基于遥感技术的耕地质量定量监测初探

■陈雪荣 陈燕

（长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054）

基于遥感技术的耕地质量定量监测初探

■陈雪荣 陈燕

（长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054）

本文通过传统耕地质量监测方法与基于遥感技术的耕地质量监测方法的对比，得出基于遥感技术的耕地质量监测的可行性；并对基于多光谱技术的耕地土壤指标遥感定量反演以及评价指标模型的建立进行了初探。

耕地质量 遥感技术 定量监测

1 引言

耕地是人类赖以生存和发展的物质基础，是国计民生的根本依托。确保足够数量和相当质量的耕地，不仅是经济发展和社会进步的需要，而且是社会安定和国家安全的重要保障[1]。区域耕地数量的多少和质量的高低，直接关系到该区域的经济建设、社会发展和人民生活水平的提高。我国耕地现状如下：耕地总量多、人均耕地少；高质量的耕地少；耕地后备资源少；违法占用现象严重；土壤污染、耕地退化严重。耕地质量指的是构成耕地的各种自然因素和环境条件状况的总和，表现为耕地生产能力的高低、耕地环境状况的优劣以及耕地产品质量的高低。耕地质量的好坏直接影响到农业生产的效益，关系到农业和社会的可持续发展。

2 传统技术与遥感技术对比

2.1 传统耕地质量监测方法

传统的耕地质量监测方法是根据监测区情况布置监测点，在监测点采样深度为0-20cm耕层土壤，也可以根据污染物迁移情况采集样品[2]。所有样品经风干、剔除杂质、研磨、筛选后进行相关检测分析。这种监测方法结果较为可靠，但是有以下缺点：工作量大，达到动态监测需要耗费大量的人力物力；监测周期长、速度慢，实现动态监测难度较大；通过实验室化验得到的土壤现状数据，只能反映出实验区较小范围的耕地情况，难以实现大范围的监测。在实验室进行化验过程中有可能造成土壤的二次污染，影像监测结果的精度。因此，迫切需要新的监测技术来快速、准确的监测耕地质量的变化。

2.2 基于遥感技术的耕地质量监测

遥感技术具有监测范围较广、作业速度较快、成本低、可重复对同一地区获取时间序列信息、数据现势性强等特点。利用遥感技术监测耕地质量不仅便于实现长期、动态的监测，还能发现用常规方法难以揭示的污染源及其扩散问题。高光谱遥感将反映地物性质的光谱与确定其空间和几何关系的图像革命性的结合到一起，在获取研究对象的影像的同时获得每个像元的光谱分布，定量分析地球表面生物物理化学过程和参数，为耕地质量监测提供了一种新的技术手段，使得耕地质量各指标定量反演成为可能。已有大量研究表明，土壤理化性质的不同会造成土壤光谱反射曲线的差异。土壤的光谱特性曲线与土壤类别、含水量、有机质含量、土壤侵蚀程度、土壤表面的粗糙度、粉砂相对百分含量等都有关，也和地表的植物覆盖类型和程度有关。因此，运用遥感技术进行耕地质量动态监测是可行的[3]。

3 遥感技术用于耕地质量监测

基于遥感技术的耕地质量监测系统建设是指以遥感影像、土壤图等多种数据为基础，借助ENVI、ARCGIS等软件工具,利用计算机自动发现、叠加分析等技术,完成耕地质量监测。遥感动态监测就是利用遥感的多传感器、多时相的特点，通过不同时相同一地区的遥感数据，进行变化信息的提取[4]。

3.1 基于多光谱技术的耕地土壤指标遥感定量反演

土壤有机质是植物的主要营养元素之一,是土壤肥力的重要组成部分,是土壤质量的重要指标之一。采用常见的多光谱遥感数据,进行星地同步实验,同时进行土样采集和土样光谱野外测定,对土样进行室内化验其有机质成分,建立土样有机质含量与遥感影像光谱反射率之间的反演模型,利用遥感技术反演研究区的土壤有机质含量[5]。

土壤水分是气候、水文、生态、农业等领域的基本参数,是农作物发芽和生长发育的基本条件,同时还影响土壤侵蚀和蒸发,使地表参数发生变化，导致地表能量、水分的再分配，因此是影响土壤质量的重要指标。土壤水分的遥感定量是利用土壤光谱法计算影像反射率，建立土壤水分与影像光谱、实测光谱的遥感反演模型。

地表温度是土壤重要的物理性质,不仅影响着土壤的发生和发育,而且对农业生产有着直接影响,是农业生产的重要条件。土壤温度、蒸发量选用具有热红外波段的常见遥感数据,通过蒸散量反演模型,反演研究区的地表温度、蒸散量分布图,揭示这两个因素与土壤质量之间的关系。

植被在地球占有很大比例，植被指数是植物群落覆盖地表状况的综合量化指标,是地理环境重要组成部分，是描述植被群落及生态系统的重要参数。采用NDVI来反映植被覆盖信息，体现土壤肥力，表征耕地质量状态。NDVI值越高，说明该区域植被覆盖率越高，耕地质量越好[6]。

3.2 耕地质量遥感评价体系

目前耕地土壤质量评价指标体系主要从土壤化学组分、物理性质和状态以及土壤结构、以及时空变化等方面进行综合考虑。运用定量指标法，选择土壤化学、物理以及其他各种属性，采用定量指标，获取并分析数据，确定评价指标的阀值和土壤质量等级，得出研究区域耕地质量的现状，实现耕地质量的动态监测。

4 结束语

新形势下，根据农业生产的可持续发展需求，人口一资源一环境的可持续利用要求，开展耕地质量监测工作，分析耕地质量变化，具有重要的意义。其意义具体表现为以下几个方面：促进精准农业、数字农业的发展；为耕地保护提供技术支持；为耕地管理科学决策提供技术支持；实现耕地管理由数量管理向数量、质量管理并重管理的转变。

[1]张凤荣,王静,陈百明,等.土地持续利用评价指标体系与方法 [M].北京:中国农业出版社,2003.

[2]王业耀,赵晓军,何立环.我国土壤环境质量监测技术路线研究 [J].中国环境监测,2012,03:116-120.

[3]何挺.土地质量高光谱遥感监测方法研究 [D].武汉大学,2003.

[4]姚阔,郭旭东,周冬,南颖,石晓平.高光谱遥感土地质量指标信息提取研究进展 [J].地理与地理信息科学,2014,06:7-12.

[5]丁美青.土地开发整理区土壤质量遥感定量评价研究 [D].中南大学,2014.

[6]方琳娜.基于SPOT多光谱影像和GIS的耕地质量评价研究 [D].山东农业大学, 2007.

P2[文献码]B

1000-405X（2016）-5-174-1