2013-2018年中國(guó)主要作物田雜草發(fā)生危害數(shù)據(jù)集

張翔鶴，滿芮,3，王曉麗,3，樊景超,3＊，黃紅娟，魏守輝＊

1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所，北京 100081

2.國(guó)家農(nóng)業(yè)科學(xué)數(shù)據(jù)中心，北京 100081

3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081

4.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，北京 100193

數(shù)據(jù)庫(kù)（集）基本信息簡(jiǎn)介

2013-2018年中國(guó)主要作物田雜草發(fā)生危害數(shù)據(jù)集images/BZ_196_709_1718_1122_1803.pngimages/BZ_196_709_1802_1122_1883.png魏守輝images/BZ_196_709_1883_1122_1963.png樊景超（fanjingchao@caas.cn）；魏守輝（weishouhui@caas.cn）2013-2018年images/BZ_196_709_1963_1122_2044.pngimages/BZ_196_709_2043_1122_2280.png地理范圍為28.4824°N-45.8273°N，111.4499°E-127.0559°E，其中包括中國(guó)安徽省、河南省、湖北省、吉林省、江蘇省、山東省和浙江省。地理區(qū)域范圍涉及的國(guó)家有中國(guó)。images/BZ_196_709_2279_1122_2360.png1.62 GBimages/BZ_196_709_2360_1122_2440.png*.xls,*.jpgimages/BZ_196_709_2440_1122_2520.pnghttp://dx.doi.org/10.12205/asda.j00003.00005images/BZ_196_709_2520_1122_2679.png中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程（2020CX017）；科技部科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)（2013FY113200）。數(shù)據(jù)庫(kù)（集）組成數(shù)據(jù)集主要包含作物田雜草發(fā)生危害的文本屬性數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)，其中：(1)3392個(gè)作物田雜草文本數(shù)據(jù)，涵蓋281個(gè)雜草種類，約1.7 MB；(2)3392張作物田雜草資源圖像，數(shù)據(jù)量約1.62 GB。

引 言

作物田雜草是威脅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要生物災(zāi)害之一，兼具野生植物特點(diǎn)和栽培作物習(xí)性，通常對(duì)環(huán)境的適應(yīng)和抗逆性均很強(qiáng)[1]，與作物激烈競(jìng)爭(zhēng)光照、水分、養(yǎng)分和生長(zhǎng)空間等資源[2]。目前，我國(guó)農(nóng)田雜草有1454種，其中難治惡性雜草有130種，通常造成作物減產(chǎn)10%-20%，嚴(yán)重時(shí)可減產(chǎn)50%以上甚至顆粒無(wú)收[3]。我國(guó)雜草發(fā)生危害面積年均超過(guò)14億畝次，在每年投入235億元草害防治費(fèi)用的情況下，雜草仍會(huì)導(dǎo)致糧食減產(chǎn)達(dá)5000萬(wàn)噸，每年直接經(jīng)濟(jì)損失近千億元[4]。保障我國(guó)糧食安全和生態(tài)安全，發(fā)展綠色高質(zhì)量農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)，已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要戰(zhàn)略目標(biāo)之一。

闡明作物田雜草發(fā)生分布和危害狀況，對(duì)草害的監(jiān)測(cè)預(yù)警和精準(zhǔn)防控具有重要意義。當(dāng)前，我國(guó)作物田雜草信息數(shù)據(jù)的研究，主要集中于圖像數(shù)據(jù)，通過(guò)遙感等前沿采集技術(shù)，對(duì)田間雜草進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和識(shí)別等，而缺乏對(duì)雜草實(shí)際發(fā)生危害的數(shù)量調(diào)查。張茹飛[5]等人通過(guò)低空遙感技術(shù)，測(cè)得相關(guān)數(shù)據(jù)后，創(chuàng)新建立了一套雜草識(shí)別和定位方法研究模型。李穎[6]等人收集田間雜草的地面成像光譜數(shù)據(jù)，提出了一種綜合面向?qū)ο笈c高光譜特征匹配的雜草識(shí)別方法。王生生[7]等人改進(jìn)傳統(tǒng)和積網(wǎng)絡(luò)為輕量和積網(wǎng)絡(luò)，基于無(wú)人機(jī)遙感圖像，對(duì)大豆田雜草識(shí)別方法開(kāi)展研究。此外，對(duì)于有記載的可信度高的同類調(diào)查數(shù)據(jù)集，高海峰[8]等人以喀什地區(qū)澤普縣為主，對(duì)喀什、和田等地的雜草種類進(jìn)行了調(diào)查，形成2018-2020年南疆果麥間作麥田雜草種類調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)，體現(xiàn)了不同間作模式、不同雜草種類和麥田雜草的多樣性。中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境與植物保護(hù)研究所[9]，對(duì)廣東省果園多種常見(jiàn)雜草生物學(xué)特性進(jìn)行了分析，形成分析調(diào)查數(shù)據(jù)集，含有采樣地點(diǎn)、植物種類、處理方法、環(huán)境控制、光合作用、根系特征、化感作用等數(shù)據(jù)。

