里下河農(nóng)區(qū)稻棉輪作的遙感分析

里下河農(nóng)區(qū)稻棉輪作的遙感分析

水稻棉輪作是江蘇省興化市最重要的耕作栽培方式之一。由于技術(shù)的局限性，對(duì)輪作周期的研究非常緩慢。一般來(lái)說(shuō)，水稻和棉葉布的周期為3-5年。許多類(lèi)似的說(shuō)法與中國(guó)國(guó)際生產(chǎn)狀況相去甚遠(yuǎn)，但在很大地區(qū)，科學(xué)方法無(wú)法驗(yàn)證棉花的真實(shí)生產(chǎn)狀況?，F(xiàn)代空間技術(shù)的發(fā)展使遙感技術(shù)成為驗(yàn)證這一觀點(diǎn)的可行途徑,但尚未見(jiàn)應(yīng)用遙感技術(shù)來(lái)研究稻棉輪作的報(bào)道,其主要原因是在實(shí)際運(yùn)用這一技術(shù)的過(guò)程中面臨一些技術(shù)上的難題。首先,在里下河農(nóng)區(qū)稻棉生長(zhǎng)的季節(jié),要獲得連續(xù)兩年同時(shí)相并且沒(méi)有云層干擾的衛(wèi)星影象較為困難。其次,由于水稻和棉花的光譜相近,對(duì)它們進(jìn)行同時(shí)相的解譯難度較大,需要有高水平的影象解譯專(zhuān)家。最后,必須建立合理的數(shù)學(xué)模型,利用遙感分析得到的數(shù)據(jù)對(duì)稻棉輪作水平作出客觀的估計(jì)。本文報(bào)道了在解決上述問(wèn)題過(guò)程中,采用的研究方法和取得的初步成果。1材料和方法1.1農(nóng)業(yè)、水稻、棉花生長(zhǎng)的作物興化市位于里下河農(nóng)區(qū),現(xiàn)有耕地13萬(wàn)公頃,水域面積為全市總面積的1/4,年產(chǎn)糧食110萬(wàn)噸,棉花4萬(wàn)噸,與水稻、棉花同期生長(zhǎng)的作物有玉米、大豆、山芋、蔬菜等。1.2標(biāo)準(zhǔn)1:權(quán)元7號(hào)衛(wèi)星影象2002年7月29日研究采用由中國(guó)遙感衛(wèi)星地面站提供的軌道號(hào)為11937的陸地7號(hào)衛(wèi)星影象(2001年7月26日)和軌道號(hào)為11937的陸地7號(hào)衛(wèi)星影象(2002年7月29日),影象的每個(gè)像元或柵格的尺寸為30m×30m。目前各種主流的遙感影象處理軟件都能滿(mǎn)足需要,本研究使用ERDAS公司提供的ERDASIMAGINE8.4軟件對(duì)遙感影象進(jìn)行解譯。1.3學(xué)習(xí)方法整個(gè)研究分為兩個(gè)部分:對(duì)棉花和水稻進(jìn)行同時(shí)相精準(zhǔn)解譯;建立稻棉輪作評(píng)估模型對(duì)輪作水平進(jìn)行分析。1.3.1確定就業(yè)標(biāo)志及訓(xùn)練區(qū)(1)對(duì)原始影象進(jìn)行幾何校正,線(xiàn)性拉伸增強(qiáng)等預(yù)處理;(2)根據(jù)野外實(shí)地調(diào)查的情況確定相應(yīng)的棉花和水稻解譯標(biāo)志以及用于影象分類(lèi)解譯的訓(xùn)練樣區(qū);(3)再利用遙感影象處理軟件對(duì)影象進(jìn)行監(jiān)督分類(lèi),從中提取棉花和水稻的信息,并且通過(guò)不斷修正訓(xùn)練樣區(qū)以及按縣進(jìn)行分類(lèi)等方法提高監(jiān)督分類(lèi)的精度;(4)用人工的方法對(duì)解譯結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn),并進(jìn)行必要的修正。1.3.2稻/棉植被/水稻在連續(xù)兩年中,稻棉輪作共有2種可能的模式:棉/稻(表示2001年種棉花的地塊在2002年種了水稻);稻/棉(表示2002年種棉花的地塊在2001年種了水稻)。在此基礎(chǔ)上,考慮如下2種評(píng)估因子。(1)年種棉花的地段面積2001年種棉花且2002年種水稻占2001年種棉花的地塊的比例,這個(gè)指標(biāo)說(shuō)明在種棉花的地塊中有多少在下一年種水稻,相關(guān)的計(jì)算公式為:(棉/稻)面積/2001年棉花面積。(2)稻棉調(diào)度計(jì)算2002年種棉花,2001年種水稻占2002年種棉花的地塊的比例,這個(gè)指標(biāo)說(shuō)明在2002年種棉花的地塊中有多少在2001年是種水稻的,相關(guān)的計(jì)算公式為:(稻/棉)面積/2002年棉花面積。