基于遥感时序数据的山东省耕地种植制度时空格局研究

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1、基于遥感时序数据的山东省耕地种植制度时空格局研究梁守真（山东省农业可持续发展研究所,济南2501001）摘要：【研究目的】多熟种植是我国重要的农业耕作制度。复种指数可有效反映耕地的利用状况，复种指数的提高是区域粮食增产的重要途径之一，监测和分析复种指数的时间和空间变化对粮食安全评估、农业发展规划科学决策有重要意义；【方法】传统的统计方法不能及时满足政府获取种植制度变化的要求，基于卫星数据NDVI时间序列蕴涵着作物生长的循环节律，利用NDVI时间序列数据可及时获取耕地种植信息。本研究以山东省2000年到2009年MODISNDVI时间序列数据为数据源，在对数据

2、重构的基础上提取山东省耕地复种指数，并对复种指数的时空变化进行初步分析；【结果】结果显示，利用卫星时间序列数据提取的复种指数与统计数据有较好的一致性。在山东省，一年两熟的耕种模式主要分布于山东西部平原地带，山东北部、中部山区以及东部丘陵地带以一熟为主；区域复种指数存在着明显的年际变化；【结论】利用卫星数据可有效获取区域耕地种植信息，山东省的种植空间异质性主要受地形和土地质量的影响，而时间上的变化主要受耕地作物的轮作和耕地收益的影响；混合像元的存在在一定程度上影响了复种指数提取结果。关键词：复种指数;NDVI;遥感;山东收稿日期：基金项目：作者简介：梁守真，男

3、，山东阳谷人，博士，研究方向为生态环境遥感E-mail：szliang_cas@163.com1引言【本研究的重要意义】多熟种植是中国作物种植制度的重要特征，多熟种植的方式对有效提高我国粮食产量和保证国家粮食安全具有重要作用[1]。耕地种植程度的高低用复种指数来表示，其计算方法为:全年播种(或移栽)作物的总面积/耕地总面积×100%。复种指数不仅可衡量耕地资源集约化利用的程度，同时也是国家宏观评价耕地资源利用基本状况的重要技术指标[2,3]。传统的耕地复种指数研究多是以行政区的统计数据为基础，通过对统计单位年度或一个时间序列数据的分析,得出该区域的复种指数及

4、其年际变化[4]。数据统计的方法简单、实用，但是，该方法忽略了统计单元内部的空间异质性，无法描述复种指数的空间分布特征，并且存在时间上的滞后。此外，该方法强烈依赖于统计数据，容易受到统计口径、尺度和范围以及人为因素的干扰，因此对于空间范围大、时效性要求高的复种指数研究,，地面数据统计的方法往往难以达到要求[5]。遥感数据反演的植被指数可表征地表植被覆盖及生长状况，多时相植被指数构成的时间序列能准确反映农作物的出苗、拔节、抽穗、收获等物理过程，因此遥感植被指数数据可作为复种指数提取的数据源。遥感具有高时效、宽范围、低成本等优势，并可清晰描述研究对象的空间特征，

5、因此，采用遥感技术来进行复种指数监测可避免传统复种指数研究方法的不足。【前人研究进展】目前，基于多时相遥感信息进行耕地复种指数的提取已经一种非常普遍的研究手段。国内学者普遍采用高时间分辨率的遥感数据作为数据源，比如辜智慧[6]采用10d分辨率的SPOT/VGTNDVI时序数据利用交叉拟合度检验法进行了中国农作物复种指数的提取；范锦龙[7]基于时间序列谐波分析法提取地块的复种指数，同样采用的是10d分辨率的SPOT/VGTNDVI数据；而闫慧敏、左丽君[8,9]分别利用NOAA/AVHRRNDVI(10d)、EOS/MODISEVI(16d)数据,采用谐波分析

6、的方法进行了复种指数的提取工作；而Panigrahy[10]采用每月的IRSLISS-1数据使用主成分分析结合最大似然法分类得到印度全国的复种指数。相比于SPOT/VGT和NOAA/AVHRR传感器，MODIS传感器具有更窄的红波段和近红外波段，计算得到的NDVI对植被的变化更加敏感。【本研究切入点】山东省是我国重要的粮食生产基地，气候条件可满足一年两熟作物生产。但随着经济的快速发展，受利益驱动部分区域的耕地种植发生了巨大变化，但目前尚不清楚山东省种植制度的空间分布以及时间变化情况，因此有必要采用空间数据调查过去10年种植制度的时空演变，以客观评估农业土地利

7、用活动对粮食安全的影响。【拟解决的关键问题】。本研究以山东省为例，以复种指数为指标，利用空间分辨率为1KM、时间分辨率为16d的MODISNDVI时间序列数据，研究山东省2000年到2009年耕种制度的时空格局及变化态势。2数据与方法2.1研究区概况本研究选择山东省作为研究区域，山东地处东亚季风气候区内，大部分区域为暖温带半湿润气候。地形中部突起，为鲁中南山地丘陵区；东部半岛大都是起伏和缓的波状丘陵区；西部、北部是黄河冲积而成的鲁西北平原区，是华北平原的一部分。区域地带性植被主要为落叶阔叶林和温性针叶林。山东省为我国重要的粮食生产区，农作物以冬小麦、夏玉米、

8、花生和棉花为主;蔬菜种植面积较大,是中国重要的蔬菜基