本研究主要調(diào)查了玉米、小麥、茶園等農(nóng)作物田雜草發(fā)生數(shù)量與危害程度，采用的調(diào)查方法為倒置“W”九點(diǎn)取樣法[10-11]，其他可用調(diào)查方法還有七級(jí)目測(cè)法[12]和三層三級(jí)目測(cè)法[13]等。調(diào)查遍及安徽、河南、湖北、江蘇、山東、浙江、吉林等省份。通過(guò)對(duì)我國(guó)主要作物田雜草組成、實(shí)際發(fā)生危害情況的實(shí)地調(diào)查，同時(shí)結(jié)合歷年發(fā)生危害的資料調(diào)研，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)研究人員規(guī)范化整理、鑒定和錄入，得到了我國(guó)主要作物田雜草的發(fā)生危害數(shù)據(jù)，填補(bǔ)了當(dāng)前我國(guó)雜草相關(guān)數(shù)據(jù)資源的空白。

本數(shù)據(jù)集共記載了3392條發(fā)生量記錄。每條記錄記載了每個(gè)物種的中文名、學(xué)名、調(diào)查對(duì)象、資源歸類編碼（可選）、調(diào)查省份、調(diào)查地點(diǎn)、經(jīng)度、緯度、海拔、作物種類、作物生育期（可選）、寄主（可選）、圖像、調(diào)查人、調(diào)查時(shí)間、調(diào)查編號(hào)、用藥情況（可選）、發(fā)生密度、發(fā)生頻度、植株高度（可選）、發(fā)生蓋度（可選）、植株鮮重（可選）、發(fā)生優(yōu)勢(shì)度等信息，可以提供給相關(guān)技術(shù)人員使用和分析。

1 數(shù)據(jù)采集和處理方法

本數(shù)據(jù)集是基于中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程（2020CX017）、國(guó)家科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)“主要農(nóng)作物有害生物及其天敵資源調(diào)查”（2013FY113200），對(duì)其完成的主要作物田雜草實(shí)際發(fā)生數(shù)量的調(diào)查內(nèi)容，進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的規(guī)范化整理，結(jié)合歷年文獻(xiàn)數(shù)據(jù)等資料調(diào)研，最終得到的我國(guó)主要作物田雜草發(fā)生危害數(shù)據(jù)。

1.1 數(shù)據(jù)采集

本數(shù)據(jù)集通過(guò)野外實(shí)地調(diào)查，記載我國(guó)主要作物田草害組成、發(fā)生危害情況，同時(shí)與歷年發(fā)生危害的資料調(diào)研相結(jié)合。其中經(jīng)緯度、海拔等地理數(shù)據(jù)是根據(jù)Garmin系列手持GPS接收信息填寫(xiě)，照片通過(guò)Canon相機(jī)、Leica顯微鏡相機(jī)以及Huawei、iPhone各型號(hào)手機(jī)等拍攝。株高、鮮重等數(shù)據(jù)為米尺、卷尺、電子秤或彈簧秤等科學(xué)儀器觀測(cè)產(chǎn)生，蓋度、頻度等為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查值，由實(shí)驗(yàn)操作人員仔細(xì)記錄?，F(xiàn)場(chǎng)記錄表格如表1所示。最初獲得發(fā)生危害有關(guān)的原始數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)加工篩選，剔除不完整有缺失的數(shù)據(jù)后，或與其他有記載的同類型可信度高的調(diào)查數(shù)據(jù)比較后，逐一整理匯交。數(shù)據(jù)采集時(shí)間為2013年7月至2018年4月。

