遙感技術(shù)在農(nóng)作物病蟲害預(yù)警中應(yīng)用

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摘要：遙感技術(shù)可以從高空中監(jiān)測農(nóng)作物的生長狀態(tài)，對農(nóng)作物出現(xiàn)的病蟲害進(jìn)行預(yù)警，及時處理病蟲害問題，減輕農(nóng)作物病蟲害所帶來的損失，推動農(nóng)業(yè)發(fā)展。目前，該技術(shù)已經(jīng)在農(nóng)作物種植方面發(fā)揮了重要作用。筆者分析了遙感預(yù)警監(jiān)測的原理，總結(jié)了農(nóng)作物病蟲害遙感預(yù)警監(jiān)測的現(xiàn)狀，從構(gòu)建綜合防治信息平臺、應(yīng)用多源遙感信息數(shù)據(jù)等方面提出了農(nóng)作物病蟲害遙感預(yù)警監(jiān)測措施，分析了遙感預(yù)警監(jiān)測的具體應(yīng)用方法。研究結(jié)果表明：遙感技術(shù)可加強(qiáng)對農(nóng)作物病蟲害的防治，提高監(jiān)測效率，保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：遙感技術(shù)；農(nóng)作物病蟲害；預(yù)警監(jiān)測

1遙感預(yù)警監(jiān)測原理

遙感技術(shù)能夠?qū)鞲衅鞔钶d在不同平臺上，例如氣球、飛機(jī)等，這些傳感器具有照相、掃描等功能，能夠接收電磁波，全面監(jiān)測農(nóng)作物的長勢和發(fā)展?fàn)顟B(tài)，對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面檢查，判別農(nóng)作物受到的病蟲害種類[1]。病害、蟲害會破壞農(nóng)作物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、生長狀態(tài)，影響農(nóng)作物葉綠素的產(chǎn)生，使農(nóng)作物的外觀形態(tài)發(fā)生變化，造成反射光譜發(fā)生改變。遙感技術(shù)可以對農(nóng)作物進(jìn)行攝影和掃描記錄，這時技術(shù)人員就可以對不同區(qū)域農(nóng)作物的生長狀態(tài)進(jìn)行判斷，掌握病蟲害的種類。在遙感技術(shù)的使用中，光譜特征是監(jiān)測物質(zhì)形狀的重要依據(jù)，有些病蟲害會導(dǎo)致農(nóng)作物的葉片脫落，或者使葉片發(fā)生卷曲、縮小，這些也會造成光譜曲線的變化，技術(shù)人員只需對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，就能了解農(nóng)作物病蟲害的嚴(yán)重程度，掌握病蟲害對農(nóng)作物造成的影響。在農(nóng)作物生長過程中，昆蟲雷達(dá)可以對昆蟲進(jìn)行監(jiān)測，研究昆蟲的行為活動，包括昆蟲遷飛、擴(kuò)散速度、蔓延方向等[2]。除此之外，遙感技術(shù)還能全方位監(jiān)測農(nóng)作物生長過程中的自然條件變化，有針對性地監(jiān)測主要的環(huán)境因素，包括大氣溫度、降水情況、寄主植物的分布狀況等，綜合判斷病蟲害發(fā)生的可能性，增強(qiáng)監(jiān)測效果。

