發(fā)布時(shí)間：2020-05-03 19:13

【摘要】：糧食總產(chǎn)是作物單產(chǎn)、耕地面積和復(fù)種次數(shù)的函數(shù)。由于作物單產(chǎn)提升空間有限且耕地面積難以擴(kuò)張,在已有耕地基礎(chǔ)上通過增加復(fù)種次數(shù)來縮小復(fù)種差成為提升耕地潛力和糧食產(chǎn)量的關(guān)鍵。而復(fù)種差的縮小又與作物種植情況息息相關(guān)。因此,從種植頻率、作物生育期長度的視角,考慮不同分辨率對(duì)復(fù)種觀測(cè)的差異,評(píng)估不同作物生育期長度對(duì)復(fù)種差及其利用的影響,為提高耕地集約利用、保障國家糧食安全提供科學(xué)依據(jù)。本研究以我國糧食生產(chǎn)核心縣——江西省進(jìn)賢縣為研究區(qū)域,以該區(qū)域典型的復(fù)種模式為研究對(duì)象,以2015年MODIS產(chǎn)品、GF-1/WFV(簡(jiǎn)稱GF)影像、農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料等為主要研究數(shù)據(jù),探討耕地復(fù)種的提升潛力。首先進(jìn)行復(fù)種強(qiáng)度估算,基于三個(gè)不同時(shí)空分辨率的NDVI數(shù)據(jù)集(MODIS、GF、GF-MOIDS)采用二次差分法分別提取實(shí)際復(fù)種頻率,并探究時(shí)間分辨率和空間分辨率對(duì)復(fù)種頻率觀測(cè)帶來的不確定性;其次進(jìn)行復(fù)種潛力提升,基于精度最高的GF-MODIS數(shù)據(jù)集采用動(dòng)態(tài)閾值法提取作物的生育期長度,計(jì)算耕地剩余的生育期長度,并利用四種不同生育期長度的作物(不考慮生育期長度的一般作物、生育期長度為60天的作物、生育期長度為90天的作物、已種植的最短生育期長度的作物)分別對(duì)其進(jìn)行填充,探究作物種植方式和生育期長度對(duì)復(fù)種潛力提升的影響。論文取得的主要研究結(jié)論如下:(1)基于STARFM模型得到的融合影像與其對(duì)應(yīng)的真實(shí)影像的相關(guān)系數(shù)大部分達(dá)到了0.7以上,融合效果總體良好。初始輸入的高空間分辨率影像數(shù)量較多且時(shí)間間隔較為均勻,這有助于總體融合精度的提升。融合影像不僅能體現(xiàn)MODIS影像的時(shí)間序列變化優(yōu)勢(shì),還能體現(xiàn)GF影像的空間細(xì)節(jié)分布優(yōu)勢(shì),說明基于該模型獲得的高時(shí)空分辨率融合影像既可以對(duì)粗時(shí)間分辨率影像缺失的時(shí)間序列信息進(jìn)行有效補(bǔ)充,又可以對(duì)粗空間分辨率影像缺少的空間細(xì)節(jié)信息進(jìn)行有效細(xì)化。(2)在MODIS、GF和GF-MODIS的復(fù)種頻率觀測(cè)結(jié)果中,GF-MODIS的結(jié)果最好,其不但空間精度最高,而且與區(qū)域的總體比較值最為接近。三個(gè)尺度下的一年一熟在研究區(qū)域都占主導(dǎo),一熟在MODIS、GF和GF-MODIS的觀測(cè)比例中是依次減少的,而二熟和三熟分別是依次增加的。這說明粗空間分辨率影像能觀測(cè)到區(qū)域最主要的種植制度,而高空間分辨率影像更能識(shí)別出區(qū)域中多熟的種植情況。(3)MODIS影像空間分辨率較粗,在空間異質(zhì)性較大的區(qū)域會(huì)出現(xiàn)明顯的混合像元現(xiàn)象。研究區(qū)域內(nèi)跨年輪作的制度、頻繁交叉的多熟、破碎細(xì)小的地塊,導(dǎo)致絕大部分MODIS像元的單一熟制對(duì)應(yīng)的GF-MODIS像元是混合熟制。這說明在農(nóng)業(yè)景觀極為復(fù)雜的中國南方地區(qū),較高的空間分辨率是觀測(cè)復(fù)種的首要條件。GF影像時(shí)間分辨率較粗,在關(guān)鍵生育期的信息極少。研究區(qū)域內(nèi)種植結(jié)構(gòu)復(fù)雜、云雨天氣頻繁、地表覆蓋多變,從而GF-MODIS影像能得到更精確的熟制。這說明在土地利用快速變化的中國南方地區(qū),較高的時(shí)間分辨率對(duì)于獲取多熟種植情況也十分重要。(4)研究區(qū)域的復(fù)種潛力都為三熟。當(dāng)不考慮填充作物生育期長度時(shí),一熟像元的潛在復(fù)種差都是2,二熟像元的潛在復(fù)種差都是1,三熟像元的潛在復(fù)種差都是0。當(dāng)考慮耕地生育期長度時(shí),即使是相同的熟制情況,不同像元的耕地剩余生育期長度卻是不一樣的,則用不同生育期長度的作物(生育期長度為60天的作物、生育期長度為90天的作物、已種植的最短生育期長度的作物)進(jìn)行填充時(shí),實(shí)際復(fù)種差大小必然有所差異,并且結(jié)合作物生育期長度的實(shí)際復(fù)種差大小會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論的潛在復(fù)種差大小。(5)在三種不同作物的填充方案下,一熟像元的復(fù)種差大小有顯著的差異,而二熟像元的復(fù)種差大小很類似,三熟像元的復(fù)種差大小完全相同。這說明實(shí)際復(fù)種差大小在很大程度上受填充作物的生育期長度的影響。此外,通過合理縮小復(fù)種差,農(nóng)民可以可持續(xù)地加強(qiáng)耕地利用集約化、高效地提升糧食產(chǎn)量,同時(shí)作物物候信息還可輔助作物分類。
【圖文】：

技術(shù)路線圖

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院碩士學(xué)位論文 第二章 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)處理的湖汊地和內(nèi)陸大片的平原、少量的崗地、零星的低丘，具有南方地區(qū)耕地地貌的代表性。因此，選擇進(jìn)賢縣作為案例研究區(qū)，將有利于在多地貌環(huán)境下從一熟種植到三熟種植的復(fù)種頻率全覆蓋觀測(cè)。然而，進(jìn)賢縣的實(shí)際種植現(xiàn)狀遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到種植潛力。一熟在進(jìn)賢縣占主導(dǎo)，二熟也有集中分布，而三熟僅有零星分布(Xiang et al., 2019)。可見，全縣境內(nèi)分布著很大的復(fù)種差。因此，選擇進(jìn)賢縣作為案例研究區(qū)，將有助于在多生育期長度作物填充方案下的復(fù)種差差異探究。
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S127

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