河南省小麦长势遥感监测地面调查技术

贾德伟 刘玉昕 王宁 靳媛媛

河南省是全国重要的粮食生产大省。小麦是河南省第一大粮食作物，种植面积和产量高居全国第一位。监测河南省小麦长势，进而对产量进行估算，对指导小麦生产和保障国家粮食安全具有重要意义。河南省小麦分布范围广，且地形复杂，如采用常规统计方法获取小麦长势信息，易受人为主观因素影响，而且费时费力。遥感技术依靠其宏观、客观、适时、动态、无损及简便的优势，可快速获取小麦种植分布和长势状况信息，为政府决策者和生产管理者制定科学合理小麦生产管理措施提供决策依据，达到促进小麦高产稳产的目的。

一、背景介绍

河南省开展农作物遥感监测已有20余年历史， 2000年对全省小麦种植面积实现动态监测， 2005年对全省小麦长势实现动态监测。随着国内中巴陆地资源卫星、环境减灾卫星，高分系列卫星以及国外landsat8卫星、哨兵卫星、RapidEye卫星陆续成功发射，卫星遥感数据资源不断丰富，河南省逐步将卫星遥感技术拓展应用在重大农业自然灾害、农业政策和项目执行情况等方面。

农作物能够反射或辐射不同波长的电磁波，这种特性在遥感数据中就形成不同的光谱特征。理想情况下，同一农作物应具有相同光谱特征，即“同物同谱”。但遥感成像时因太阳光角度不同、含水量不同、病虫害发生程度不同以及其他环境影响，会出现“同物异谱”和“异物同谱”现象，严重影响遥感监测精度。因此，使用遥感监测数据时，还需要开展地面调查工作，建立和检验遥感数据与农作物生长状态的对应关系，以此提高遥感监测的精准度，科学指导农业生产。

二、地面调查位置布设

（一）抽样地面调查县

为保证地面调查数据的科学性、及时性和有效性，需要专业技术人员按时保质保量开展实地调查。在全省所有县（市、区）开展此项工作成本过高，可以采用分层抽样方法选择30个地面调查县抽查小麦长势。

抽样以省辖市为层次，要充分考虑各县（市、区）的地貌类型、空间位置、农作物种植结构、小麦种植面积占比、小麦单产、交通通達性等因素。例如，近几年河南省确定滑县、夏邑县、太康县、平舆县、淮滨县、邓州市、洛宁县和博爱县等30个县（市、区）为地面调查县，覆盖了黄淮海平原、南阳盆地、豫西北山地丘陵及淮北平原等地貌类型，均匀分布在全省各地。其中，在小麦种植面积较大的南阳市、商丘市、周口市和驻马店市，各抽选了3个地面调查县，具体分布详见图1。

（二）布设地面调查样方

地面调查样方为监测小麦长势的500 m×500 m固定地块。鉴于不同地区的种植习惯、种植结构和作物产量存在差异，每个地面调查县布设3个样方，分别代表高产田、中产田、低产田。

地面调查样方布设原则：一是典型性。样方应充分代表该县主要气候、地形、土壤类型和质量、产量水平及耕作制度，样方内小麦种植面积应占总面积的80%以上。二是固定性。样方必须分布在基本农田区内，远离城镇、工矿用地、湖泊、水库等非耕地区域，且长期固定不变。三是差异性。样方间隔距离应保持在10 cm以上，确保其空间差异性，受地形等客观条件限制时，可适当调整距离大小，但必须大于5 cm。四是自然性。样方应以耕地自然界限为边界，如水渠、道路、田埂和田径等。

布设地面调查样方后，利用GPS定位仪、土壤水分测定仪等设备，采集样方地块的基本信息，包括地理位置信息、气象信息和地块信息等内容。地理位置信息包括县乡名称、四至坐标、海拔高度和地形地貌等。气象信息包括年均降雨量、有效积温和全年无霜期等。地块信息包括监测样方面积、主要作物比例、土壤类型、地力等级、作物凋萎含水量、作物物候期、种植制度、产量水平、田间持水量等。

（三）确立采集点

按照5点采样法要求，在每个地面调查样方内确立5个采集点，用于定期收集小麦长势数据。5个采集点的平均情况代表该样方实际情况。确立的采样点周围小麦长势要有代表性，长势均匀一致，并避开样方的4个顶角、地边和沟边。确立方法是以样方两对角线中心点为中心采集点，分别沿着对角线四个方向等距（250～350 m）选择其他4个采集点，如下页图2所示。采集点确立后，应固定位置并设明显标志，便于下次采集数据。

三、调查内容及方法

在每个采集点，需要调查监测1m双行小麦长势数据，调查内容主要包括生育期、基本苗数、总茎蘖数等参数。

（一）生育期。根据样方内小麦生长情况，判断所处生育期，遥感监测地面调查主要集中在小麦的越冬开始期、返青期、起身期和拔节期等关键生育期。

（二）基本苗数。由1m双行的苗数折算出单位面积耕地上的苗数。折算公式为：基本苗=1m双行苗数×单位面积÷行距÷2。

（三）总茎蘖数。由1m双行的茎蘖数折算出单位面积耕地上的总茎蘖数。露出叶鞘的孽应计算为一个分蘖，当分蘖出现喇叭口或心叶出现枯萎变黄的退化孽时，不计入总茎蘖数。折算公式为：总茎蘖数=1m双行茎蘖数×单位面积÷行距÷2。

（四）主茎叶龄。在1m双行内选择30株小麦，统计每株主茎叶片数，计算得出30株样本的平均单株主茎叶龄。未出全的心叶以其露出长度占下一叶片长度的比例表示，如0.5。

（五）单株茎蘖数。在1m双行内选择30株小麦，统计每株小麦主茎及各级分蘖数，计算得出30株样本的平均单株茎蘖数。

（六）单叶叶面积。在1m双行内选择10株小麦所有绿色叶片，用直尺测量并记录叶宽和叶长，计算得出10株样本的单叶叶面积平均值。其中，叶面积=叶宽×叶长×换算系数，换算系数一般为0.833。

（七）墒情。土壤墒情以土壤水分测定仪实测结果为准。当缺少仪器设备时，也可依靠传统经验评价为过湿、适宜、轻旱、中旱和重旱。

（八）长势对比。依据上述测定数据，与去年同时期对比，综合研判得出结论，如长势好于去年、长势与去年持平、长势差于去年等。

四、小结

遥感监测地面调查的工作内容庞杂严谨，本文仅论述了抽样地面调查县、布设地面调查样方、确立采集点的技术以及主要调查内容和方法。经过多年实践检验，使用该技术方法获得的数据具有科学、精准、及时、客观的特点，可以有效提高小麦长势遥感监测精度，提升对小麦生产形势研判的准确度，为指导小麦生产和政府宏观决策提供科学依据和技术支撑。

基金项目：本文系县域尺度农田表层土壤有机碳遥感估算及不确定性研究（2221021100999）

（责任编辑   刘沛儒）