遥感技术在农业生物质资源调查中的应用

摘 要 生物质资源是人类赖以生存的重要能源，而农业生物质资源尚未被人们有效利用，利用潜力巨大。传统的生物质资源调查方法耗时、费力，无法直观地反映出资源分布范围和提供客观详实的量化数据。通过遥感技术提取农作物种植面积的方法，具有覆盖面积大、重访周期短、获取成本相对低等优势，可提高农业生物质资源调查的工作效率，为生物质资源的收集、存储、加工、工厂选址、方案制定、线路规划等提供有力的量化数据。

关键词 遥感技术；农业；生物质资源

中图分类号：S127 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.26.089

生物质是地球上存在最广泛的物质，包括动物、植物、微生物以及由这些生命体排泄和代谢的所有有机物质。生物质所蕴藏的能量相当惊人，利用潜力十分巨大。传统的生物质资源调查方法主要是文献调查法和现场观察法。文献调查法是收集地方统计部门定期发布的统计公报、统计年鉴、发展规划、政府公告、公开出版物、以往的农作物秸秆资源调查报告等文献资料；现场观察法是实地调研采用座谈、实地考察和问卷调查等形式[1]。这两种方法都耗时、费力，且无法获得农业生物质资源准确的分布范围和客观的反映出详实的量化数据，量化的数据不足，直接导致我国农业生物质资源收集困难、盲目利用、效益低下[2]。

农业遥感是指利用装载在航天、航空及地面等不同遥感平台上的传感器，获取农业对象目标的电磁波波谱信号，并利用计算机、地理学、农学等多学科的理论和技术方法，揭示农业作物、生态环境和生产过程的数量、属性及其时空变化特征[3]。农作物种植面积的遥感提取是在收集分析不同农作物光谱特征的基础上，通过遥感影像记录的地表信息，识别农作物的类型，统计农作物的种植面积[4]。基于此，通过农业遥感技术对宁夏北部粮食主产区的农作物种植面积进行提取来确定农业生物质能资源类型、分布和规模。本研究涉及的农业生物质资源主要为玉米、小麦、水稻三大农作物秸秆资源。

1 研究区概况

研究区位于宁夏北部，素有“塞上江南”之美誉，肥沃的耕地、优越的黄河灌溉资源、充足的光热条件造就了农业发展不可多得的资源优势。研究区主要涉及惠农区、大武口区、平罗县、贺兰县、银川市市辖区（含西夏区、金凤区、興庆区）、永宁县、青铜峡市、利通区和灵武市共9个县（市、区），是宁夏的粮食主产区，主要粮食作物有玉米、小麦、水稻、薯类、豆类等，以玉米、小麦、水稻为主，主要分布在中部黄河平原地区。

2 调查方法

2.1 遥感影像数据的获取

研究区的遥感影像数据主要采用欧空局的哨兵2号卫星数据，空间分辨率10 m。卫星传感器及轨道号，影像质量见表1。其中：解译玉米使用2017年7月9日数据，解译小麦使用2017年4月27日数据，解译水稻使用2017年6月26日数据。

2.2 种植面积的提取

采用非监督分类的方法分别对9个县（市、区）的玉米、小麦、水稻三大作物进行初步分类提取，再通过人工目视解译的方法对分类结果进行修正。由于修正结果的精度与作业人员的经验有关，为提高解译精度需要适当的进行野外调查，建立可靠的野外解译标志点，通过内外业相互结合、相互验证的方式可提高解译精度。将解译结果转换为矢量数据，可得到研究区三大作物种植分布图（图1）和种植面积统计表。

2.3 农作物生物质资源的计算及结果

研究区的粮食单产主要通过2017宁夏统计年鉴获得。通过遥感解译的方法提取出的三大农作物种植面积及各县（市、区）单产统计见表2。

查询《农业技术经济手册（修订本）》[5]可知，三大作物的草谷比为玉米1.2、小麦1.1、水稻0.9。收获方式影响农作物秸秆量的主要因素是留茬高度，项目区玉米、小麦、水稻三大作物的收获已基本实现机械化，一般利用联合收割机进行收获，留茬高度一般为15 cm，三大作物可收集系数分别为玉米0.85、小麦0.73、水稻0.74。

根据遥感解译提取三大作物种植面积、作物单产、草谷比和可收集系数，对2017年宁夏北部玉米、小麦、水稻三大作物生物质资源实际可收集量进行计算，计算公式如下：

式中，W（j）：第j县主要农业生物质资源实际可收集量，t；P（i， j）：第i种农作物在第j县种植面积，hm2；

A（i， j）：第i种农作物在第j县农作物单产，t·hm-2；R（i）：第i种农作物的草谷比；F（i）：第i种农作物的可收集系数。

根据计算公式，研究区三大主要农作物秸秆资源总量为1 358 915.82 t。分农作物类型来看，主要生物质资源为玉米秸秆，占资源总量的53.63%，主要因为玉米的草谷比最高、种植面积最大；其次为水稻秸秆，占资源总量的36.92%；资源量最小的为小麦秸秆，由于种植面积小、产量少，仅占资源总量的9.45%。各县（市、区）三大农作物生物质资源统计结果见表3。

3 结论

我国是农业大国，农业生物质能资源非常丰富，具有开发利用生物质能的良好条件，特别是在我国石油、天然气等化石能源资源十分短缺的情况下，开发利用生物质能，对于维护我国能源安全、优化能源结构、促进农村经济和农业发展、实现可持续发展具有十分重要的意义。因此，快速、准确地获得生物质资源的总量和分布范围就显得尤为重要。

遥感技术具有覆盖面积大、重访周期短、获取成本相对低等优势，对大面积露天农业生产的调查、评价、监测和管理具有独特的作用[6]。通过遥感解译的方法对农作物种植面积进行提取，不仅可以大大提高农业生物质资源调查工作的效率，快速计算出生物质资源的总量，还能直观体现出其空间分布特征，为生物质资源的收集、存储、加工、工厂选址、方案制定、线路规划等提供有力的量化数据。

参考文献：

[1]中华人民共和国农业部.NY/T 1701—2009 农作物秸秆资源调查与评价技术规范[S].北京：中国农业出版社，2009.

[2]赵军，王述洋.我国农林生物质资源分布与利用潜力的研究[J].农机化研究，2008（6）：231-233.

[3]唐华俊.农业遥感研究进展与展望[J].农学学报，2018，8（1）：167-171.

[4]许文波，田亦陈.作物种植面积遥感提取方法的研究进展[J].云南农业大学学报，2005，20（1）：94-98.

[5]毕于运，高春雨，王亚静，等.中国秸秆资源数量估算[J].农业工程学报，2009，25（12）：211-217.

[6]史舟，梁宗正，杨媛媛，等.农业遥感研究现状与展望[J].农业机械学报，2015，46（2）：247-260.

（责任编辑：赵中正）

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