石河子，别名“石城”、“戈壁明珠”，新疆维吾尔自治区直辖县级市，地处天山北麓中段，准噶尔盆地南部。这里地势平坦，阳光充足，气温适宜，农作物播种面积418.22万亩，其中棉花播种面积373.57万亩，是我国重要的棉花产区。

中科院空天信息创新研究院（空天院）作为国家民用空间基础设施陆地观测卫星共性应用支撑平台项目（空基项目）牵头单位，与中科院东北地理与农业生态研究所（东北地理所），于2021年7月在石河子实验基地组织实施了星空地一体化土壤水分专题实验。这是“十三五”期间，空基项目首次在西北综合实验场开展的遥感真实性检验实验，主要开展多种类遥感共性产品全流程综合检验与质量评价，土壤水分是其中的重要参量。空天院三室相关科研团队参加了石河子土壤水分实验工作。

土壤水分对棉花的健康生长、高产起着举足轻重的作用，水分不足或者是过多都会影响棉花的正常生长。大范围、高精度、连续的棉田土壤水分动态变化监测能够有效指导灌溉决策和提升水资源利用效率。

本次实验，正是面向自主国产高分辨率卫星，在新疆石河子地区开展针对棉花产区的土壤水分产品真实性检验协同观测，获取土壤水分数据集以及包括植被类型、植被含水量、地表粗糙度、土壤容重等在内的辅助数据集，为遥感产品尺度效应与尺度转换方法等研究提供数据支撑，并服务于****产区的土壤干旱监测和棉花长势监测。

此次实验区域位于石河子市北部，位于东经86.081°至86.399°，北纬44.774°至44.959°，观测范围约25 km×20 km。

看似只是长度数字、面积数字，很简单？那就错了。为了保证实验工作的快速展开和高效推进，更要保证采样点的差异性、代表性、合理性，科研人员预先进入实验区，对前期规划的采样点进行了大量的实地勘测和调整工作。

基于遥感历史影像数据，根据检验卫星分辨率，初步选取50个大样方。

在50个初选大样方中，根据道路通达性、地表覆盖类型、样地异质性以及同步试验时间效率等因素，选择其中35个具有代表性的样方作为试验大样方。

在每个选定的大样方内，选择3个呈三角形分布的采样点，每个采样点统一重复观测3次。

经过这样“三步走”，整个研究区域所获取到的多个样方土壤水分测量值，就可以作为地表土壤水分反演模型构建和遥感产品真值检验的主要标准。

研究区样点布设图 图/王锡刚

为了保证采样实验中数据的时效性，“手快”成为科研人员的必备技能。

在采集土壤样本时，采集小组在田间用环刀取有代表性的新鲜土样，利用刮刀将土壤迅速装入已标记的自封袋内，封紧，以防止水分蒸发，并在记录本上记录自封袋编号。

为避免土壤含水量样本水分蒸发，当天野外试验任务结束后，要尽快将样品运至室内完成称重工作。

采集植被样本时，在样方内选取长势均匀具有代表性的区域作为采样点，后选取有代表性的三株棉花植株剪断放入纸袋中，并立即将其放入密封袋中。之后套好黑色塑料袋，防止光合作用影响，记录纸袋编号。

采样的同时，还需要测量并记录采样范围长宽以及植株高度、地块垄行参数、经纬度等辅助数据。同样，植被含水量采样需要于当天野外试验任务结束后尽快将样品运至室内完成称重工作。

大家互相打趣道：正所谓“天下武功，唯快不破”，采样如练功，不仅要稳、准，更要快！

陆表土壤水分实验工作照 图/王锡刚

采集样本阶段，正值新疆“赤日几时过，清风无处寻”的酷暑时节。为了按期完成实验计划，科研人员们一大早便走进田间采样。中午时分，则伴着新疆独有的骄阳，在炙风中吃几口自带的饼干、面包等干粮。新疆的太阳总是对天空充满留恋，到晚间22时左右还能见落日的余晖，这时才是大家收“下午工”的时间，几乎每天10余个小时忙碌在田间地头。然而，匆匆几口晚饭后，还要抓紧对样本进行称重，对植被茎叶进行分离处理……不知不觉已是凌晨。

数日实验下来，科研人员的脸都变得黑红黑红。大家开玩笑道：为什么棉花越晒越白，我们却越晒越黑？初次跟着老师出野外的研究生们也调侃说，没想到“科研实验”比“健身”还累。

垄行参数测量工作 图/王锡刚

落日余晖 图/王锡刚

“科研”需恋嫪，至理须推寻。此次野外调查采集了大量的地面数据，目前已完成石河子实验区土壤水分产品的反演和真实性检验。实验数据集将有助于研发和验证卫星遥感数据产品，提升遥感产品精度，从而服务于****产区的土壤干旱监测和棉花长势监测，指导区域灌溉决策，对合理利用区域水资源，提高区域水资源利用效率有重要意义。今年，空基项目组将继续在西北综合实验场，面向在轨空基卫星开展多种共性产品的综合实验观测。

以上内容由空天院三室王春梅、陶醉，中科院东北地理与农业生态研究所郑兴明、王锡刚、李秉择提供。