东北地理与农业生态研究所在农业遥感应用方面的研究成果

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东北地理与农业生态研究所在农业遥感应用方面的研究成果

2016-10-31 作者: jiping 浏览: 1833 次

摘要: 东北地理与农业生态研究所(原长春地理研究所)自上世纪九十年代初就开始从事作物遥感估产研究,经过十余年的努力工作,在以作物估产为主体的宏观农业遥感领域取得了一系列研究成果。从此领域研究工作发展历程来看,前期主要以满足东北地区重要商品粮基地农业生产过程科学管理的战...

东北地理与农业生态研究所(原长春地理研究所)自上世纪九十年代初就开始从事作物遥感估产研究,经过十余年的努力工作,在以作物估产为主体的宏观农业遥感领域取得了一系列研究成果。从此领域研究工作发展历程来看,前期主要以满足东北地区重要商品粮基地农业生产过程科学管理的战略需要为目标,目的是建成为东北地区各级政府部门服务的 业务运行系统。

发展历程具体体现为:起步研究以县为单位,探索玉米产量估测的技术试验为主,随着研究的逐步深入,估产的空间范围从县、到吉林中西部、再到吉林省、最后扩展至整个东北地区,估产的时间跨度从作物收割时的产量估算到农作物生长过程的动态监测与产量预测,估产的工作内容也从作物产量与种植面积信息获取为主,逐步拓展到东北地区农作物遥感综合监测与粮食安全空间决策支持体系建设上来;近期研究则开始逐步转向农作物遥感估产过程中深层次理论与技术的前沿探索,诸如作物面积遥感分类提取不确定性理论、多种作物光谱特征及与产量等要素内在关系研究等。

(1)“松辽平原玉米遥感估产”是“八五”国家科技攻关课题“我国重点区主要农作物遥感估产”的专题之一,课题起止时间是1991年至1995年,本课题由长春地理所与北京大学遥感所共同主持,主持人是万恩璞、徐希孺,先后有 20余人参加,经费额度35万。

本项课题包括遥感估产区划、玉米播种面积、遥感估产模型、背景数据库与估产集成系统等研究内容;课题初期以吉林省梨树县为试验区进行玉米遥感估产各项技术的研究,经过两年试验研究,从1994年起,将此项研究推广至吉林省中西部地区,并建立了玉米遥感估产的试运行系统,开始为吉林省政府及相关部门提供中西部地区玉米种植面积、单位产量与总 产量数据。本项课题于1995年12月通过鉴定,成果整体处于国际先进水平,技术经济指标全面超出合同规定,获得了1996年中国科学院科技进步一等奖和1997年国家科技进步二等奖,获奖人员有万恩璞、张养贞、陈春、张树文等。在课题执行期间,发表玉米遥感估产论文20余篇,出版《中国玉米遥感动态监测与估产》专著一部,由万恩璞、徐希孺任主编。

(2)应用遥感技术调查吉林省西部古河道及探讨古河道地区综合开发对策。于1989至1992年开展完成。课题负责人孙广友。

本项研究由基础理论和实际应用两部分构成。在基础理论方面,应用先进的遥感技术,圈定出吉林省西部24条古河道,并结合地貌与第四纪野外详查,编制出1:20万地貌图的基础上,首次发现了大安古河道。在实际应用方面,提出了引嫩江水开发古河道区的新构想,以稻、苇、鱼共生组合为目标,设计了古河道区综合开发的初步规划方案。编制出1 2 5万大安古河道区的地势及渠道布置图,完成了大安古河道综合研究的工作报告和研究报告。本项研究表明,大安古河道区有良好开发前景,综合效益巨大。按一次提出方案,可开发水田35万亩,苇田6万亩,鱼塘1万亩;按二次提出方案,可开发水田52万亩及同样数量的苇田、鱼塘面积。因此,大安古河道可建设大规模的新型稻、苇、鱼综合区。