2國內(nèi)外農(nóng)作物病蟲害遙感監(jiān)測的進(jìn)展

2.1國內(nèi)農(nóng)作物病蟲害遙感監(jiān)測的進(jìn)展

我國關(guān)于農(nóng)作物病蟲害遙感監(jiān)測技術(shù)的研究起步較晚，絕大部分的研究內(nèi)容都集中在水稻和小麥這兩種農(nóng)作物的病害監(jiān)測方面。蔡成靜等[3]對小麥病蟲害進(jìn)行研究，對比小麥植株的不同狀態(tài)，將健康植株、病蟲害潛伏期植株、發(fā)病植株進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)了不同植株在光譜反射率方面存在較大差別。除此之外，一些學(xué)者在農(nóng)作物病蟲害研究中還應(yīng)用到了航空PHI高光譜數(shù)據(jù)，進(jìn)一步加強(qiáng)了對農(nóng)作物病害程度以及病害發(fā)生范圍的研究，有效提高了研究成效。2.2國外農(nóng)作物病蟲害遙感監(jiān)測的進(jìn)展國外關(guān)于遙感技術(shù)對病蟲害監(jiān)測作用的研究較早，并且以農(nóng)作物受病蟲害之后的光譜特征為研究重點(diǎn)，很多科學(xué)家對農(nóng)作物受病蟲害前后的光譜進(jìn)行細(xì)致化對比，致力于依靠光譜分析病蟲害的嚴(yán)重程度，探索光譜變化的規(guī)律。20世紀(jì)初，國外科學(xué)家就意識到遙感技術(shù)能夠應(yīng)用于農(nóng)作物病蟲害的識別，并開展實(shí)踐研究，通過拍攝航空相片的方法監(jiān)測農(nóng)作物的病蟲害。這種方法能夠從高空中全面監(jiān)測農(nóng)作物，工作效率較高。部分科學(xué)家在這一時期采用航空相片探測出了農(nóng)作物的病蟲害類型，有效提高了病蟲害防治效率，減輕了病蟲害對農(nóng)作物生長的影響。1983年，Blazquez對西紅柿、馬鈴薯的病害開展研究；1989年，Lorenzen對大麥白粉病進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)近紅外波段和白粉病的嚴(yán)重程度有直接關(guān)聯(lián)。病蟲害會導(dǎo)致農(nóng)作物近紅外波段出現(xiàn)明顯的光譜特征，能夠?yàn)檠芯咳藛T提供判斷依據(jù)。

3農(nóng)作物病蟲害遙感預(yù)警監(jiān)測現(xiàn)狀

3.1重研究，少應(yīng)用

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，遙感技術(shù)能夠?yàn)樯a(chǎn)人員提供準(zhǔn)確信息，包括農(nóng)作物的營養(yǎng)虧缺、地面生物量等，全面了解農(nóng)作物的長勢，對地面農(nóng)作物進(jìn)行長期監(jiān)測，為農(nóng)作物的生長奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。當(dāng)前已經(jīng)有部分國家開始應(yīng)用先進(jìn)的遙感技術(shù)監(jiān)測病蟲害，及時了解農(nóng)作物病蟲害的主要情況，采取有針對性的措施消滅病蟲害，對病蟲害進(jìn)行防治[4]。我國在病蟲害遙感方面存在重研究、少應(yīng)用的情況，很多先進(jìn)的遙感技術(shù)都沒有真正應(yīng)用于農(nóng)作物病蟲害防治中，只停留在理論研究和實(shí)驗(yàn)層面，遙感技術(shù)難以真正服務(wù)于農(nóng)業(yè)發(fā)展，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作的輔助作用十分有限。

3.2“異譜同物”和“同譜異物”現(xiàn)象

“異譜同物”現(xiàn)象在農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測方面比較常見，同一農(nóng)作物受相同病蟲害的影響，有可能形成截然不同的光譜曲線特征。另外，農(nóng)作物在生長過程中不但會受到病蟲害的影響，還有可能受到土壤環(huán)境、氣候變化、放射性物質(zhì)的影響，這些都會造成光譜曲線的變化，形成“異譜同物”現(xiàn)象?！巴V異物”是指不同的物體在光譜曲線上相同。光譜曲線是技術(shù)人員判別農(nóng)作物受病蟲害影響的重要依據(jù)，當(dāng)農(nóng)作物受到不同病蟲害影響時，可能會產(chǎn)生相同或者相似的光譜曲線，難以區(qū)分開，造成工作人員判斷失誤。無論是“異譜同物”還是“同譜異物”，都會影響遙感技術(shù)監(jiān)測的準(zhǔn)確性，不利于技術(shù)人員對農(nóng)作物病蟲害種類進(jìn)行判斷。針對這一類問題，技術(shù)人員可以采用多元遙感數(shù)據(jù)，進(jìn)一步加強(qiáng)對農(nóng)作物病蟲害的研究，提高遙感監(jiān)測的準(zhǔn)確性[5]。

