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当雾霾撞上农业生产

2015年04月15日    http://www.baogaoku.com   【字体:    

不呼吸,也不能不吃粮食雾霾(粮食行业分析报告)。随着全球人口数量的不断增加,人们在有限的投入下,不得不向土地要求更多回报。在经历了两次工业革命后,科技的觉醒给当代农业打入了一支强心针,使得人们可以在同等单位的土地上,获得更高的农业单产。机械化、生物技术、化学技术开始在现代农业生产中崭露头角,推动着农业生产向更高水平发展。然而事实证明,如果不能恰到好处的驾驭科学技术这把双刃剑,其结果是令人担忧的。

就在“雾霾”题材越来越引发人们关注的时候,有业内人士开始把农业生产污染作为“农业雾霾天气”这一概念提出,虽然形式牵强,但也比喻形象。而关于“农业雾霾天气”概念的解读,可以从以下内容中理解。

在现代的农业生产中,为了获得更高的产量目标,化肥、农药等产品被广泛的应用于生产过程中。一般来说,在增施农肥的情况下,还必须大量施用化肥。但这往往容易造成一种错觉,就是化肥用得越多,产量表现的越明显。但与此同时,一些有耕种经验的农户也会产生这样的感觉,那就是施用化肥越厉害,耕地的需求越大,化肥的肥力似乎越小。为了提高产量,必须逐年加大化肥用量。有统计显示,以尿素为例,由开始的亩施15-20公斤,逐步上升到30-40公斤,现在亩施50公斤的也大有人在,将来可能更多。不过这样一来,不但增加了生产成本,降低了投入产出比值,而且肥料的滥用给耕地造成的污染越来越严重。从一开始的促进作物生长和提高产量,变成抑制作物生长,危害单产水平提高,并最终影响作物的品质,引发食品安全。近两年来,我国南方发生的重金属超标大米事件便是代表。滥用化肥、农药容易形成恶性循环,最后可能导致某些地块连受污染的粮食也生产不出来,成为现代农业生产亟待解决的一大难题。这种现象被称为“农业雾霾天气”。

虽然,所谓的“农业雾霾天气”不过是对现代化农业生产中的化学污染状况进行的一个形象描述。不过仔细想想,把农作物拟人化以后,农田中的化学污染可不就像是人类空气中的雾霾?

那么,伴随着雾霾的发作,真的会给农作物生产带来巨大影响么?

2014年,一篇《科学家警告:中国雾锁太阳给农业带来威胁》的文章,提到覆盖中国内地的令人窒息的空气已给农业带来不利影响。同时,我国的一些研究人员也表示,通过一些植物和雾霾的对比试验,最终发现植物的光合作用大幅度下降。

实验数据和结果表明,在人造光照射下,辣椒和西红柿种子通常需20天成长为发育完全的幼苗。但在北京昌平区的温室大棚中却花了两个多月。大棚的塑料膜及附着在膜上的空气污染物令照射在植物上的阳光减少一半。这意味着,植物很难维持光合作用。大棚中的多数幼苗都柔弱不堪或病恹恹的。

相关人士称,由于实验的结果表现不佳,一些农产品公司已经开始积极寻找方案和对策,如安装价格昂贵的人造光设备等。甚至一些农户还通过使用植物激素来促进作物的生长速度。

这也许是到目前为止,为数不多的关于农产品生长水平受雾霾影响的例子了。虽然数据结果表现抢眼,但是从我国主粮生产的角度上来看,雾霾天气似乎还没有对粮食产量水平造成太恶劣的影响。

从生长期来看,夏粮(冬小麦、油菜)生产虽然在头一年的冬季就开始播种,但是真正启动生长且发育旺盛的阶段是次年的3月份,收获时节则在5、6月份;我国的另外的粮食生产重头戏,秋粮(玉米、大豆、水稻)则多在4月份以后(春玉米、北方大豆等)开始播种,经历炎热的夏季之后,在秋季完成收获。而我国雾霾天气较重的时段,则多出现在冬天。从气象条件来说,我国中部及北方地区冬季降水少且空气流动性差,易有雾霾的发生与发展。我国夏季盛行从海洋吹向陆地的偏南风,冬季盛行从大陆吹向海洋的偏北风。从海洋来的偏南风温暖、湿润,而且夏季太阳辐射强烈,近地面空气不断受热而上升,上层的冷空气下沉,两者相遇很容易下雨。有雨水冲刷,雾霾的影响会大大减弱。而到了秋冬季,从西伯利亚来的偏北风寒冷、干燥,加之太阳辐射弱,空气不易形成剧烈对流,因而很少下雨。这样,秋冬季的天气就变得少雨且空气干燥,粉尘就很容易长时间漂浮在空气中,雾霾状况加重。