经专家评审,本项成果有创新.具有重要理论和实践意义.达到国内同类研究的先进水平,并处于领先地位。本项研究获1993年中国科学院长春分院科技进步一等奖,获奖主要完成人员有孙广友、华润葵、邓伟、邵庆春、赵华昌、马建平、杨慧嫒。

(3)裸地土壤含水量的遥感监测研究——以吉林省中西部为例。属国家自然科学基金资助项目。于1991年至1995年开展完成。项目负责人赵焕宸、赵华昌。本项研究应用NOAA卫星遥感信息和近地层微气象观测资料相结合,对大范围土壤湿地进行定量分析与制图研究。

首先,利用所建立的统计模式,利用NOAA卫星遥感信息和微气象观测资料,计算每一象元点的土壤水分。

其次,利用计算机制图方法,编制大范围土壤水分分布图。本项研究成果经信函鉴定.认为成功利用NOAA气象卫星的热红外信息和地面气象站的实测资料,改进了物理意义明确的热量模型,进行了实地遥感实验,有重要理论意义和实际应用价值。多数专家认为达到国内同类研究的领先水平。本研究1994年获中国科学院科技进步三等奖,其成果被编入迎接香港回归的大型专制书刊中。

(4)“全国玉米遥感估产”是国防科工委“十五”科技攻关项目 “全国作物遥感估产”的课题之一,课题起止时间是1997年至1999年,主持人是张树文,参加人员十余人,并以国家统计局为成果使用单位进行合作研究,此课题合同经费额度为60万,到位45万。

课题内容包括遥感估产区划、玉米播种面积、遥感估产模型、背景数据库与估产集成系统等,以省为单位的,范围包括我国的玉米带内的各个省份。该课题后因国防科工委机构调整而停止。

(5)“东北地区资源环境遥感信息系统与农情综合速报”是“九五”中国科学院重大项目“中国资源环境遥感信息系统与农情速报”课题的专题之一,课题起止时间是1998年至2001年,主持人是刘兆礼,参加人员十余人,经费额度为23万。

本项课题内容包括作物长势遥感监测、作物估产区划、作物单产预测模型、作物种植面积估算、作物信息地面采样、作物数据库构建等;课题涉及到的作物品种为东北地区的大宗作物玉米、水稻、大豆,空间范围扩展至整个东北地区。作物单产预测模型建立基于估产单元的作物产量气象预测实用化模型,作物种植面积估算采用基于估产单元的耕地空间数据库与作物种植成数地面采样相接合方式,作物长势遥感监测利用耕地区域生长季气象卫星AVHRR的NDVI图像系列数据来反映作物长势变化状况,经过几年努力,初步建成了东北地区农作物遥感估产与农情监测业务运行系统。发表论文5篇,培养博士生2名。

(6)在此课题立项的前期,利用“松辽平原玉米遥感估产”等课题的研究成果,对1997年吉林省中西部地区农作物遭受到的历史少有干旱灾害进行遥感监测,并对玉米受灾面积与产量损失情况进行了估计,形成文字材料递送到中科院院部,附加上兄弟所上报的材料后,上报给正在参加中共“十五大”的政治局常委领导同志,时任国务院副总理的朱镕基、姜春云与李岚清同志分别批示,并给予高度肯定。

这项工作一方面促成了中科院拨付给长春净月潭遥感试验站资金二十余万元,用于购置气象卫星NOAA遥感影像数据接收设备,以提高东北地区农作物长势状况遥感动态监测能力,另一方面也促使中国科学院重大项目“中国资源环境遥感信息系统与农情速报”的经费额度增加至一倍。1998年夏季,嫩江流域遭到了百年未遇的特大洪涝灾害,在洪水肆虐期间,经过 我所遥感研究室全体同志的共同努力,利用中科院统一购置的多期雷达卫星遥感影像数据,提取出了嫩江洪水的空间演进过程信息,并结合“东北地区资源环境遥感信息系统与农情综合速报”课题的研究成果,给出了受灾县份的作物受灾面积与产量损失数据,这些数据为中央与地方政府指导抗洪救灾与灾后重建提供了重要的科学依据,得到了国务院办公 厅的通报表彰。