表1 主要作物田雜草調(diào)查表

1.2 雜草群落調(diào)查方法

本數(shù)據(jù)集采用倒置“W”9點(diǎn)取樣法進(jìn)行取樣，每塊樣方面積不小于0.25 m2（50 cm×50 cm），用GPS測(cè)量樣地的經(jīng)度、緯度、海拔，記錄樣地的地理信息、土壤類型、種植制度及除草劑應(yīng)用歷史，記載雜草的發(fā)生種類、密度、危害作物（具體品種、生長(zhǎng)狀況）、雜草覆蓋度（百分比）、株高或鮮重等。如地塊面積為240×280步，在田間調(diào)查時(shí)，可沿地邊向前走70步，向右轉(zhuǎn)后向地里走24步，開(kāi)始倒置“W”9點(diǎn)的第一點(diǎn)取樣，第1點(diǎn)調(diào)查結(jié)束后，向縱深前方走70步，再向右轉(zhuǎn)后向地里走24步，開(kāi)始第2點(diǎn)取樣，用同樣的方法（如圖1所示）完成9點(diǎn)取樣。

圖1 倒置“W”9點(diǎn)取樣示意圖

1.3 數(shù)據(jù)數(shù)字化加工

作物田雜草發(fā)生危害數(shù)據(jù)集的主體部分是文本信息，形式為表格文件。每一條數(shù)據(jù)都是以真實(shí)的野外調(diào)查情況為數(shù)據(jù)來(lái)源，經(jīng)由實(shí)驗(yàn)操作人員認(rèn)真仔細(xì)記錄，比對(duì)處理后，整合成完整的數(shù)據(jù)集。各指標(biāo)的單位確定和計(jì)算公式均嚴(yán)格遵循《農(nóng)田雜草調(diào)查技術(shù)規(guī)范》[14]。

作物田雜草發(fā)生危害數(shù)據(jù)集的整理加工步驟為：第一步，實(shí)驗(yàn)操作人員參考《中國(guó)雜草志》[15]或《中國(guó)植物志》[16]，熟悉常見(jiàn)的作物田雜草種類；第二步，根據(jù)《農(nóng)田雜草調(diào)查技術(shù)規(guī)范》[14]，實(shí)驗(yàn)操作人員進(jìn)行野外實(shí)地調(diào)查，并仔細(xì)記錄在Excel文件中；第三步，研究人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化整理，鑒定、加工、篩選不合理數(shù)據(jù)；第四步，研究人員對(duì)同一數(shù)據(jù)項(xiàng)不同調(diào)查單位不同儀器進(jìn)行對(duì)比測(cè)量，或與其他有記載的同類型可信度高的調(diào)查數(shù)據(jù)比較后，逐一整理匯交；第五步，研究人員把經(jīng)過(guò)加工整理過(guò)的數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)匯交系統(tǒng)，開(kāi)放共享。

在雜草發(fā)生危害數(shù)據(jù)的采集過(guò)程中，研究人員逐條對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行審核后，提交的數(shù)字化數(shù)據(jù)經(jīng)由專業(yè)領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行審核，形成Excel表格文件，實(shí)體儲(chǔ)存介質(zhì)為硬盤(pán)，作為原始文件進(jìn)行歸檔保存。此外，本數(shù)據(jù)集通過(guò)國(guó)家農(nóng)業(yè)科學(xué)數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)匯交系統(tǒng)，提交到共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享。