3.3病情指標(biāo)監(jiān)測預(yù)報(bào)模型缺乏適應(yīng)性

雖然遙感影像能夠?qū)崟r記錄農(nóng)作物在不同階段的生長情況，幫助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者分析農(nóng)作物長勢，判斷病蟲害類型，但是病情指標(biāo)監(jiān)測預(yù)報(bào)模型與農(nóng)作物病蟲害防治工作缺乏適應(yīng)性。一般情況下，農(nóng)作物從產(chǎn)生病蟲害到展現(xiàn)嚴(yán)重的外觀變化，會經(jīng)歷一個周期，很多病蟲害還會經(jīng)歷潛伏期，等到農(nóng)作物出現(xiàn)了葉片脫落、顏色變化之后，癥狀已經(jīng)十分嚴(yán)重，難以進(jìn)行補(bǔ)救。只有盡早發(fā)現(xiàn)農(nóng)作物出現(xiàn)的問題，全面優(yōu)化農(nóng)作物病情指標(biāo)監(jiān)測預(yù)報(bào)模型，增強(qiáng)病情指標(biāo)監(jiān)測預(yù)報(bào)模型的適應(yīng)性，才能對農(nóng)作物出現(xiàn)的病蟲害及時進(jìn)行處理。

4農(nóng)作物病蟲害遙感預(yù)警監(jiān)測措施

4.1構(gòu)建農(nóng)作物病蟲害綜合防治信息平臺

針對農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測而言，遙感技術(shù)、GIS技術(shù)和GPS定位技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)綜合利用，充分發(fā)揮信息技術(shù)的作用，實(shí)現(xiàn)對農(nóng)作物的全方位監(jiān)測、動態(tài)監(jiān)測。針對農(nóng)作物病蟲害防治問題，有關(guān)部門可以構(gòu)建農(nóng)作物病蟲害綜合防治信息平臺，將3S技術(shù)與病蟲害監(jiān)測技術(shù)、組件化技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)融合起來，充分發(fā)揮信息平臺的作用，全面加強(qiáng)監(jiān)測效果，發(fā)揮信息技術(shù)在農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測方面的價值。在綜合防治信息平臺中，技術(shù)人員可以組建植保專家知識庫，與農(nóng)業(yè)植保部門合作，進(jìn)一步加強(qiáng)對病蟲害綜合防治信息平臺的管理[6]。

4.2有效應(yīng)用多源遙感信息數(shù)據(jù)

針對農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測工作，遙感數(shù)據(jù)的獲取需要實(shí)現(xiàn)多平臺、多角度、多傳感器，這樣才能對農(nóng)作物病蟲害進(jìn)行全面監(jiān)測，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的全面性。遙感數(shù)據(jù)需要采用高時相分辨率，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的真實(shí)性，提高數(shù)據(jù)的可用性，實(shí)現(xiàn)高空間、高光譜，讓農(nóng)作物病蟲害的監(jiān)測更加精確，提高遙感數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。除此之外，技術(shù)人員還可以針對農(nóng)作物開展地面調(diào)查，將地面調(diào)查數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)綜合起來，加強(qiáng)對遙感數(shù)據(jù)的對比和分析，避免出現(xiàn)“異譜同物”和“同譜異物”現(xiàn)象，增強(qiáng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的詳細(xì)性[7]。

4.3優(yōu)化農(nóng)作物病蟲害遙感監(jiān)測預(yù)報(bào)模型

當(dāng)前遙感技術(shù)已經(jīng)得到快速發(fā)展，監(jiān)測效果日趨完善，很多先進(jìn)的遙感技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中，農(nóng)業(yè)科研人員不但能夠應(yīng)用遙感技術(shù)全方位判斷農(nóng)作物的生長狀態(tài)、病蟲害嚴(yán)重程度，還能對一定區(qū)域內(nèi)的農(nóng)作物進(jìn)行估產(chǎn)，促進(jìn)農(nóng)作物增產(chǎn)增收，提高監(jiān)測效率，加強(qiáng)對農(nóng)作物的精細(xì)化管理。由于農(nóng)作物病蟲害的發(fā)生過程復(fù)雜，作物會在病蟲害的影響下發(fā)生內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，并且還會受到環(huán)境因素的影響，所以病蟲害的遙感監(jiān)測手段還不夠成熟，具體的應(yīng)用策略還在不斷摸索中。針對這種情況，遙感技術(shù)需要實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新化應(yīng)用，全面增強(qiáng)病蟲害監(jiān)測的有效性，改進(jìn)監(jiān)測預(yù)報(bào)模型。監(jiān)測預(yù)報(bào)模型需要對農(nóng)作物出現(xiàn)的病蟲害進(jìn)行預(yù)警，融合當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境因素、農(nóng)作物品種，豐富病蟲害波譜特征數(shù)據(jù)庫，讓監(jiān)測預(yù)報(bào)模型更好地發(fā)揮作用[8]。