本项课题于2001年12月通过鉴定,成果整体处于国际先进水平,技术经济指标全面达到合同要求;在课题执行期间,上报给吉林省政府及相关部门有关吉林省作物长势、种植面积与产量报告4份,得到吉林省农委效益证明1份;发表作物遥感估产论文10余篇,其中包括1篇SCI论文,申请发明专利1项并获得授权。

(7)“东北地区农情采样”是中国科学院知识创新工程项目“全球遥感估产”的课题之一,起止时间为2001年至2003年,主持人由张树文、刘兆礼,课题参加人员十余人,此课题经费额度为15万。

本项课题包括东北地区作物种植成数地面采样与作物长势信息地面采集等工作内容。在课题执行期间,申请发明专利2项。

(8) “黑土资源数量安全研究及农田生态系统生产潜力分析”课题起至时间为2001——2004年,是中国科学院知识创新工程重要方向项目“东北黑土农田生态系统潜力、稳定性和环境安全研究”( KZCX2-SW-416)课题之一。主持人为张柏研究员,参加人数18人,经费80.0万元,已于2004年12月结束并于2005年3月通过中国科学院组织的专家验收。

课题研究成果如下:

1)本研究在充分收集资料的基础上,通过收集整理人口、社会经济等非空间数据,进行空间化处理。应用遥感技术和地理信息技术,综合影响东北黑土区黑土资源数量安全的空间和非空间数据,进行空间化标准集成,建立东北黑土资源动态与安全调控数据库,为进行黑土资源数量动态分析以及黑土资源安全影响因素分析奠定基础。

2)以遥感影像为主要数据源,充分利用GIS技术,采用各种分析模型,系统地揭示了黑土景观斑块性质、景观类型面积、景观格局的角度全方位描述了黑土景观动态特征。从黑土侵蚀面积和侵蚀斑块结构角度分析了黑土侵蚀程度变化。对1980年至2000年东北黑土区土地利用及其变化特征进行了分析,这些数据表明,黑、吉两省 人类对土地资源的开发利用主要集中在黑土分布区。

3)以双城市,海伦市和克东县三个县市为代表,分析了东北平原典型薄层黑土区,中层黑土区和厚层黑土区近50年来粮食产量的变化趋势。结果表明:近50年,无论是粮食总产还是单位面积粮食产量,其总的变化趋势是逐渐增加的,自开始施用有机肥和化肥后,其单位面积粮食产量比以前平均增加60%以上,但化肥对粮食生产的贡献率是逐渐下降的,由于自然和人为因素的影响,东北平原黑土资源数量减少,质量退化,部分高产农田变成中、低产田,严重制约了黑土农田粮食生产能力的充分发挥。在该课题的支持下,课题组成员在CSCD期刊上发表研究论文18篇,较好地完成了科研任务。

(9)“东北地区粮食主产区典型县(农场)农业土地资源数据库及模型研究”课题为中国科学院知识创新工程重大项目“东北地区农业水土资源优化调控机制与技术体系研究”(KZCX1-SW-19)专题之一。

本专题在应用空间信息技术,在建立东北地区粮食主产区典型县(农场)农业土地资源数据库的基础上,建立土地资源潜力综合评价应用模型,分析和预测土地资源动态过程与趋势,取得一些相关的研究成果。课题的主要研究成果包括:

1)建立东北地区粮食主产区典型县农业土地资源数据库系统,时段为1980-2004,包括遥感影像数据库;粮食主产区典型县土地景观动态数据库;土壤资源数据库;农业气象数据库;典型县(农场)分乡镇农业经济数据库。

