淺談農(nóng)業(yè)病蟲害監(jiān)測(cè)預(yù)警信息技術(shù)鏈

吳 靜

（北京中園搏望科技發(fā)展有限公司，北京市 100085）

0 引言

結(jié)合我國(guó)近些年農(nóng)業(yè)發(fā)展的信息化建設(shè)重點(diǎn)來看，落實(shí)農(nóng)業(yè)病蟲害監(jiān)測(cè)成為核心發(fā)展任務(wù)，并且在部分地區(qū)進(jìn)行了基礎(chǔ)試驗(yàn)，取得了較好的效果。以技術(shù)分析法以及理論研究法作為主要方式，結(jié)合信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)病蟲害防治中的實(shí)際應(yīng)用方法以及優(yōu)勢(shì)進(jìn)行探討，確保全面提升我國(guó)農(nóng)業(yè)病蟲害監(jiān)測(cè)有效性，同時(shí)也可以打造智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展體系。

1 農(nóng)業(yè)病蟲害的特點(diǎn)及危害

1.1 病蟲害特點(diǎn)分析

首先，病蟲害具有較強(qiáng)的多樣性特點(diǎn)。由于我國(guó)農(nóng)作物種植的種類較多，不同種類的農(nóng)作物的生產(chǎn)規(guī)律以及病害也有一定的差異性，而大部分的害蟲依托于我國(guó)自然資源物種多樣性，也存在較大的差異性特點(diǎn)，比如從破壞種類上來講，可以分為咀嚼式口器害蟲以及刺吸式口器害蟲，又可以細(xì)化成多種類型分支。不同種類的病害以及蟲害需要采取的防治方法也有一定的差異性，這導(dǎo)致我國(guó)整體的病蟲害防治體系較為復(fù)雜。

其次，擴(kuò)散速度較快。在農(nóng)作物種植的過程中，部分病害可以依托于土壤、水源、昆蟲進(jìn)行大面積傳播。整體的傳播速度較快，在短時(shí)間內(nèi)便可以影響大面積的農(nóng)作物生長(zhǎng)狀態(tài)，且具有一定的不可預(yù)見性，比如部分病害的產(chǎn)生與自然環(huán)境以及光照條件有一定的關(guān)聯(lián)，水分以及光照不足可能導(dǎo)致病蟲害菌的出現(xiàn)，水稻種植以及馬鈴薯種植會(huì)受到較大影響。

最后，防控難度大。傳統(tǒng)的農(nóng)作物病蟲害防治是以農(nóng)藥噴灑為主的，但是大量使用農(nóng)藥不僅會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染，也會(huì)形成抗藥性，對(duì)于治理蟲害的效果不高。而現(xiàn)代化的病蟲害防治方案是以化學(xué)、生物、物理等相結(jié)合的防治方式，打造多元化防控體系，但是從實(shí)際應(yīng)用情況來講，由于成本、技術(shù)、理念等相關(guān)要素的限制，還未進(jìn)行大規(guī)模推廣。

1.2 病蟲害危害分析

首先，病蟲害最直接的危害便是會(huì)影響農(nóng)作物的產(chǎn)量，直接導(dǎo)致農(nóng)作物出現(xiàn)枯萎，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致農(nóng)作物絕產(chǎn)、絕收；其次，將直接影響農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)體系的穩(wěn)步發(fā)展。農(nóng)作物的產(chǎn)量與地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平有一定的關(guān)聯(lián)，尤其是在當(dāng)前的農(nóng)村地區(qū)，種植行業(yè)是農(nóng)民獲取經(jīng)濟(jì)收入的主要來源，而病蟲害的出現(xiàn)導(dǎo)致農(nóng)作物低產(chǎn)，進(jìn)而影響區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，也會(huì)造成局部農(nóng)作物需求緊張，對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品物價(jià)也有一定的影響；再次，影響農(nóng)牧體系的持續(xù)性發(fā)展。部分病蟲害有一定的潛伏性，尤其是依托土壤傳播的病害，若未能進(jìn)行集中防治，在第二年播種的過程中依舊會(huì)復(fù)發(fā)，甚至造成大面積的傳播。這會(huì)直接影響連續(xù)多年的農(nóng)作物產(chǎn)量，而在不合理病蟲害管控的基礎(chǔ)上，使用大量的農(nóng)藥，也會(huì)造成較為嚴(yán)重的土地污染，對(duì)于維持地方生態(tài)環(huán)境也有一定的影響。

