耕地田块尺度大豆生物量遥感反演研究

发布时间：2020-09-19 19:02

　　耕地产能揭示了耕地的生产能力,对耕地产能的实时监控,可以使有限的耕地资源,发挥更大的价值。分析耕地产能的空间分异规律,科学评价不同区域耕地综合生产能力,可为提高土地利用效率、集约节约用地、制定增产措施等提供重要依据。作物生物量是耕地产能的一种体现,尤其是作物单位面积生物量,可以反映作物群体在该耕地范围内的长势状况。对农田作物生物量实时、精准监测,调节农业生产管理资料的投入,进行变量施肥和施药,既是减少农业投入、增加收益的有效办法,也是减少资源浪费,提高耕地产能,确保食品安全及促进农民增产增收的有效途径。而且,田块尺度作物生物量的估算还能为作物产量的预测提供依据。总之,生物量监测对农业生产效率的提高、农业环境的保护、农产品竞争力的增强等方面都具有重要意义。本文利用SPOT-6多光谱数据和地形数据,建立多种模型对大豆生长关键期生物量进行反演制图;并从影响作物生长的土壤温度、水分、有机质、土壤侵蚀、太阳辐射量等多种因素出发,对不同生长期、不同地形大豆生长差异的空间格局和成因进行分析。研究结果如下:(1)生物量反演模型结果中,引入地形因子的多元回归模型反演生物量精度最高,7、8月份R~2达到0.83,RMSE为79.59g/m~2。(2)大豆生物量时空变化表明,6月份时生物量分布规律,阳坡坡顶阴坡和坡低;7月中旬,阴坡地上干生物量积累逐渐上升,和阳坡差异逐渐缩小;至8月上旬,阴坡和坡底干生物量整体偏高;沟谷地区因为坡度大,地形复杂,水肥保持能力差,地上干生物量积累一直偏低。(3)生物量影响因子分析发现,5月下旬到6月中旬,大豆处于萌发期和幼苗期,太阳辐射总量和土壤温度是影响大豆生长发育的主导因素;7月中旬开始,田间整体温度上升,此时土壤水分和有机质含量,成为盛花期和结荚初期的关键因素;到了8月份,进入生长鼓粒期,坡底凭借有机质,水肥积累的优势,生物量后期增长最高;9月中旬开始为大豆成熟期,大豆叶片发黄至凋落,整体生物量降低。生物量是产量形成的基础,对生物量的精准监测,有助于提高耕地的粮食产量,保证耕地的产能安全。遥感手段监测作物生物量,对提高粮食产量和保护耕地产能都具有重要的意义。本文的研究结果,为精准监测作物长势和实施针对性田间管理提供了指导。
【学位单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S565.1;S127
【部分图文】：

路线图,研究技术,路线图

研究技术路线图

样点,位置

3 研究区概况与数据处理3.1 研究区概况研究区位于黑龙江省海伦市东兴村，面积 13.16 公顷，地块中心经纬度为 47°25′N、126°55′E。属寒温带大陆性气候，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季温热多雨，年活动积温为2200 至 2400°C，一年一熟制。全年平均降水量 500 至 600mm，一般 7 至 9 月降水占全年降水的 70%，2016 年月平均气温和降水如图 3-2；再者因为人为活动的加剧，一旦遇到大雨或暴雨时，常发生沟蚀，沟壑冲刷，水肥土流失严重。研究区整体地形起伏明显，是东北漫川漫岗地形的典型代表区域之一。平均海拔 228m，地处典型黑土区，土壤类型为典型中层黑土，厚度为 20~30cm。坡底和坡顶海拔高度相差 16m，坡向走势向东，坡度多为 4°以下，西南部地形坡度稍大，等高线密集；坡面、坡顶、坡底等不同地貌类型上土壤侵蚀程度不同，加之土壤养分、水分空间差异性显著，相同的施肥方式下，田间不同空间位置土壤、作物长势差异大。选取历年作物长势、产量空间差异显著的地块作为研究区，如（图 3-1）均匀布置样点。在地形起伏较大区域，兼顾地形特点均匀采集样点 16 个，样点布设位于三个典型地形剖面上，由南向北，覆盖阳坡、阴坡、坡顶、坡底四个位置。生长季节内采用一致的田间管理措施，2016 年种植作物为大豆。

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图 3-2 2016 年研究区温度和降水分布.3-2 Temperature and precipitation distribution in 2016 study及处理据介绍发射了 SPOT-6 遥感卫星，它的数据采集能力很强，具有较辨率 6m，全色 1.5m。此外，SPOT-6 具有以下特点：（POT-6 具有 60 km 的大幅宽；（2）SPOT-6 卫星每日可接计划制定编程的过程中自动集成天气预报，能尽最大可能 60km×600km 范围的图表像数据，能为植被长势和地表。3-1 SPOT-6 数据介绍Tab.3-1 Data introduction of SPOT-6主要参数概况发射时间 2012 年 9 月 9

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