近日，中国科学院空天信息创新研究院李强子、杜鑫研究团队发布2019—2024年东北地区10米分辨率玉米单产数据集（Northeast China Maize Yield 10m）。
玉米是我国重要粮食作物，东北地区是我国玉米主产区和商品粮基地。准确、连续地获取玉米单产信息，对于掌握粮食生产态势、评估气象灾害影响、优化农业管理和保障国家粮食安全具有重要意义。
然而，现有作物单产数据多依赖统计尺度汇总或较粗分辨率遥感产品，难以反映田块内部及相邻地块之间的单产差异。传统机器学习估产方法通常需要大量地面实测产量样本，而此类样本采集成本高、时空覆盖有限，制约了高分辨率单产制图在大范围区域的应用。
对此，研究团队构建耦合WOFOST作物生长模型与GRU深度学习模型的玉米单产估算框架。
首先利用WOFOST作物生长模型，综合气象、土壤、品种和农业管理条件，构建玉米单产形成过程农学知识库，为深度学习模型提供覆盖不同生产情景的训练样本。
在此基础上，利用GRU模型挖掘玉米从营养生长到生殖生长阶段的单产形成特征，并实现10米分辨率玉米单产制图。该框架的一个重要特点是模型训练阶段不依赖田间实测单产标签，实测样方仅用于独立精度验证。研究结果表明，该方法在独立样点验证中表现稳定。基于2022—2024年458个田间实测样方，最优模型综合决定系数R²为0.69，均方根误差（RMSE）为1.21 t/ha，相对均方根误差（RRMSE）为13.73%。
基于该框架生成的2019—2024年10米玉米单产分布图，能够捕捉东北地区玉米单产的年际波动与空间异质性。结果显示，高产区主要集中在松嫩平原、辽河平原和三江平原等地势平坦、土壤条件较好、农业气候资源较优的区域；低产区多分布在北部低山丘陵过渡带及西部半干旱区。
该数据集还能够呈现地块尺度的单产差异，为识别田块内部低产斑块、优化灌排管理和开展精准农业提供更细致的数据支撑。在市级尺度，2019—2024年估算结果与统计年鉴数据保持较好一致性，RRMSE介于7.98%—12.92%。
在2023年台风和洪涝影响下，数据产品清晰捕捉到东北地区部分县域的玉米减产异常。黑龙江南部、吉林北部等区域出现显著负异常，与官方记录和已有研究报道的洪涝影响范围具有较好空间一致性，表明该数据集可用于区域农业灾害影响评估。
该成果为东北黑土地保护、农业保险、灾害评估、精准农业管理和粮食安全监测提供了高分辨率数据基础，也为实测样本不足地区开展大范围作物单产估算提供了新的技术思路。
该成果以“NortheastChinaMaizeYield10m: a 10 m resolution maize yield dataset for Northeast China (2019-2024) generated via a mechanistically interpretable, field-label-free framework”为题，发表在Earth System Science Data。
论文链接：https://essd.copernicus.org/articles/18/6065/2026/
数据集链接：https://doi.org/10.5281/zenodo.19547014
WOFOST-GRU框架下的东北地区玉米单产估算技术路线
2019—2024年东北地区10米分辨率玉米单产空间分布
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