2 病蟲害監(jiān)測(cè)預(yù)警體系的主要技術(shù)需求

2.1 數(shù)據(jù)采集需求

在傳統(tǒng)的病蟲害防控體系中，需要投入大量的人力、物力進(jìn)行病蟲害防控，而病蟲害的具體類型以及影響需要進(jìn)行針對(duì)性研究，這樣才可以打造針對(duì)性的防控體系，在這個(gè)過程中，涉及大量數(shù)據(jù)以及文件信息的統(tǒng)計(jì)，尤其是部分個(gè)體較小的昆蟲或者部分癥狀不夠明顯的病害，單純依靠人工進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，很容易存在精準(zhǔn)性不足的問題。因此，在以信息技術(shù)作為主要媒介落實(shí)病蟲害監(jiān)測(cè)預(yù)警體系建設(shè)的過程中，最核心的需求便是落實(shí)智能化的數(shù)據(jù)采集以及分類整理。

2.2 預(yù)測(cè)精準(zhǔn)性需求

由于病蟲害對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生的影響較大，必須及時(shí)進(jìn)行病蟲害發(fā)生情況的監(jiān)測(cè)，其中進(jìn)一步提升預(yù)測(cè)精準(zhǔn)性是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的主要需求，尤其是在病蟲害成因多樣化的環(huán)境下，及時(shí)定位病蟲害數(shù)據(jù)庫(kù)，快速聯(lián)動(dòng)氣象數(shù)據(jù)、農(nóng)作物生長(zhǎng)狀態(tài)系統(tǒng)、模擬數(shù)據(jù)庫(kù)等相關(guān)系統(tǒng)，可以將實(shí)際的農(nóng)作物生長(zhǎng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化成既有案例中的相關(guān)信息，又有通過電子地圖直觀呈現(xiàn)農(nóng)作物的實(shí)際生長(zhǎng)規(guī)律以及病蟲害的發(fā)生程度。這可以將人眼無法觀察的規(guī)律進(jìn)行可視化轉(zhuǎn)型，對(duì)于提升預(yù)測(cè)精準(zhǔn)性有極大的促進(jìn)作用，尤其是針對(duì)當(dāng)前部分農(nóng)村地區(qū)人工的進(jìn)行病蟲害防控管理，不僅會(huì)浪費(fèi)較多的資源，也會(huì)導(dǎo)致防控效果下降，及時(shí)推廣精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)技術(shù)，可以有效提升病蟲害防控效率。

3 農(nóng)業(yè)病蟲害監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)體系分析

依托信息技術(shù)，我國(guó)當(dāng)前能夠應(yīng)用到病蟲害監(jiān)測(cè)中的技術(shù)體系呈現(xiàn)多樣化特點(diǎn)，本著符合我國(guó)基層農(nóng)業(yè)發(fā)展的實(shí)際需求，堅(jiān)持打造人性化、平民化、高效率的監(jiān)測(cè)體系，需要定位應(yīng)用較為廣泛且推廣較為容易的技術(shù)。綜合來講，可以從以下幾項(xiàng)技術(shù)體系的角度進(jìn)行創(chuàng)新。

3.1 3S技術(shù)在病蟲害預(yù)警監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

3S技術(shù)主要以遙感技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)打造的綜合性基礎(chǔ)體系，而從細(xì)節(jié)分化角度來講，又涉及空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息通信技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)等多種高新技術(shù)體系，本身具有一定的學(xué)科交叉性以及高效性特點(diǎn)，能夠有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、共享等相關(guān)服務(wù)。而該項(xiàng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)病蟲害監(jiān)測(cè)預(yù)警中的實(shí)際應(yīng)用可以分化成以下幾個(gè)方面。

3.1.1 GIS技術(shù)應(yīng)用。GIS技術(shù)又稱為地理信息系統(tǒng)，是建立在空間信息定位的基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及硬件技術(shù)來實(shí)現(xiàn)地理信息的采集以及儲(chǔ)存，在當(dāng)前的區(qū)域性病蟲害防控中，已經(jīng)有了一定的應(yīng)用成效，而該項(xiàng)技術(shù)本身成本較低以及效率較高，具備較強(qiáng)的推廣價(jià)值。如在當(dāng)前的農(nóng)作物飛虱種群變化規(guī)律監(jiān)測(cè)中，便有一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

