防灾减灾背后的“硬科技”

2020-01-09辛心榕

中国农村科技 2020年8期

文/本刊特约记者辛心榕

历经近2个月的持续强降雨，我国长江流域严重的洪涝灾情，给农业生产带来了不利影响。

洪水风险客观存在，但随着科技发展和社会进步，我国在农业防洪救灾理念和技术上不断改进，发展出了诸多有效的防控手段。

“在主要农作物涝渍灾害防控关键技术方面，我们形成了‘预测预警－防御－排除与减缓－灾后恢复’四个过程的防控措施。”中国农业科学院农田灌溉研究所农村水利发展研究室主任周新国表示。

具体而言，通过遥感监测，快速预警灾害范围和强度；通过工程手段的优化调度，提高防御能力，比如南方地区通过提前把有些河道分区分段，降低河道水位，以提升农田蓄纳能力；农田采用“厢沟+腰沟+围沟+农沟”田间排水模式，将洪水及时排出；灾后进行作物修复，比如喷施叶面肥，提高叶片光合能力和土壤肥力，补种短季节作物等。

农业遥感为灾情监测开“天”眼

遥感监测技术因其宏观性、经济性、动态性、时效性等特征，正逐渐成为我国农业灾害监测的重要手段。通过这一有力工具及时、准确、客观地获取的农业灾害发展情况，会成为决策部门制定防灾减灾方案的重要依据。

自20世纪60年代起，遥感技术的出现在一定程度上弥补了传统监测方法耗时、费力、效率低、误差大的不足，在农业资源监测领域得到了广泛应用。

2019年，我国首颗实现农业精准观测的高分六号遥感卫星正式投入使用，更为农业遥感技术发展增添了强大助力，有利于推动我国粮食生产可持续发展。

中国农业科学院农业资源与农业区划研究所研究员王利民长期从事农情遥感研究。他在接受采访时说，遥感技术的特点在于能够获取精细化的格网数据，即能够以空间上连续的方法监测单位面积内农作物的种类、面积、长势、单产状况，并能够估算耕地土壤墒情、病虫害等作物生长状态和生长环境信息，满足指导农业生产的及时性需求。

据王利民介绍，洪灾的遥感监测主要通过淹没面积和淹没时间来评估受灾程度。

按照像元空间分辨率的不同，农业资源遥感监测卫星可分为高、中、低空间分辨率，如5米以上就可以称为高空间分辨率，5～50米之间的可以称为中空间分辨率，50～1000米可以称为低空间分辨率。目前使用较多的是10～30米的中空间分辨率可见光数据，基本达到5天左右的覆盖频率。这个时空分辨率水平基本满足了大范围农业资源遥感监测估算的需算，并且也兼顾了一定的经济成本。

遥感技术应用于农业，利用了植被的特殊光谱特征。它包括3个部分：波段为0.39～0.76微米的可见光、0.8～2.5微米的近红外部分，表达作物生长状况；8～14微米的热红外部分，与植被、土壤温度有关；1～1000毫米的微波，对土壤中的水分比较敏感。

目前，遥感技术在我国农业资源、农情遥感监测中的应用广泛且深入，在我国东北地区、新疆维吾尔族自治区等典型规模化种植区域的应用更具优势。

高分六号极轨光学遥感卫星，是我国首颗实现精准农业观测的高分卫星。它首次增加了能有效反映作物特有光谱特性的“红边”波段，能够实现对玉米、大豆、棉花等同期生长的大宗作物以及其他大面积种植的经济作物的有效识别。在国家相关课题的主持下，针对高分6号卫星的农业应用，农业科研与业务部门也开展了系统、全面的研究，取得了一些进展。

水利设施需为防洪筑起“防御工事”

中国水利水电科学研究院水利研究所副总工程师王少丽指出，农田排水工程是防御涝渍灾害的有效措施，可因地制宜地采用明沟和暗管相结合的明暗组合排水方式，或浅明沟结合竖井的沟井组合排水方式。

王少丽建议，针对我国目前田间除涝降渍能力不足、滞蓄能力低下与外排条件复杂等问题，亟需研发涝渍减灾田间排水工程效率提升措施、“排－蓄－控”多过程联合调控技术、自排与强排相结合的“排－蓄－调”智能化运行与调度技术等。

“但单纯依靠工程措施防御洪涝既不现实，也不经济。近年来，我国洪涝防御从单纯的注重工程措施转变为工程与非工程措施相结合；从局限于探讨洪涝带来的经济损失转变为关注洪水资源化利用、洪水控制与管理、防洪与经济社会等诸多领域的相关影响关系。”王少丽说。