5遙感預(yù)警監(jiān)測的具體應(yīng)用分析

5.1針對昆蟲的遙感技術(shù)應(yīng)用

昆蟲是病蟲害監(jiān)測的重要對象，在農(nóng)作物生產(chǎn)實(shí)踐中，對害蟲的監(jiān)測主要依靠雷達(dá)技術(shù)來開展，該技術(shù)可以通過電磁波對目標(biāo)進(jìn)行探測，如果電磁波在傳播中遇到昆蟲，就會反射回來，最終確定出昆蟲位置。雷達(dá)探測技術(shù)不會干擾到生物體的行為，能夠應(yīng)用于農(nóng)作物害蟲監(jiān)測中，使技術(shù)人員監(jiān)測到昆蟲的生物行為，加強(qiáng)對農(nóng)作物病蟲害的預(yù)警。脈沖雷達(dá)是應(yīng)用于農(nóng)作物監(jiān)測方面的雷達(dá)，在農(nóng)作物昆蟲的監(jiān)測中，脈沖雷達(dá)又可以細(xì)分為掃描雷達(dá)、機(jī)載雷達(dá)、諧波雷達(dá)、跟蹤雷達(dá)等，這些雷達(dá)技術(shù)可以加強(qiáng)農(nóng)作物的害蟲監(jiān)測和管理，全面監(jiān)測害蟲的遷飛，包括多種害蟲種類，例如草地螟、蚜蟲、棉鈴蟲等。當(dāng)農(nóng)作物發(fā)生病蟲害時，昆蟲的數(shù)量通常會比較龐大，所以昆蟲雷達(dá)技術(shù)在使用的過程中必然會涉及大量的回波信號，在初期階段，這些回波信號都需要技術(shù)人員進(jìn)行記錄和人工分析，需要對雷達(dá)屏幕進(jìn)行照相，處理方法比較落后，數(shù)據(jù)結(jié)論不夠精確，人工分析的工作效率有限?，F(xiàn)在昆蟲雷達(dá)數(shù)據(jù)已經(jīng)有了采集分析系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以進(jìn)行自動化的圖像處理，對參數(shù)進(jìn)行自動識別，經(jīng)過計(jì)算就可以判斷昆蟲的具體方位、距離、密度等信息，掌握昆蟲的遷飛活動數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對害蟲遷飛的長期觀測，增強(qiáng)對遷飛昆蟲活動的監(jiān)測實(shí)效，進(jìn)一步加強(qiáng)害蟲監(jiān)測的準(zhǔn)確性[9]。

5.2針對病蟲害產(chǎn)生危害的遙感技術(shù)應(yīng)用

在病蟲害的影響下，農(nóng)作物會產(chǎn)生為害狀，在外觀上發(fā)生改變。例如，麥蚜?xí)侈r(nóng)作物葉片汁液，造成農(nóng)作物的葉片出現(xiàn)一些黃褐色的斑點(diǎn)，甚至是發(fā)生葉黃化現(xiàn)象。還有一些病蟲害會導(dǎo)致農(nóng)作物葉片表面形成霉層。在遙感技術(shù)的應(yīng)用中，農(nóng)作物的為害狀會直接體現(xiàn)在波譜特征上，技術(shù)人員通過分析波譜特征，就可以掌握害蟲對農(nóng)作物的影響，全面了解農(nóng)作物的危害情況。農(nóng)作物在生長過程中會受到自然環(huán)境的影響，很多環(huán)境因素也會造成農(nóng)作物出現(xiàn)危害特征，因此，技術(shù)人員需要開展地面調(diào)查，將害蟲造成的危害特征和其他因素產(chǎn)生的危害特征區(qū)分開，把遙感數(shù)據(jù)和地面調(diào)查數(shù)據(jù)綜合起來，加強(qiáng)對農(nóng)作物病蟲害的分析。對病蟲害產(chǎn)生危害的監(jiān)測是遙感監(jiān)測的重要應(yīng)用途徑，病蟲害的嚴(yán)重程度會直接影響到農(nóng)作物危害特征的嚴(yán)重程度，技術(shù)人員可以通過遙感技術(shù)，科學(xué)判定農(nóng)作物受病蟲害的危害癥狀，從而判斷出重災(zāi)區(qū)、中災(zāi)區(qū)、輕災(zāi)區(qū)以及健康區(qū)，對病蟲害進(jìn)行早期探測[10]。

