人类发展农业，就会建设农田基础设施。田块、灌溉、道路、林网等人造地物，与地形、土壤、水系等自然要素交织，不断对农业系统的结构和功能进行重塑。如何对农田基础设施这类特殊的地表综合体进行监测评价面临挑战。
导 读
农业系统是自然要素与人类活动相互作用的综合结果，自然要素为农业发展提供了基础和前提，并在很大程度上决定了特定地区农业生产的潜力。但同时，农田基础设施（人造地物）不仅直接改变了地表的自然要素分布，而且在不断重塑着农业系统的结构和功能。但长期以来，由于开展农田基础设施监测评价所面临的技术挑战，其对农业系统结构和功能的影响尚未得到充分评估。本文探讨了地球观测技术用于农田基础设施监测评价的潜力，并提出农田基础设施对农业景观影响的研究方法。
图1 图文摘要
自古以来，人类通过不断建设农田基础设施，对农业系统的结构和功能进行重构。这些基础设施主要包括：(1) 田块：不仅为作物生长提供了适宜环境，同时还提高了人类管理农业生产的效率。(2) 道路：不仅直接提升了农业生产的机械化水平，而且提高了农业生产要素以及农产品的流通性。(3) 灌溉与排水：改变了自然条件下作物生长的缺水限制，同时提高了农业生产系统的水资源利用水平。(4) 防护林：为农业生产提供了生态保障。(5) 其他附属设施：为延长农业产业链、提升农产品价值链提供了基础支撑。近年来，我国大力推进高标准农田建设，核心就在于通过“田、土、水、路、林、电”等基础设施建设，实现集水、土、气、生态条件于一体的农业系统工程化改造，推动农业现代化发展。
地球观测为农业系统监测评价提供了独特视角。例如，农业遥感已经广泛应用于大范围作物类型制图、作物长势监测等领域。然而，目前将地球观测应用于农田基础设施监测与评价还不广泛，原因主要包括两方面。一，从概念角度来看，农田基础设施类型多样，尚无统一的监测评价对象；二，从技术角度来看，农田基础设施包括多种地物实体，体现出点、线、面等多维几何特征。因此，影像空间分辨率问题会直接限制小微农田基础设施（如水井和沟渠）的监测精度；此外，不同类型农田基础设施的训练样本不足，从而影响对分布广泛而又分散的农田基础设施要素进行监测的效果。这些问题进一步制约了农田基础设施对农业系统结构和功能影响的评价。
基于对相关案例的分析，本文提出了构建基于地球观测的农田基础设施监测评价技术体系的思路。首先，需要深入理解农田基础设施的多样化组成部分及其在形状、纹理和光谱信息方面表现出的不同特征；其次，需要利用先进的模型、算法和高分辨率遥感图像来精确描绘不同类型的农田基础设施实体；第三，需要综合绘制农田基础设施的时空特征图，以便更好地理解农田基础设施如何与农业系统中的气候、土壤、作物和人类活动相互作用。该思路将有助于构建基于地球观测的农田基础设施监测评价技术体系，进一步发挥地球观测技术在农业系统研究中的潜力与价值。
总结与展望
构建基于地球观测的农田基础设施监测评价技术体系，有望推动农田基础设施监测向高精度、高频度、高分辨能力发展，不仅有利于为我国高标准农田监测评价提供技术手段，而且有利于人们更好理解农田基础设施在推动农业现代化发展中所起的重要作用，为推动实现联合国可持续发展目标提供技术支撑和保障。
责任编辑
高志鹏 湖南农业大学
喻文娟 浙江农林大学
本文内容来自The Innovation姊妹刊The Innovation Geoscience第3卷第1期以Perspective发表的“View from above: Farmland infrastructure and its impacts on agricultural landscapes” (投稿: 2024-02-07；接收: 2024-09-19；在线刊出: 2024-10-17)。
DOI:10.59717/j.xinn-geo.2024.100107
引用格式：Yu Q., Hu Q., Wu H., et al. (2024). View from above: Farmland infrastructure and its impacts on agricultural landscapes. The Innovation Geoscience 3:100107.
作者简介
余强毅，研究员，博士生导师。国家高层次人才特殊支持计划青年拔尖人才，现任中国农业科学院农业资源与农业区划研究所智慧农业创新团队青年首席，兼任农业农村部农业遥感重点实验室副主任、中国农学会农业信息分会副主任委员兼秘书长、国务院第三次全国土壤普查专家技术指导组专家、现代农业产业技术体系北京市农田遥感岗位专家，主要从事土地系统、农业遥感、智慧耕地研究。
胡 琼，副教授，博士生导师。湖北省科技特派员，入选第六届中国科协青年人才托举工程、华中师范大学桂子青年学者等人才计划项目，兼任中国农学会农业信息分会副秘书长，主要从事农业遥感、土地利用、农业地理大数据挖掘等研究。
吴 浩，教授，博士生导师。国家级高层次人才计划入选者，自然资源部科技领军人才，现任华中师范大学城市与环境科学学院地理信息系统教研室主任、地理信息学科带头人、地理信息科学国家级一流本科专业建设点负责人，兼任中国地理学会信息地理专业委员会副主任委员、中国农学会农业信息分会副主任委员，主要从事地理信息与遥感科学研究。
吴文斌，研究员，博士生导师。国家高层次人才特殊支持计划科技创新领军人才，现任中国农业科学院农业资源与农业区划研究所所长，长期从事农业遥感和数字农业领域的理论、技术与方法研究，兼任北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室副主任、耕地保护国家工程研究中心主任、农业农村部农业遥感重点实验室主任、中国农学会农业信息分会主任委员、《中国农业信息》和CABI Agriculture and Bioscience 主编。
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