张 旭，王改梅

（中国地质大学 地球科学与资源学院，北京100083）

1 引言

精细农业也被称为因地制宜农业、处方农业。它可以在遥感、地理信息系统和全球定位系统技术支持下，进行抽样调查，获取作物生长的各种影响因素信息（如土壤结构、含水量、地形、病虫害等）。通过进行农田小区作物产量对比，分析影响小区产量差异的原因，获取农业生产中存在的空间和时间差异性，可以根据每个地块的农业资源特点，按需实施微观调控，以充分利用现代化和机械化，精耕细作，获取高的经济效益。

遥感技术是指运用现代光学、电子学探测仪器，不与目标物相接触，从远距离把目标物的电磁波特性记录下来，通过分析、解译揭示出目标物本身的特征、性质及其变化规律的综合性探测技术。其基本原理就是不同物体的电磁波特性是不同的（黄惠珍，2010），通过探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波，从而提取这些物体的信息，完成对远距离物体的识别。

2 遥感技术应用于精细农业的必要性

随着科学技术的发展，传统农业因耗能高、产量低，正逐步被新型农业所代替，而精细农业，适应了现代农业产量高、投入少、节约资源、保护环境的要求（姚建松，2009），它的出现，是传统农业向新型农业转型的必然结果，具有历史必然性。

遥感技术是精细农业获得田间数据的核心来源。没有遥感技术的服务，就没有精细农业的发展。由于不同含水量的土壤具有不同的地表温度（谷纪良，2010），不同生长期和不同生长情况的农作物具有不同的波谱发射特征。因此，通过对作物本身及其生长环境的波谱特性研究，可定量测定作物的生长状况和空间变异信息（李新磊等，2010），了解生态环境变化，为及时作出合理化的调整提供最权威的数据资料。因此，精细农业要发展，必然需要遥感技术的应用。

3 遥感技术在精细农业中的应用

遥感技术可以客观、准确、及时地提供作物生态环境和作物生长的各种信息。这是精细农业获得田间数据的重要来源。因些，遥感可以在很多方面为精细农业服务。

3.1 作物养分诊断与监测研究

作物养分主要包括氮、磷、钾等元素，如果缺乏会导致作物光合作用能力和产量降低。近20年来，利用遥感进行作物养分（尤其是氮）实时监测和快速诊断一直是农业应用研究的热点，其中，高光谱遥感可很好的对作物养分进行诊断和监测（姚云军等，2008）。基本原理就是利用作物氮、磷、钾等含量的变化会引起作物叶片生理和形态结构变化，造成作物光谱反射特性变化的特性。作物养分高光谱诊断与监测方法主要包括多元统计回归方法诊断作物养分含量，基于特定吸收波段内波谱特征参数的作物养分诊断。

3.2 农作物播种面积遥感监测与估算

搭载遥感器的卫星或飞机通过田地时，可以监测并记录下农作物覆盖面积数据，通过这些数据可以对农作物分类，在此基础上可以估算出每种作物的播种面积。目前商业销售的遥感图像已经达到1m空间分辨率，在这种高分辨率图像中可以进行精确的农作物播种面积估算。

3.3 遥感监测农作物长势与产量估算

作物长势是作物生长发育状况评价的综合参数，长势监测是对作物苗情、生长状况与变化的宏观监测。构建时空信息辅助下的遥感信息技术与作物生理特性及作物长势之间的关系模型便于作物长势监测。利用遥感技术在作物生长不同阶段进行观测，获得不同时间序列的图像，农田管理者可以通过遥感提供的信息，及时发现作物生长中出现的问题，采取针对措施进行田间管理（如施肥、喷施农药等）。管理者可以根据不同时间序列的遥感图像，了解不同生长阶段中作物的长势，提前预测作物产量。自20世纪80年代初开始，中国有关研究部门与高校合作，利用陆地卫星和气象卫星进行大面积作物长势和产量监测的研究与试验。这为我国作物产量的提前预报奠定了科学基础。

3.4 作物生态环境监测

利用遥感技术可以对土壤侵蚀、土地盐碱化面积、主要分布区域与土地盐碱化变化趋势进行监测，也可对土壤水和其它作物生态环境进行监测，这些信息有助于田间管理者采取相应措施，合理调配，及时改善作物生态环境，使作物更好地成长。

3.5 灾害损失评估

气候异常对作物生长具有一定影响，利用遥感技术可以监测与定量评估作物受灾程度，作物受旱涝灾害影响的面积，对作物损失进行评估，然后针对具体受灾情况，进行补种、浇水、施肥或排水等抗灾措施，减少损失。

4 遥感技术在精细农业发展中面临的问题与解决途径

4.1 遥感数据库不足

遥感技术在应用于精细农业中，因作物的生态物理参数（如含水量、叶绿素含量、叶面积指数等）各异，生长环境复杂，生长过程中随时间的推移作物与土壤的各种物理化学条件都会变化，这就需要建立大量的数据库，给遥感农业带来了不便。而现有精细农业中的遥感数据库还处于发展阶段，数据量不足，有待进一步完善。

4.2 解译水平有待进一步提高

遥感技术在精细农业中的应用尚且处于探索阶段，许多解译方法尚不成熟，如多种田间组分（作物、土壤等）混合光谱的研究等。而现代遥感技术单一解译技术已趋于成熟，但混合光谱的研究才刚刚起步，还需要加强解译水平，完善解译体系。

4.3 建立标形植被光谱数据库

深入开展农业应用中标准地物光谱特征研究，总结标准地物在不同条件下光谱变异规律，完善和扩充农业光谱数据库，在应用研究时将目标物与标形地物的波谱特征进行对比，观察波谱图像，总结波谱特征规律，进一步确定目标物的现实特征，进而实施相应手段，提高作物产量。

4.4 建立健全解译体系

加大遥感解译的投入力度，建立健全常用地物的解译体系，特别是完善农业遥感中的解译系统，将传统解译与现代信息技术相结合，结合地理信息系统，定位导航系统的发展，将不同地区不同地物的波谱特征纳入解译体系，提高解译水平。

建立标形地物波谱数据库，加强农田水分条件、肥力条件、病虫害等因子在遥感图像中的解译标志，实现农作物征兆信息的智能化提取，上述关键技术的突破，将有助于阐明作物生长环境和收获产量实际分布的相关机理，有助于遥感动态监测定量化，建立作物长势与产量预报定量模型，这对于提高农业田间科学管理（灌溉、施肥或喷洒农药）具有重要意义。

5 结语

遥感技术的研究与发展，是促进精细农业发展的重要一步，随着更高分辨率遥感技术的发展，遥感技术在精细农业中的应用必将更进一步。未来精细农业中遥感的定位，将从定性监测逐步转向定量监测，定量遥感将在精细农业中发挥更加重要的作用。因此，加强定量遥感的研究力度，完善定量遥感体系，建立定量遥感农业模型，将为农业遥感发展带来新的活力，必将促进精细农业的蓬勃发展。

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