存在明显的调节效应。【结论】未来应完善农村互联网基础设施，提高农村信息化程度；建立农地流转规范交易平台以及信息共享平台，提高农地信息可获取度；通过多种渠道，对农户进行有关培训以及宣传，提高农户对互联网的认可度以及使用率。

  2024年04期 v.36 139-150页 [查看摘要][在线阅读][下载 998K]
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