基于作物倒伏遥感监测的农田防护林防风效能评价

摘要

近年来，随着气候和环境的变化，各种农业灾害发生的频率越来越高，每年因农业灾害造成的损失巨大，对我国农业生产、粮食安全、自然生态环境和经济发展都有着严重的影响。我国自古以来便是农业生产大国，农业的发展关系着国家长期、稳定的发展，对我国的经济、社会的进步与提升，以及人民的生产生活都发挥着不可忽视的重要作用。黑龙江省是农业大省，也是全国重要的商品粮食基地，为全国乃至世界各地区输送粮食产品。但黑龙江省也是发生农业灾害十分频繁的地区，随着该省的农业灾害发生频率呈上升趋势，造成多处地区的粮食减产甚至导致绝产，对农业的生产与收获产生重大影响。因此，选择科学、合理、有效的风灾监测方式，正确的分析由风灾而引起的农作物倒伏，科学验证作物倒伏与农田防护林的相互关系。不仅有利于灾害预警、救灾和灾害评估工作的顺利进行，而且对农业生产和农业的可持续发展具有一定的指导意义。 防护林防风效能的研究主要通过疏透度、林带间距、树高与林带宽度的比值，以及缺少防风效能量化因变量等数据来进行定量分析。而显有利用遥感手段，通过分析防护林带的林网密度、林带宽度、林带面积等指标来评价其防风效能。并且，虽然作物倒伏与防护林带遥感提取的相关研究已做了大量工作，但综合作物倒伏与林带的时空格局，进行防风效能定量研究的较少。利用高分辨遥感影像提取作物倒伏与林带信息，可作为参照媒介与评价指标，实现农田防护林防风效能的定量评价。 本研究通过野外样点调查，以及对样本点的整理与分析，选取研究所需要的样本点，基于RapidEye与GF-1 PMS两种不同的高空间分辨率遥感卫星影像，从防护效能结果的角度出发，分别对区域尺度的作物倒伏与农田防护林带进行遥感提取，其中包括采用目视解译和最大似然法获取风灾作物倒伏面积，利用NDVI阈值法提取防护林带，通过防护林带的各种指标分析，以及与作物倒伏面积二者之间的分析，对防护林防风效能进行定量评价。本文中具体将风灾引起的作物倒伏结果与防护林带提取结果分别构建指标。其中包括:以作物倒伏面积、林带间距为主要因变量;以林网密度、林带面积、林带宽度、林带有效防护距离等指标为自变量，将两类指标相结合，构建防风效能评价模型，研究结果表明:林网密度、林带面积（东侧加北侧）、林带宽度（东侧）与倒伏面积、防护林带间距与有效防护距离之间均为非线性函数关系。其中，林网密度对防风效能的影响最重要，其次是林带面积（东侧加北侧）和林带宽度（东侧）。对于农田防护林适宜种植的林带指标为，林网密度:0.04～0.07，林带面积（东侧加北侧）:2000～3500 m2，林带宽度（东侧）:35～55 m，有效防护距离的主林带间距:150～225m。 本文通过野外实地观测、调研与大量的实验研究结果获取到农田防护林与作物倒伏的相互关系，明确了影响农田防护林带防风效能的主要评价指标，其中包括:林网密度、林带宽度、林带面积、林带间距。通过防护林带各个指标与倒伏面积之间的关系分析，得到各指标之间的相互关系，并提出适宜的防护林布局指标，证明了相关研究对防护林防风效能的假设。从而实现定量评价农田防护林的防风效能，为农田防护林防风效能评价提供科学、准确且客观的定量方法，为今后农田防护林进行合理的布设提供科学的技术指导与合理的研究思路，并且为农田防护林的建造设计与布局优化提供了一定的科学依据。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究目的与意义

1．2 国内外研究动态

1．2．1 作物倒伏国内外研究进展

1．2．2 防护林国内外研究进展

1．2．3 防风效能国内外研究进展

1．3 研究内容

1．4 研究思路

1．5 研究难点

1．6 研究特色与创新点

2 研究区概况与数据处理

2．1 研究区概况

2．1．1 自然地理概况

2．1．2 地形地貌与气候

2．1．3 社会经济状况

2．1．4 灾害情况

2．2 数据获取与处理

2．2．1 气象数据获取

2．2．2 遥感数据获取

2．2．3 野外样点数据

2．2．4 林带高度测量

3 作物倒伏与防护林带信息提取

3．1 作物倒伏信息提取

3．1．1 目视解译方法

3．1．2 监督分类方法

3．1．3 作物倒伏情况空间分布特征

3．2 防护林带提取及空间分布特征

3．3 作物倒伏与防护林带提取精度评价

3．4 本章小结

4 林带间距与有效防护距离

4．1 林带间距与有效防护距离提取

4．2 主副林带间距

4．3 防护林带有效防护距离

4．4 本章小结

5 防护林带指标与倒伏面积关系及防风效能研究

5．1 林带指标构建

5．1．1 林网密度构建

5．1．2 林带面积与林带宽度构建

5．2 林带指标与倒伏面积关系分析

5．3 林带不同指标的综合作用

5．4 林带指标范围确定

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 讨论

6．3 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文