從實(shí)際原理角度來講，該項(xiàng)技術(shù)可以直接定位環(huán)境因子變化情況，通過分析氣象數(shù)據(jù)以及害蟲種類和農(nóng)作物的具體生長(zhǎng)信息，利用多項(xiàng)動(dòng)態(tài)因素對(duì)比的方式，來進(jìn)行病蟲害嚴(yán)重程度以及蔓延趨勢(shì)的預(yù)測(cè)和分析。而從實(shí)際應(yīng)用的角度來講，利用GIS打造的預(yù)警體系主要分為四個(gè)不同的模塊，即表示層、應(yīng)用層、web服務(wù)層和數(shù)據(jù)層，而打造的信息化管理模塊又涵蓋地圖信息模塊、病蟲害信息模塊、專家診斷模塊、病蟲害預(yù)測(cè)模塊、系統(tǒng)管理模塊。這幾個(gè)模塊相互融合，能夠直接為用戶提供不同的服務(wù)體系。比如，當(dāng)前有相關(guān)研究人員綜合PostgreSQL（對(duì)象-關(guān)系型）數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，綜合煙草種植過程中影響較大的赤星病構(gòu)建了預(yù)測(cè)防控體系；也有研究學(xué)者立足于地中海氣候、天氣狀態(tài)以及農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境，總結(jié)了區(qū)域43種病蟲害的實(shí)際損害程度，并且落實(shí)了針對(duì)性的區(qū)域劃分，打造了科學(xué)的生物防治體系。

3.1.2 遙感技術(shù)應(yīng)用。最初的遙感技術(shù)誕生于1960年左右，是以信息技術(shù)為依托，建立在電磁波理論的基礎(chǔ)上打造的成像體系，利用遙感器掃描物體目標(biāo)，通過反射回來的波段進(jìn)行成像。在當(dāng)前農(nóng)業(yè)病蟲害防控中，遙感成像技術(shù)主要的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)是能夠獲取農(nóng)作物的類型，了解農(nóng)作物生長(zhǎng)狀態(tài)，通過遠(yuǎn)程觀測(cè)的方式定位部分病蟲害。比如，在當(dāng)前的小麥白粉病的觀測(cè)中，依托氣象數(shù)據(jù)以及衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確地定位預(yù)測(cè)結(jié)果。

而從遙感技術(shù)的具體分類角度來講，涉及衛(wèi)星、高光譜、航空這三種類型。從具體的病蟲害檢測(cè)和防控原理角度來講，利用遙感能夠及時(shí)地讀取植被的指數(shù)、地表溫度、各階段不同的波段反射率。結(jié)合小麥灌漿期間白粉病的發(fā)生規(guī)律，打造預(yù)測(cè)模型，若檢測(cè)結(jié)果中的部分動(dòng)態(tài)因素與預(yù)測(cè)模型中的前期條件相吻合，那么便表明該地塊可能會(huì)發(fā)生小麥白粉病。這是系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地生成預(yù)警信息，通知相關(guān)工作人員進(jìn)行及時(shí)調(diào)整和應(yīng)對(duì)。又比如，利用無人機(jī)遙感成像技術(shù)，可以通過人工操作以及遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式，及時(shí)分析農(nóng)田狀態(tài)，對(duì)于監(jiān)控大面積病害以及蟲害有一定應(yīng)用價(jià)值。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)作物檢測(cè)中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是建立在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，以信息技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)作為媒介，促使各個(gè)設(shè)備各部門、各人員、各系統(tǒng)之間具備聯(lián)動(dòng)性。依托智能傳感器、移動(dòng)終端、監(jiān)控設(shè)備、數(shù)控系統(tǒng)等相關(guān)工具以及軟件來構(gòu)建互聯(lián)關(guān)系。在當(dāng)前的病蟲害預(yù)測(cè)方面，利用物聯(lián)網(wǎng)控制體系打造智能預(yù)警監(jiān)測(cè)具備可行性。

從具體原理角度來講，在農(nóng)田設(shè)置傳感器能夠有效監(jiān)測(cè)農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境，定位溫度、光照、濕度等相關(guān)動(dòng)態(tài)性因素。采集到的信息會(huì)集中傳輸?shù)街行姆?wù)器，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式了解農(nóng)田的實(shí)際變化情況，若出現(xiàn)了病害以及蟲害，會(huì)通過成像技術(shù)及時(shí)分析病害以及蟲害的類型，聯(lián)動(dòng)相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，快速地進(jìn)行信息調(diào)取，確定病蟲害的發(fā)生規(guī)模以及種類。比如，某學(xué)者在建立物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基礎(chǔ)上，針對(duì)小麥病蟲害診斷體系進(jìn)行了分析，構(gòu)建了如圖1所示的框架。創(chuàng)建了感知、運(yùn)輸和數(shù)據(jù)處理的三層結(jié)構(gòu)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了病蟲害預(yù)警和快速診斷。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)的小麥病蟲害監(jiān)測(cè)框架