鉴于以上特点,我国的粮食作物生产时段刚好避过雾霾容易多发的时期,除了光照水平以外,气温和降水也对粮食作物生长起到重要作用。2014年3月份,我国黄淮、华北一带气温回升过快,甚至出现了连续多日的“高温”天气,较早刺激了冬小麦的返青和生长过程,以至于在4月初华北局部地区的小麦就出现“孕穗”现象。与大棚西红柿的生长实验对比来看,似乎雾霾对主粮作物的影响还不算特别明显。

利用卫星遥感技术,实现雾霾、粮食全监测

也许不少人仍对《穹顶之下》记录片里NASA公布的雾霾遥感影像记忆犹新,但实际上,我国利用卫星遥感技术监测雾霾也早不是新鲜事件了。

2013年,我国风云系列卫星就已经承担了雾霾监测这一重要任务,对雾霾的分布、强度等进行了详细的监测和判断。

目前我国对雾霾的监测,多仅限于地面定点,但因其时空局限性,监测的时间及广度不能满足区域宏观监测需要。我国大气环境复合污染呈现区域化态势,环境空气质量的监测急需区域尺度卫星遥感技术。将遥感技术、GIS技术和GNSS技术结合在一起,利用3S技术进行环保系统的探索和研究,不仅能够大范围、长期实时进行对地观测,弥补面监基站建设不足所造成空间断层及信息缺口,同时也为雾霾的监测提供了一种新思路,是目前3S行业的重点应用方向之一。

关于雾霾的定性监测可以采用“TC”法或者“HOT”法,而雾霾中最显著的气溶胶浓度(AOD)水平可以使用MODIS、HJ等多种卫星数据进行实现。而通过小波包变换算法,可以对各波段的卫星数据进行小波分解,分析小波低频分量、高频的水平分量、垂直分量、对角线分量,通过计算其相应均值、方差、信噪比等,就可以计算出吸入颗粒物PM10浓度关系。而通过优化的回归模型分析,也能实现PM2.5水平的监测与判断,而确定的系数水平甚至可以达到0.972。

卫星对农业的监测,近几年来变得越来越流行。美国、欧盟、日本、印度多年来一直在积极开展农产品的卫星遥感监测工作。而我国从七八十年代就已经着手农业遥感技术的基础性研究工作,在九十年代,农业遥感开始向作物产量监测和预估方向发展。经过十几年的研究和积累,农情遥感技术已经更加趋向成熟,开始转向市场的应用化。国内从事农业遥感的机构和单位已经越发普及,农情遥感技术,已经不再是粮农行业陌生的概念,逐渐成为诸多业内人士参考的重要内容和指标。

2011年,中华粮网农情遥感开始面向国内粮食和农业市场提供农业遥感监测结果的预估数据发布。多年来,成功实现我国主要粮食作物的长势、旱情、产量等多种农产品生产指标的监测和判断。一些重要的数据和监测结果呈递给国家重要单位和部门,并得到了充分认可。在立足国内监测的基础上,中华粮网农情遥感积极开拓海外的监测和研究,建立了以遥感监测为基础,农情、气象为辅的监测产品体系,为我国粮食进口、粮食贸易等企业和个人提供数据和信息,弥补了我国海外信息渠道少、客观性低的缺口。

应用遥感技术直接监测雾霾,不仅为治理雾霾提供决策支持,还可以相当准确地估算雾霾在农业减产中扮演的角色。雾霾,已经引起了国家的充分重视,“一号文件”更是把农业生产作为重要的国家发展目标,相信未来,我国雾霾将消散殆尽,我国农业也将获得更大的丰收。雾霾和粮食生产,不再有任何交集。

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