除了根據(jù)上述的X,Y因子直接對(duì)稻棉輪作水平進(jìn)行評(píng)估之外,還可以利用其中的X因子Y因子來(lái)估算稻棉全部輪作一遍所需要的時(shí)間。計(jì)算相關(guān)的稻棉輪作周期T的公式:T=1/Min{X,Y}(年)。2平均稻棉輪作周期根據(jù)上述研究方法,以及對(duì)遙感影象解譯獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可得結(jié)果(表1)。由此表結(jié)果分析可知:2001-2002年所有45個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),水稻面積都是減少的;有7個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)植棉面積是增加的,占16.6%,而其余38個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)植棉面積是減少的,占83.4%。對(duì)于7個(gè)棉花面積增加的鄉(xiāng)鎮(zhèn)來(lái)說(shuō),僅有一個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的稻棉輪作周期為1.55年,而其余6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的稻棉輪作周期均在2年以上,用上述方法可以計(jì)算出這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)的平均稻棉輪作周期為2.41年。與徐光啟的2到3年的說(shuō)法十分接近。對(duì)于38個(gè)棉花面積減少的鄉(xiāng)鎮(zhèn)來(lái)說(shuō),有21個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的稻棉輪作周期在2年以下,其余17個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的稻棉輪作周期在2年以上,用上述方法可以計(jì)算出這38個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的平均稻棉輪作周期為1.69年,明顯小于棉花增加鄉(xiāng)鎮(zhèn)的稻棉輪作周期2.41年。所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)平均的稻-棉輪作周期為1.76年,相對(duì)常規(guī)的4～5年的輪作周期來(lái)說(shuō),研究區(qū)域輪作處于較高水平狀態(tài),這對(duì)于在該區(qū)域減少農(nóng)藥的使用量,發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)極為有利。根據(jù)上述稻棉輪作水平的遙感調(diào)查結(jié)果,進(jìn)行相關(guān)的實(shí)地調(diào)查表明,對(duì)于象本研究區(qū)域這樣的老棉區(qū),稻棉輪作水平與棉花的枯、黃萎病的發(fā)生存在明顯的相關(guān)性,輪作水平低(輪作周期在3年以上)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)的發(fā)病要比輪作水平高(輪作周期在2.5以下)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)的發(fā)病嚴(yán)重的多,前者發(fā)病率約為13%～20%,后者約為3%～10%,連年連作是導(dǎo)致枯、黃萎病普遍發(fā)生的根本原因,而科學(xué)的進(jìn)行稻棉及水旱的輪作是防治枯、黃萎病的關(guān)鍵,因此,按照輪作水平遙感調(diào)查表,有針對(duì)性的對(duì)稻棉輪作水平較低的鄉(xiāng)鎮(zhèn)加強(qiáng)稻棉輪作,提高輪作水平,再結(jié)合品種結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及加強(qiáng)田間管理,就可能在研究區(qū)域范圍內(nèi)科學(xué)地防治枯、黃萎病。3稻棉輪作周期病蟲(chóng)害發(fā)生與區(qū)域關(guān)系的探討研究結(jié)果輪作周期2.41年、1.69年以及1.76年與徐光啟的二年周期的提法基本相符。稻棉輪作周期具有明顯的區(qū)域性,是動(dòng)態(tài)變