3.3 打造聯(lián)動(dòng)性的技術(shù)鏈條

當(dāng)前，信息技術(shù)已具有一定的應(yīng)用效果，但是不能局限于當(dāng)下發(fā)展環(huán)境，還需要綜合實(shí)際情況不斷地進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化，其中落實(shí)好技術(shù)鏈條，構(gòu)建控制全過程管理，能夠有效提升農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測(cè)的力度。從全過程管理體系的角度來講，為了進(jìn)一步打造具有聯(lián)動(dòng)性的技術(shù)鏈條，首先，需要加強(qiáng)對(duì)當(dāng)前新興技術(shù)體系的應(yīng)用力度，比如農(nóng)村區(qū)域的大面積農(nóng)田種植管理，可以針對(duì)成本較低、推廣程度較好的衛(wèi)星遙感以及雷達(dá)遙感技術(shù)進(jìn)行研究，將其作為病蟲害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改造的主要技術(shù)體系，不僅可以實(shí)現(xiàn)災(zāi)情的實(shí)時(shí)監(jiān)控，也可以打造科學(xué)防治管理體系。

其次，建立在農(nóng)業(yè)病蟲害管理的基礎(chǔ)上打造中心平臺(tái)系統(tǒng)。如圖2所示，便是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)。

圖2 病蟲害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)一方面能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)病蟲害種群的全方位檢測(cè)，及時(shí)制定調(diào)整方案以及防治方案，又可以加強(qiáng)對(duì)氣象信息以及農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境的檢測(cè)力度，在沒有病蟲害發(fā)生的情況下，也可以作為田間管理的主要依據(jù)。

3.4 打造科學(xué)綠色的可持續(xù)性農(nóng)田管理體系

以信息技術(shù)為依托構(gòu)建的病蟲害監(jiān)測(cè)防控體系，主要目的是提升病蟲害的監(jiān)測(cè)防控力度，并且利用信息技術(shù)制定科學(xué)的病蟲害防治方案，進(jìn)一步降低傳統(tǒng)病蟲害防控方法對(duì)環(huán)境以及人員造成的影響，因此在落實(shí)技術(shù)體系創(chuàng)新的過程中，還需要構(gòu)建可持續(xù)性的農(nóng)產(chǎn)品管理體系。

首先，開展農(nóng)藥安全使用規(guī)范宣傳，可以通過網(wǎng)上平臺(tái)以及手機(jī)終端的方式進(jìn)行相關(guān)信息的推廣和宣傳，進(jìn)一步降低農(nóng)戶對(duì)農(nóng)藥產(chǎn)品的使用依賴性，這是避免化學(xué)污染的主要途徑。在這個(gè)過程中，引導(dǎo)農(nóng)戶選擇正規(guī)廠家生產(chǎn)的新型綠色農(nóng)藥進(jìn)行病蟲害防治，引進(jìn)新農(nóng)藥，推廣施藥新技術(shù)。這些方法都可以降低傳統(tǒng)化學(xué)農(nóng)藥的污染程度。

其次，提高農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測(cè)工作質(zhì)量。從傳統(tǒng)的田間管理角度來講，在發(fā)生大規(guī)模病蟲害時(shí)，農(nóng)戶會(huì)選擇利用農(nóng)藥噴灑的方式進(jìn)行集中防控，這種方法效果較好，但是產(chǎn)生的副作用較大，為了全面提升病蟲害監(jiān)測(cè)工作的質(zhì)量，可以在發(fā)生病蟲害苗頭時(shí)，快速進(jìn)行緊急應(yīng)對(duì)，這樣可以有效降低農(nóng)藥使用頻率。

最后，在生態(tài)調(diào)控技術(shù)以及植物保護(hù)信息技術(shù)的基礎(chǔ)上，打造綜合性綠色防治體系。比如，可以引用生態(tài)調(diào)控技術(shù)，通過生物防治、物理防治等方式，來進(jìn)行病蟲害管控。改善病蟲害農(nóng)作物植株的生態(tài)環(huán)境，可起到防治的理想效果；搭建IPM信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在網(wǎng)絡(luò)上建立蟲害的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，提高監(jiān)測(cè)的實(shí)效性。

4 結(jié)語

綜上所述，在當(dāng)前的農(nóng)業(yè)病蟲害管理過程中，利用信息技術(shù)打造高質(zhì)量、高效率的管理體系，通過多項(xiàng)技術(shù)體系的融合構(gòu)建技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈，落實(shí)好終端設(shè)備、中心控制系統(tǒng)、信息平臺(tái)的互動(dòng)創(chuàng)新，能夠打造可持續(xù)性的農(nóng)田監(jiān)測(cè)管理體系，及時(shí)應(yīng)對(duì)病蟲害防控工作開展過程中的各種難題，落實(shí)好集中防控以及信息化預(yù)警，不僅可以提升病蟲害監(jiān)管力度，也可以為我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。