综述：遥感技术在非洲撒哈拉以南地区玉米生产监测中的机遇与挑战：一项全面的文献计量分析

本文系统回顾了1925-2024年间遥感技术在玉米生产监测中的应用研究，通过文献计量分析揭示了该领域快速增长的趋势（2024年达488篇）及显著的地域不平衡性。研究指出，尽管玉米是撒哈拉以南非洲（SSA）的关键主粮作物，但该地区在遥感研究领域严重边缘化，中国（SCP 1012篇，MCP 257篇）和美国等全球北方国家主导着学术话语权。综述强调了加强南南合作、投资研究基础设施与能力建设，以推动遥感技术在精准农业（PA）、产量预测（如利用NDVI、EVI等植被指数）和气候变化应对中发挥更大作用。

　　

遥感技术在玉米生产监测中的应用与挑战：百年文献计量透视

引言

玉米作为全球性的粮食基石，在众多发展中国家既是主食也是重要的收入来源。确保其可持续生产对于粮食安全和减贫至关重要。遥感技术为监测作物生长、估算产量及指导农业管理实践提供了强大工具。尽管遥感在农业中的应用迅速扩展，但此前缺乏针对玉米生产这一特定领域的系统性综述。本研究通过对1925年至2024年间相关出版物的文献计量分析，填补了这一知识空白。

综述框架与方法论

本研究旨在全面概述遥感在玉米生产研究中的应用，重点关注研究趋势、主题结构及全球贡献。数据来源于Web of Science（WoS）和Scopus数据库，采用性能分析和科学图谱相结合的方法，运用Bibliometrix和Biblioshiny软件包进行数据分析。检索策略结合了受控词汇和布尔逻辑，最终纳入分析的文献达5520篇。分析涵盖了年度出版趋势、全球研究分布、合作网络、主题演变以及关键词频率等。

出版趋势分析

分析显示，遥感在玉米生产研究中的学术关注度显著上升，尤其是在2000年中期之后。出版量从1925年的单篇文献，增长到2024年的488篇，并在2001年后呈现加速增长态势。2016年之后的急剧增长反映了全球对粮食安全、气候智能型农业和地理空间技术日益增长的兴趣。然而，这种增长并非均衡分布。

全球文献分布及其启示

全球研究产出存在显著差异。中国以压倒性优势领先（共4978篇出版物），其次是美国（3059篇）和德国（744篇），凸显了全球北方在该研究领域的主导地位。在全球南方，印度（697篇）、巴西（589篇）和南非（195篇）等国有一定贡献，但总体体量远低于北方国家。撒哈拉以南非洲地区的研究成果严重不足，这暴露了研究能力和资金方面的结构性不平衡。

研究传播来源与机构贡献

《Remote Sensing of Environment》是该领域最重要的期刊，发表了362篇相关文章。其他重要期刊包括《International Journal of Remote Sensing》和《International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation》。机构贡献方面，中国农业大学（200篇）、中国科学院大学（173篇）和北京师范大学（169篇）等中国机构占据主导地位。美国的内布拉斯加大学（150篇）和斯坦福大学（114篇）也是重要贡献者。巴西的圣保罗大学（62篇）是榜单中除中国外唯一来自全球南方的机构。

关键词与主题演化分析

关键词频率分析揭示了核心研究主题。“玉米”、“遥感”、“植被”和“产量”等术语出现频率最高。方法类术语如“模型”、“植被指数”、“叶面积指数”（LAI）和“反射率”表明了对定量方法和光谱分析技术的重视。主题演化分析显示，研究重点从早期的“卷积神经网络”、“支持向量机”等机器学习技术，逐渐转向结合“地理信息系统”（GIS）、“随机森林”和“无人机”（UAV）等技术的集成应用。这表明该领域正朝着多源数据融合和先进分析方法的方向发展。

国家间合作网络

国际合作分析进一步揭示了地域差异。中国（SCP 1012, MCP 257）和美国（SCP 642, MCP 159）是合作最活跃的国家。德国、意大利等欧洲国家也表现出较强的国际合作性。相比之下，印度（SCP 182, MCP 29）和巴西（SCP 135, MCP 36）等全球南方国家虽有一定国内研究基础，但国际合作相对有限。撒哈拉以南非洲国家未进入合作度前20名。

区域实施能力与挑战

尽管遥感技术在玉米生产监测中的应用潜力巨大，但其在撒哈拉以南非洲地区的应用仍面临诸多挑战。

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  *基础设施与技术限制：不稳定的互联网接入、有限的高性能计算资源以及获取高分辨率卫星影像的成本，限制了该地区研究人员使用先进工具（如Google Earth Engine云平台、深度学习模型）的能力，导致其研究成果难以达到国际高水平期刊的方法学标准。
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  *研究经费与出版壁垒：资金短缺、高昂的论文处理费（APCs）以及繁重的教学任务，制约了当地研究人员的研究产出和在国际期刊上的可见度。大量有价值的本地知识往往存在于内部报告或灰色文献中，未能进入主流学术数据库。
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  *区域努力与合作：尽管面临挑战，南部非洲发展共同体（SADC）、南非国家航天局（SANSA）、非洲水资源管理网络（WaterNet）等区域组织和机构已在利用遥感数据进行玉米作物监测和干旱预警方面做出了努力。一些大学也开始将遥感纳入课程和研究。此外，如伊拉斯谟世界联合硕士（EMJMD）和非洲内部学术流动计划等人才交流项目，为能力建设提供了机会。北美与南部非洲机构之间的合作（如比勒陀利亚大学与瓦赫宁根大学、SASSCAL与德国航空航天中心DLR的合作）也展示了知识传递的潜力。

研究发现的意义与未来方向

本研究首次提供了长达一个世纪的、针对玉米生产的遥感应用文献计量综述，揭示了明显的全球研究不平衡。未来研究应着力于缩小南北差距，具体方向包括：

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  *弥补研究空白：加强对撒哈拉以南非洲地区的关注，将本地产生的知识有效纳入国际学术视野。解决基础设施和数字鸿沟问题，促进资源公平获取。
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  *推动公平合作：鼓励真正的南北合作与南南合作，注重能力共建、数据主权和成果共享，避免依赖性或掠夺性模式。
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  *深化技术应用：进一步探索遥感与气候数据、作物模型、机器学习（ML）/深度学习（DL）的深度融合，利用Sentinel-2、Landsat等开放数据以及无人机技术，提升对作物胁迫、土壤水分和产量的监测预警能力。
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  *政策与投资支持：增加对全球南方地区研究基础设施、资金支持和出版能力的投资，将有助于生成更公平的知识，并增强全球应对粮食不安全和气候变化的能力。

结论

本综述表明，遥感在玉米生产监测中的应用研究正处于快速发展且方法日益成熟的阶段。然而，地理上的不平等现象十分突出。要充分发挥遥感技术在支持全球粮食安全、特别是撒哈拉以南非洲地区可持续玉米生产方面的潜力，必须通过有针对性的投资、能力建设和公平的国际合作，系统性解决当前存在的技术和结构性障碍。这将有助于确保技术红利能够更均衡地惠及所有地区。