2)完成东北地区农业气象要素栅格化系统;进行东北地区农业土地资源潜力评价模型的建立与应用;进行东北地区农业自然资源利用率分析。

3)完成东北三省1980、1995、2000年土地资源数量、分布格局、动态过程及区域分异;预测2030年东北地区土地资源动态趋势。课题主持人为张柏研究员,起止时间为2002年1月—2005年12月,参加人员15人,经费100.0万元。在本项目的支持下,课题组成员共发表国内核心期刊论文18篇,其中SCI收录2篇,国际会议大会报告1篇,国际会议分组报告2篇。

(10) “松嫩平原作物生产力对气候变化响应的模拟研究”是国家自然科学基金青年科学基金项目(40401003)。研究松嫩平原作物生产力的关键控制因子及其对气候变化的响应是关系到国家粮食安全的重要课题。本项目的主要内容有:松嫩平原区域尺度作物生产力模拟模型的建立与验证、松嫩平原主要作物生产力空间分布规律与关键控制因子分析、松嫩平原土地利用变化及土壤养分时空特征、松嫩平原气候变化趋势及作物生产力对气候变化的响应。

本项目的研究结果为:

1)建立了作物生产力区域模型,进行松嫩平原作物生产力模拟与验证;

2)确定生长季降水量、年总太阳辐射、年平均气温为与作物生产力关系最为密切的三个气象因子,不同土壤类型对玉米和大豆现实生产力存在显著影响,以500mm降水量等值线为界线,松嫩平原东西两个部分玉米和大豆现实生产力水平在统计学上均具有显著差异;

3)松嫩平原土地利用结构呈较显著变化,土壤养分空间结构性明显;

4)松嫩平原年平均气温呈现明显上升趋势,冬季平均气温增温速率最大,春季次之,年总降水量和各季节降水量无明显的增加或减少趋势,松嫩平原气候变暖对玉米增产的贡献率为3.55%-26.78%。本项目的研究结果揭示了松嫩平原作物生产力的时空格局,可以为全球变化背景下我国重要农业区政策的制定与资源管理提供科学依据。项目主持人为王宗明副研究员,起止时间为2005年1月—2007年12月,参加人员10人,经费27.0万元。在本项目的支持下,课题组成员共发表 国际期刊论文7篇,国内核心期刊论文32篇,国内一般期刊论文4篇,其中SCI收录5篇,EI收录5篇。

(11)“东北农作物遥感综合监测与粮食安全空间决策支持体系建设”是中国科学院东北振兴科技行动计划重大项目,课题由刘兆礼等策划申请。起止时间为2005年至2008年,主持人为张柏等,经费额度50万;此项课题于2004年11月正式立项,

课题内容包括东北地区农业资源与农作物动态信息空间数据仓库构建、东北地区现代农业空间统计综合技术体系研制与东北地区粮食安全空间决策支持技术体系研制三项内容。

(12)“作物面积遥感分类提取固有不确定性的空间尺度影响机制研究”是国家自然科学基金面上项目,课题起止时间为2007年至2009年,主持人为刘兆礼,课题参加人员5人,经费额度38万。

此项课题内容包括顾及混合像元、光谱变异、以及两者交互作用的作物面积遥感分类提取固有不确定性空间尺度影响机制研究,它可为作物面积遥感分类提取的精度控制与误差校正提供理论依据与技术方法。

(13) “半干旱盐碱化地区退化生态系统综合治理技术研究”是“十一五”国家科技支撑重大项目“典型脆弱生态系统重建技术与示范”的课题之一,课题起止时间为2006年至2010年,主持人为刘晓冰、刘兆礼,课题参加人员二十余人,经费额度500万。

此项课题包括耐盐碱高价值植物品种筛选与栽培技术、苏打盐碱化土地植被格局配置关键技术、环境友好型苏打盐碱地以稻治碱模式和技术、不同类型盐碱化土地恢复技术集成与模式等四项内容,试验基地落在黑龙江省杜尔伯特蒙古族自治县他拉哈镇,目标是为半干旱苏打盐碱化地区退化生态系统恢复重建提供技术支撑。

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