王少丽从农田排涝工程建设角度指出，当前我国农田排涝基础设施薄弱、农田涝渍监测手段落后、信息获取单一、调度水平滞后。此外，由于长期以来重灌轻排，农田除涝治渍没有引起足够的重视，排涝工程欠账多，沟坡坍塌、淤积、破损、沟上筑坝等情况随处可见，大多排涝泵站“带病”运行、效率低下。

王少丽建议，采取综合措施提高治涝效果。包括建立完善的农田排水系统，提高灌排工程的联合调度及运行管理水平；调整农业布局和合理利用水土资源，比如在低洼易涝区选种耐淹或喜水的耐涝作物，以增强农田抗涝能力；加强水稻区节水灌溉的实施，最大限度地发挥稻田调蓄雨水的功能等。

周新国还提到，当前国内农田排水工程的标准是可抵御“5～10年一遇”的洪水，其自建国以来基本未有实质性的变化，使得今年个别地区遭遇“百年一遇”的洪水时损失惨重。

考虑到江河沿线滞蓄洪功能区和国家粮食生产功能区划分，洪涝过后要深入开展调查研究，有针对性、有区别地提出不同功能区“排水工程亟需改造完善的新举措”。

加强预警未雨绸缪

农业科技和理念的进步为灾情期间保障粮食产量、减少农民损失发挥了重要作用，但不得不承认，短板仍存，损失仍在。防患于未然才是减少损失的最好办法。

周新国指出，目前信息化技术、数字农业手段在农业涝渍防灾减灾的应用上还不普及、相关研究也比较缺乏。

近年来，周新国参与的项目组建设了长江中下游地区涝渍灾害数据库，可满足对县级和流域级涝渍受害监测、评估和预警等历史数据的需要。此外，项目组还建立了长江中下游地区主要作物涝渍灾害全面、快速和准确的遥感监测方法和预警系统。

在周新国看来，未来还需加强相关研究。

四川省农业科学院作物研究所研究员郑家国建议，要加强灾害的预警预报。在如何区域性调度水，尽量减少灾害程度方面，还有很多工作要做。同时，还要加强抗涝耐淹水品种选育和栽培方面的理论与应用技术研究。目前，类似于再生稻的技术还比较少，需要科技发力。

值得思考的是，如何让植物保护方面的预测预警落实到每一个田块里。“因为有些地方基层队伍不健全，没有落实到位，需要农业科技队伍查漏补缺。只有预测预警全覆盖，才能有效减少灾害、病虫害的发生。”郑家国说。

在湖南农业大学农学院教授唐启源看来，在预报预警方面，应发展智慧农业或数字化农业，通过大数据与天气预测相结合，及时调整栽培措施。

发展数字农业需要依靠高端的信息技术获取准确的农业大数据。其中，王利民介绍，在我国系列遥感卫星、尤其是高分系列卫星升空之前，农业遥感数据主要依靠国外数据源。不同单位的科研人员共同合买国外卫星的遥感数据，是农业科研圈每年要经历的一件大事。

“有了国产卫星数据作为支撑，国外数据获取的便利性和效率也都发生了较大的改变，以国产卫星为主体的数据保障体系逐步形成，保障能力也得到了显著改善。”王利民说。

我国农业生产的空间多样性、季节多变性和种植复杂性，对遥感卫星的空间分辨率、时效性、谱段载荷等都提出了很高的要求。中国农业科学院农业资源与农业区划研究所研究员吴文斌强调，高分六号卫星与高分一号卫星组网运行，以大幅提高对农业、林业、草原等资源的监测能力，并非农业专用卫星。

与国家农业资源遥感监测的需求相比，当前用于农业资源遥感监测的卫星资源仍有差距，应积极寻找农作物敏感波段，有针对性的开展农业资源卫星建设。随着我国农业现代化的发展，更高分辨率的卫星数据才能满足不断提升的精准农业需求，以及耕地地块较为破碎区域的监测需求。

除卫星技术本身外，吴文斌认为，卫星产业化应用发展仍不足，也是我国农业遥感产业与农业科技发达国家的另一差距。

美国、欧盟等发达国家和地区的卫星应用核心技术在对地观测数据获取、数据诊断与挖掘、数据共享与决策支撑系统研发等方面处于领先地位，卫星观测技术已经广泛应用于本国或全球农业监测。

吴文斌指出，我国卫星应用用户多为政府，以服务政策决策管理为主，产业化发展仍不足，卫星应用在很多地方仍是“盆景”。“我国农业总体上处于小农种植模式，农业规模化经营不足，经营主体对遥感应用的需求动力不足；卫星应用具有技术密集型和资金密集型特点，卫星数据的获取、处理与分析等门槛比较高，面向应用的核心关键技术研发不足，科技供给落后于产业需求，使得遥感应用还没有大众化。”他说。