中国农业科学院已经走过一甲子,我也在农科院工作生活了55个春秋,经历见证了她的发展和辉煌。仅从农业资源监测手段的演变就可以衍射出建院60年来农业科技的飞速发展和成就。
上世纪60、70年代土壤次生盐碱化是黄淮海平原农业生产的重大威胁。大面积的缺苗断垄、遍地盐斑严重地威胁农业生产,小麦亩产200斤就算很好的了,高产田亩产也不过400斤。监测土壤的水盐动态变化成为盐碱地改良的重要研究内容。当时监测土壤水盐动态的手段是一支用于取土的洛阳铲或土钻、用于装土样的铝盒,获得分层的土样后回实验室分析土样的全盐和K+、Na+、Ca++、Ma++、cl-、so4- -、co3- -、Hco3- 8大离子,以及N、P、K的含量;当时实验室有一台感量万分之一的天平就算是高档仪器设备。在这样简陋的监测手段和设备条件下,探索黄淮海平原盐碱地的综合治理。
1980~1990年历时十年、全国动员科技人员达10万之众,完成全国第三次农业资源调查。在摸清全国农业资源的家底后,如何掌握了解资源的动态变化,成为重要的研究课题。为监测土地利用结构的变化,当时是以县为单元,推广采用单公里布点监测方案,即先在监测区域的地形图上画上公里网格,再将地形图上全部公里网的相交点,按外业定位技术规程用测量仪器定位于相对应的地面,纵横公里网的地面相交点,即为监测样点。样点位置确定后,为实现长期定位观测,要埋设永久性标志物,耕地等地类埋以磁铁,其它地类采用涂漆、垒石、树明桩等标志。监测这些样点所在地类的变化(一个样点的变化就代表1500亩地类发生了改变)以推算区域土地利用结构变化,达到监测的目的。当时,在全国建立监测网点县300余个、监测农户1万多户。在网点县监测的基础上,建立起全国农业资源、农村经济信息监测网络。当时主要监测:土地资源动态即8大地类的增、减;耕地增加的来源,耕地减少的去向;水土流失面积、盐碱化面积、草地退化面积;农业灾害类型、受灾面积、成灾面积等。农户监测包括:种植粮、经作物的种类、面积和产量;农户年总收入及其构成,户经营总费用及其构成,生产性费用支出构成、生产资料投入构成等。所获取的这些数据都源自人工调查统计,一年一报的数据无法用于指导当年的农业生产,只能为来年的生产提供决策参考。由于我国幅员辽阔、地形气候复杂多变,根据抽样理论布置的样点依然存在代表性精度不高的问题。这样的监测手段,无论是时效性、代表性、精度均不能满足指导生产的实际需要。但是,随着农业遥感在我院的诞生和应用,在三十年的时间内,使这一现状发生了彻底的改变。
1979年资源区划所的建立开辟了农业系统最早的农业遥感研究。农业资源领域的遥感技术应用经历了“六五”期间的技术、设备引进和人才培训,“七五”、“八五”期间的技术攻关、实验研究和局部生产服务,到“九五”期间服务系统的建立实现农业遥感业务化运行,“十五”以来农业遥感为国家农业宏观决策发挥了越来越重要的作用。1991年建成了我国农业系统第一套NOAA卫星接收与处理系统,结束了农业遥感没有自主接收卫星数据的历史,为农业资源遥感监测、农业灾害动态监测和农作物估产奠定了卫星信息源基础。20世纪90年代初开始,开展了以冬小麦为主的农作物遥感估产方法研究和应用研究,奠定了我国主要农作物遥感监测系统的基础。1995年加入国家遥感中心,成为国家遥感中心农业应用部,标志着农业遥感应用研究正式进入国家和国际遥感研究与应用的行列。从1999年开始,农业遥感工作进入全面发展阶段,主要标志是农业部遥感应用中心的成立,和全国小麦、玉米、水稻、大豆、棉花等作物遥感监测业务的全面开展以及开始农业灾害与墒情遥感监测。2001年遥感应用中心建成了我国农业系统第一套EOS-MODIS卫星接收与处理系统,全面替代了运行近10年的NOAA卫星接收与处理系统,使遥感数据质量和保障率均上了一个新台阶,满足了农情动态信息监测和农业灾害监测的遥感信息需求。从2006年开始,全国5大作物(小麦、玉米、水稻、棉花、大豆)大比例尺空间分布及面积调查工作全面开展,弥补了我国缺乏农作物种植空间分布精准图的空白。
随着遥感技术的发展和农业应用需求的不断扩大,农业遥感应用领域也在不断拓展。由以光学遥感数据为主扩大到雷达和高光谱数据,由传统作物监测扩大到资源、灾害和环境领域。“十五”期间,开展国家级农情遥感监测与信息服务系统研究,进行了农情遥感核心关键技术攻关和系统集成;开展了作物估产模型研究以及雷达卫星的水分监测研究;开展了作物高光谱试验研究;开展了作物模型、数据同化和植被遥感研究;开展了草地遥感与牧草管理方面的关键技术研究;同时,还开展了作物病虫害、冷害的遥感监测关键技术研究。特别是近几年来,随着我国自主高分对地观测系统的快速发展,遥感技术在农业数字化和信息服务领域的应用范围越来越广,监测精度也不断提高。
“十二五”期间农业资源监测研究工作已延伸到国外。利用EOS-MODIS卫星数据和气象数据,结合国外作物地面长势调查数据和区域统计数据等,运用作物生长模型,对不同作物相应生育期内的墒情、长势进行动态监测;获取国际上主要农业大国玉米、大豆、水稻等大宗作物种植面积和产量数据。通过掌握国外主要粮食生产国的粮食生产情况,为保障国家粮食安全和提升竞争力提供决策依据。
“十二五”期间随着“互联网+”和大数据时代的到来,农业资源信息监测又进入一个更高的发展阶段。利用遥感网、物联网和互联网三网融合获取全面的农田和环境信息,实现大田种植信息快速、自动感知、采集、传输、存储和可视。这种天空地一体化农业遥感技术体系(SAGI)的构建,克服了传统农业遥感获取信息单一的局限性。系统构建包括农田视频监测子系统,实现对农田现场的视频监测,通过视频数据提取苗情、长势、病虫害等信息;农田气候要素监测子系统,实现对农田小气候要素的实时监测;农田土壤环境要素监测子系统,监测作物生长的土壤温湿度数据,分析作物的灌溉需求。自动监测所获取的数据可以通过网络、手机客户端等多种方式随时提供农情信息服务。
农业遥感应用从无到有的飞速发展,实现了每年定期、不定期给农业部上报全国的、区域的主要农作物面积、长势、产量、旱涝灾害、病虫害等数据,为国家耕地数量红线的控制、粮食安全、农业供给侧结构性改革、生态环境保护、农产品国际竞争力的提升,提供了及时、可靠的决策依据。
中国农业科学院建院60年来,中国农业有了飞速的发展、农业科技取得了巨大的成就,但是,限于自然资源和人口的压力与发达国家的农业相比,还存在比较大的差距。习近平主席提出了建党、建国两个100年的目标。可以预见再过40年在中国农业科学院建院100年时,中国将由农业大国成为农业强国、引领世界农业和农业科技,做出世界大国应尽的责任和应有的贡献。