2 數(shù)據(jù)樣本描述

作物田雜草發(fā)生危害數(shù)據(jù)集涵蓋281種雜草資源，調(diào)查遍及安徽、河南、湖北、江蘇、山東、浙江、吉林7個(gè)省份，共3392條記錄，形成一個(gè)Excel表格文件。其中，數(shù)據(jù)集中描述規(guī)范的字段數(shù)量分別為：安徽省小麥作物田雜草記錄383條，河南省玉米作物田雜草記錄904條，湖北省小麥作物田雜草記錄275條，江蘇省小麥作物田雜草記錄237條，山東省小麥作物田雜草記錄220條，浙江省茶葉田雜草記錄818條，吉林省玉米作物田雜草記錄555條。

2.1 文件說(shuō)明

本數(shù)據(jù)集記載的文本屬性數(shù)據(jù)，共有3392條發(fā)生量記錄。數(shù)據(jù)要素項(xiàng)包括：發(fā)生ID、中文名、學(xué)名、調(diào)查對(duì)象、資源歸類編碼（可選）、調(diào)查省份、調(diào)查地點(diǎn)、經(jīng)度、緯度、海拔、作物種類、作物生育期（可選）、寄主（可選）、圖像、調(diào)查人、調(diào)查時(shí)間、調(diào)查編號(hào)、用藥情況（可選）、發(fā)生密度、發(fā)生頻度、植株高度（可選）、發(fā)生蓋度（可選）、發(fā)生優(yōu)勢(shì)度、調(diào)查單位、共享方式、獲取途徑（可選）、聯(lián)系人、單位、地址、郵編、電話、E-mail。內(nèi)容說(shuō)明如表2所示，可以提供給相關(guān)技術(shù)人員分析使用。數(shù)據(jù)集內(nèi)容表征的時(shí)間頻度，為雜草的年發(fā)生數(shù)量；內(nèi)容表征的空間粒度，分省、分縣、分村、農(nóng)場(chǎng)、團(tuán)場(chǎng)等。

表2 數(shù)據(jù)要素項(xiàng)內(nèi)容說(shuō)明

要素項(xiàng)（字段） 字段度量單位 字段代碼說(shuō)明發(fā)生蓋度（可選） % 雜草蓋度植株鮮重（可選） g 雜草地上部植株的總鮮重發(fā)生優(yōu)勢(shì)度 % 發(fā)生優(yōu)勢(shì)度調(diào)查單位 / 調(diào)查人所在單位共享方式 / 完全開(kāi)放共享獲取途徑(可選) / 郵寄聯(lián)系人 / 聯(lián)系人單位 / 聯(lián)系人所在單位地址 / 聯(lián)系人所在單位地址郵編 / 聯(lián)系人所在單位郵編電話 / 聯(lián)系人所在單位電話E-mail / 聯(lián)系人郵箱

其中，調(diào)查編號(hào)的命名規(guī)則為：省份首字母+城市首字母+作物種類編號(hào)+雜草種類編號(hào)，小麥編號(hào)為X，玉米編號(hào)為Y，茶編號(hào)為C；例如，山東省臨沂市蘭陵縣二廟鄉(xiāng)小麥田采集的第3個(gè)樣方的雜草，調(diào)查編號(hào)為：SLX3。發(fā)生密度為單位面積內(nèi)某種雜草的株數(shù)或分蘗數(shù)。發(fā)生頻度為某種雜草出現(xiàn)的樣方數(shù)占調(diào)查總樣方數(shù)的百分比。植株鮮重為單位面積內(nèi)某種雜草地上部植株的總鮮重。發(fā)生優(yōu)勢(shì)度為某種雜草在雜草群落中所占的比重，即該種雜草的相對(duì)頻度、相對(duì)鮮重、相對(duì)密度之和的平均值。相對(duì)頻度=（某種雜草的頻度/各種雜草的頻度和）×100%。相對(duì)鮮重=（某種雜草的平均鮮重/各種雜草的鮮重和）×100%。相對(duì)密度=（某種雜草的平均密度/各種雜草的密度和）×100%。所有指標(biāo)的計(jì)算方式均嚴(yán)格遵循《農(nóng)田雜草調(diào)查技術(shù)規(guī)范》[14]。

2.2 數(shù)據(jù)資源實(shí)體共享

本數(shù)據(jù)集的共享方式為完全開(kāi)放共享，相關(guān)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)和下載服務(wù)交由數(shù)據(jù)匯交管理機(jī)構(gòu)（國(guó)家農(nóng)業(yè)科學(xué)數(shù)據(jù)中心）提供。

