里下河农区稻棉轮作的遥感分析

里下河农区稻棉轮作的遥感分析

水稻棉轮作是江苏省兴化市最重要的耕作栽培方式之一。由于技术的局限性，对轮作周期的研究非常缓慢。一般来说，水稻和棉叶布的周期为3-5年。许多类似的说法与中国国际生产状况相去甚远，但在很大地区，科学方法无法验证棉花的真实生产状况。现代空间技术的发展使遥感技术成为验证这一观点的可行途径,但尚未见应用遥感技术来研究稻棉轮作的报道,其主要原因是在实际运用这一技术的过程中面临一些技术上的难题。首先,在里下河农区稻棉生长的季节,要获得连续两年同时相并且没有云层干扰的卫星影象较为困难。其次,由于水稻和棉花的光谱相近,对它们进行同时相的解译难度较大,需要有高水平的影象解译专家。最后,必须建立合理的数学模型,利用遥感分析得到的数据对稻棉轮作水平作出客观的估计。本文报道了在解决上述问题过程中,采用的研究方法和取得的初步成果。1材料和方法1.1农业、水稻、棉花生长的作物兴化市位于里下河农区,现有耕地13万公顷,水域面积为全市总面积的1/4,年产粮食110万吨,棉花4万吨,与水稻、棉花同期生长的作物有玉米、大豆、山芋、蔬菜等。1.2标准1:权元7号卫星影象2002年7月29日研究采用由中国遥感卫星地面站提供的轨道号为11937的陆地7号卫星影象(2001年7月26日)和轨道号为11937的陆地7号卫星影象(2002年7月29日),影象的每个像元或栅格的尺寸为30m×30m。目前各种主流的遥感影象处理软件都能满足需要,本研究使用ERDAS公司提供的ERDASIMAGINE8.4软件对遥感影象进行解译。1.3学习方法整个研究分为两个部分:对棉花和水稻进行同时相精准解译;建立稻棉轮作评估模型对轮作水平进行分析。1.3.1确定就业标志及训练区(1)对原始影象进行几何校正,线性拉伸增强等预处理;(2)根据野外实地调查的情况确定相应的棉花和水稻解译标志以及用于影象分类解译的训练样区;(3)再利用遥感影象处理软件对影象进行监督分类,从中提取棉花和水稻的信息,并且通过不断修正训练样区以及按县进行分类等方法提高监督分类的精度;(4)用人工的方法对解译结果进行检验,并进行必要的修正。1.3.2稻/棉植被/水稻在连续两年中,稻棉轮作共有2种可能的模式:棉/稻(表示2001年种棉花的地块在2002年种了水稻);稻/棉(表示2002年种棉花的地块在2001年种了水稻)。在此基础上,考虑如下2种评估因子。(1)年种棉花的地段面积2001年种棉花且2002年种水稻占2001年种棉花的地块的比例,这个指标说明在种棉花的地块中有多少在下一年种水稻,相关的计算公式为:(棉/稻)面积/2001年棉花面积。(2)稻棉调度计算2002年种棉花,2001年种水稻占2002年种棉花的地块的比例,这个指标说明在2002年种棉花的地块中有多少在2001年是种水稻的,相关的计算公式为:(稻/棉)面积/2002年棉花面积。除了根据上述的X,Y因子直接对稻棉轮作水平进行评估之外,还可以利用其中的X因子Y因子来估算稻棉全部轮作一遍所需要的时间。计算相关的稻棉轮作周期T的公式:T=1/Min{X,Y}(年)。2平均稻棉轮作周期根据上述研究方法,以及对遥感影象解译获得的数据进行分析可得结果(表1)。由此表结果分析可知:2001-2002年所有45个乡镇,水稻面积都是减少的;有7个乡镇植棉面积是增加的,占16.6%,而其余38个乡镇植棉面积是减少的,占83.4%。对于7个棉花面积增加的乡镇来说,仅有一个乡镇的稻棉轮作周期为1.55年,而其余6个乡镇的稻棉轮作周期均在2年以上,用上述方法可以计算出这些乡镇的平均稻棉轮作周期为2.41年。与徐光启的2到3年的说法十分接近。对于38个棉花面积减少的乡镇来说,有21个乡镇的稻棉轮作周期在2年以下,其余17个乡镇的稻棉轮作周期在2年以上,用上述方法可以计算出这38个乡镇的平均稻棉轮作周期为1.69年,明显小于棉花增加乡镇的稻棉轮作周期2.41年。所有乡镇平均的稻-棉轮作周期为1.76年,相对常规的4～5年的轮作周期来说,研究区域轮作处于较高水平状态,这对于在该区域减少农药的使用量,发展生态农业极为有利。根据上述稻棉轮作水平的遥感调查结果,进行相关的实地调查表明,对于象本研究区域这样的老棉区,稻棉轮作水平与棉花的枯、黄萎病的发生存在明显的相关性,轮作水平低(轮作周期在3年以上)的乡镇的发病要比轮作水平高(轮作周期在2.5以下)的乡镇的发病严重的多,前者发病率约为13%～20%,后者约为3%～10%,连年连作是导致枯、黄萎病普遍发生的根本原因,而科学的进行稻棉及水旱的轮作是防治枯、黄萎病的关键,因此,按照轮作水平遥感调查表,有针对性的对稻棉轮作水平较低的乡镇加强稻棉轮作,提高轮作水平,再结合品种结构的调整以及加强田间管理,就可能在研究区域范围内科学地防治枯、黄萎病。3稻棉轮作周期病虫害发生与区域关系的探讨研究结果轮作周期2.41年、1.69年以及1.76年与徐光启的二年周期的提法基本相符。稻棉轮作周期具有明显的区域性,是动态变