5.3針對病蟲害發(fā)生條件的遙感技術(shù)應(yīng)用

在農(nóng)作物生產(chǎn)和發(fā)展的過程中，技術(shù)人員還需要針對病蟲害發(fā)生的條件進(jìn)行遙感監(jiān)測，針對不同的農(nóng)作物種植區(qū)域進(jìn)行精準(zhǔn)探測，提前判斷出可能發(fā)生病蟲害的區(qū)域，做到盡早預(yù)防，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)性，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量。農(nóng)作物發(fā)生病蟲害是有規(guī)律可循的，與當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境、農(nóng)作物品種、降水量、溫度等有著直接關(guān)系，如果外在環(huán)境達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，很多病蟲害就會產(chǎn)生。遙感技術(shù)可以通過全方位監(jiān)測，找出農(nóng)作物病蟲害產(chǎn)生的特定環(huán)境，發(fā)現(xiàn)病蟲害出現(xiàn)的規(guī)律，檢測病蟲害的特征，對發(fā)生條件進(jìn)行監(jiān)測。通過對病蟲害發(fā)生條件進(jìn)行遙感監(jiān)測，技術(shù)人員能夠提前判斷，提前預(yù)防，防患于未然。例如，在我國的青海湖地區(qū)，草地蝗蟲是一種常見的病蟲害，科學(xué)技術(shù)研究人員通過運(yùn)用遙感技術(shù)、GIS技術(shù)、GPS技術(shù)，對青海湖地區(qū)進(jìn)行全方位監(jiān)測，判斷出了草地蝗蟲多發(fā)地區(qū)在自然環(huán)境方面的特征，建立了遙感監(jiān)測系統(tǒng)、草地蝗蟲病害預(yù)警系統(tǒng)，有效減少了病蟲害。在未來農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展過程中，對病蟲害發(fā)生條件的監(jiān)測必然能夠獲得廣泛應(yīng)用，農(nóng)作物病蟲害能夠得到有效防治，也將有助于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)走向數(shù)字化和信息化。

6結(jié)束語

我國是農(nóng)業(yè)大國，病蟲害是農(nóng)作物生產(chǎn)的巨大阻力，會給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來十分嚴(yán)重的損失，必須要加強(qiáng)對農(nóng)作物病蟲害的防治，提高監(jiān)測效率，保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。遙感技術(shù)能夠?yàn)檗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)者提供科學(xué)有效的數(shù)據(jù)支持，輔助工作人員制定科學(xué)合理的病蟲害防治計(jì)劃，減少病蟲害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響。當(dāng)前我國需要進(jìn)一步構(gòu)建農(nóng)作物病蟲害綜合防治信息平臺，優(yōu)化監(jiān)測預(yù)報(bào)模型，提高農(nóng)作物病蟲害預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用價值。在未來的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展中，有關(guān)部門需要開發(fā)出更加先進(jìn)的軟硬件，培養(yǎng)專業(yè)化的遙感技術(shù)人才，充分發(fā)揮遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)病蟲害監(jiān)測中的應(yīng)用價值，推動農(nóng)業(yè)發(fā)展走向數(shù)字化和現(xiàn)代化，提高農(nóng)業(yè)的防災(zāi)和減災(zāi)能力。

作者:何芳 單位:湖南財(cái)經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院