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和評(píng)估

3.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

作物田雜草發(fā)生危害數(shù)據(jù)信息的主要來(lái)源有野外監(jiān)測(cè)、考察調(diào)查、實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)等。結(jié)合歷年發(fā)生危害的資料調(diào)研，由專業(yè)人員規(guī)范記錄。數(shù)據(jù)由專業(yè)技術(shù)人員使用工具測(cè)量生產(chǎn)，均保留有原始數(shù)據(jù)，未經(jīng)加工處理，從而保證數(shù)據(jù)的原始可靠性。雜草種類的鑒定和命名主要依據(jù)《中國(guó)雜草志》[14]和《中國(guó)植物志》[15]，調(diào)查前預(yù)先悉知作物田雜草種類，并在野外實(shí)地調(diào)查過(guò)程中，對(duì)一些罕見(jiàn)雜草進(jìn)行識(shí)別確認(rèn)，保證了數(shù)據(jù)資源的準(zhǔn)確性。

3.2 數(shù)據(jù)處理規(guī)范

本研究中，數(shù)據(jù)采集方法嚴(yán)格按照《農(nóng)田雜草調(diào)查技術(shù)規(guī)范》[16]進(jìn)行，嚴(yán)格遵守該規(guī)范所規(guī)定的農(nóng)田雜草調(diào)查的內(nèi)容、取樣方式、數(shù)據(jù)處理以及分析方法。該規(guī)范由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所制定，經(jīng)由國(guó)家農(nóng)業(yè)科學(xué)數(shù)據(jù)中心整理發(fā)布。該規(guī)范是在分析相關(guān)已有調(diào)查方法的基礎(chǔ)上研究制定的，具有科學(xué)性和歷史邏輯性，適用于調(diào)查主要作物田雜草的發(fā)生分布、種群動(dòng)態(tài)和危害水平。

在該規(guī)范下建立的作物田雜草發(fā)生危害數(shù)據(jù)集，能夠?qū)ξ覈?guó)常見(jiàn)作物田雜草的種類以及發(fā)生危害數(shù)量進(jìn)行全面、統(tǒng)一、科學(xué)、完整收集和整合。并且本數(shù)據(jù)集收集記錄的數(shù)據(jù)均為原始數(shù)據(jù)，并未進(jìn)行大量加工處理，只完成了不合理數(shù)據(jù)的剔除，因此能夠反映最真實(shí)的田間調(diào)查結(jié)果。再通過(guò)國(guó)家農(nóng)業(yè)科學(xué)數(shù)據(jù)中心對(duì)其進(jìn)行整理發(fā)布，開(kāi)放共享，合理提高數(shù)據(jù)集的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。

4 數(shù)據(jù)價(jià)值

本數(shù)據(jù)集通過(guò)野外實(shí)地調(diào)查，獲得原始、真實(shí)、反映實(shí)際情況的雜草發(fā)生危害數(shù)據(jù)資源。通過(guò)對(duì)本數(shù)據(jù)集的分析與利用，可以明確我國(guó)主要作物田主產(chǎn)省份的雜草發(fā)生危害狀況，分析其發(fā)展趨勢(shì)，從而提出因地制宜的草害防治對(duì)策[17-18]，并結(jié)合生物生態(tài)或化學(xué)方法進(jìn)行雜草防控[19]。此外，針對(duì)本數(shù)據(jù)集中的圖像數(shù)據(jù)資源，可以對(duì)雜草的圖像識(shí)別進(jìn)行研究，開(kāi)發(fā)雜草識(shí)別模型系統(tǒng)等，為我國(guó)雜草的智能防控提供技術(shù)支撐[20-21]。

致 謝

數(shù)據(jù)調(diào)查人張朝賢、姜翠蘭協(xié)助制定了雜草調(diào)查技術(shù)方案，并且參與了大量田間調(diào)查和數(shù)據(jù)分析工作，為本數(shù)據(jù)集的完成奠定了重要基礎(chǔ)。特此致謝！