河南省小麥農(nóng)情監(jiān)測(cè)技術(shù)探討

王紅云

（輝縣市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，河南 輝縣 453600）

0 引言

河南省作為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大省，非常注重糧食生產(chǎn)。河南省通過(guò)出臺(tái)一系列支持農(nóng)業(yè)發(fā)展的政策，促進(jìn)全省農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，保障農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。河南省是我國(guó)冬小麥的核心產(chǎn)區(qū)，小麥常年種植面積穩(wěn)定在566.67萬(wàn)hm以上，總產(chǎn)量常年保持在350億kg以上，小麥種植總面積占全國(guó)的近25%，小麥年產(chǎn)量占全球年產(chǎn)量的12.5%左右。開(kāi)展冬小麥農(nóng)情監(jiān)測(cè)是實(shí)現(xiàn)河南省小麥穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的重要技術(shù)手段。近年來(lái)，河南省投入大量的財(cái)政資金，逐步構(gòu)建和完善小麥農(nóng)情監(jiān)測(cè)預(yù)警體系。目前，河南冬小麥農(nóng)情監(jiān)測(cè)體系已初步建立，并在全省小麥生產(chǎn)中發(fā)揮了積極作用。

1 河南省冬小麥農(nóng)情監(jiān)測(cè)主要系統(tǒng)

小麥農(nóng)情是指從播種、出苗、生長(zhǎng)、成熟到收割的小麥全生育周期大田生長(zhǎng)實(shí)時(shí)狀況。當(dāng)前，河南省主要借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、遙感技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)冬小麥農(nóng)情精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。

1.1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的小麥“四情”監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)

小麥“四情”監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)田間作物墑情、苗情、病蟲(chóng)情及災(zāi)情的監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。該監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)由集成5G通信模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐寥缐勄樽詣?dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，田間小氣候、苗情、災(zāi)情自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以及大田病蟲(chóng)害自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、專家診斷系統(tǒng)、客戶端管理系統(tǒng)等組成。用戶可以通過(guò)電腦端和手機(jī)端登錄監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)客戶端，實(shí)時(shí)讀取監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)或影像，了解監(jiān)測(cè)點(diǎn)的氣象、環(huán)境、墑情、病蟲(chóng)害狀況和作物長(zhǎng)勢(shì)等情況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷與專家會(huì)商。該監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)中的專家診斷系統(tǒng)現(xiàn)可自動(dòng)生成作物問(wèn)題解決方案，提升小麥田間管理效率和效益，助力小麥豐產(chǎn)和農(nóng)民增收。

1.1.1 土壤墑情自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是針對(duì)小麥田間耕作層土壤含水量、土壤溫度、電導(dǎo)率等進(jìn)行測(cè)定，并實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)一由自動(dòng)監(jiān)測(cè)站發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)平臺(tái)，并按照統(tǒng)一格式進(jìn)行存儲(chǔ)，通過(guò)圖表形式直觀展現(xiàn)給用戶。平臺(tái)設(shè)置有圖形預(yù)警和災(zāi)情渲染模塊，可以根據(jù)作物種類和土壤類型設(shè)定不同的預(yù)警閾值，當(dāng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)低于預(yù)警閾值時(shí)，平臺(tái)會(huì)及時(shí)向用戶發(fā)送預(yù)警信息；同時(shí)災(zāi)情渲染模塊將按照災(zāi)情嚴(yán)重程度分為不同顏色，在省級(jí)行政地圖上以點(diǎn)的形式展現(xiàn)，可直觀顯示各區(qū)域的災(zāi)情動(dòng)態(tài)信息。

1.1.2 田間小氣候、苗情、災(zāi)情自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可將田間小麥長(zhǎng)勢(shì)通過(guò)實(shí)時(shí)影像畫面展現(xiàn)在客戶端，對(duì)田間小氣候各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和傳輸，對(duì)異常氣候和苗情進(jìn)行預(yù)警，并自動(dòng)生成專家解決方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)小麥播種、施肥、灌溉、施藥、除草和收割等全生產(chǎn)過(guò)程的管理。

1.1.3 大田病蟲(chóng)害自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害自動(dòng)誘殺（農(nóng)業(yè)昆蟲(chóng)）、孢子捕捉（農(nóng)業(yè)病害）、收集、分類歸集、自動(dòng)拍照和數(shù)量統(tǒng)計(jì)等工作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)上傳病蟲(chóng)害采集數(shù)據(jù)，形成病蟲(chóng)害數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過(guò)圖表和數(shù)據(jù)列表的形式在客戶端展現(xiàn)。利用該系統(tǒng)，用戶可實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程了解田間病蟲(chóng)害發(fā)生狀況，制訂防控措施。

1.1.4 專家診斷系統(tǒng)。診斷系統(tǒng)分為系統(tǒng)自帶專家系統(tǒng)和遠(yuǎn)程專家會(huì)商系統(tǒng)2種。前者為系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)信息自動(dòng)生成的專家方案；后者為在線專家根據(jù)用戶上報(bào)的小麥田間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、圖片、視頻及文字描述資料進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和會(huì)商，最終給出專家方案。

1.1.5 系統(tǒng)客戶端管理系統(tǒng)。小麥“四情”監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域組網(wǎng)，根據(jù)用戶管理級(jí)別給予不同的管理權(quán)限，級(jí)別越高，管理權(quán)限越大，用戶可根據(jù)權(quán)限范圍實(shí)時(shí)查看、下載管理站點(diǎn)和區(qū)域的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。用戶可通過(guò)移動(dòng)端和PC端，無(wú)線或在線實(shí)時(shí)監(jiān)管物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)，進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)和管理。

1.2 基于遙感技術(shù)的小麥長(zhǎng)勢(shì)遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

小麥大田長(zhǎng)勢(shì)相關(guān)信息，是田間光、熱、水等氣候要素對(duì)小麥生長(zhǎng)直接作用的具體表現(xiàn)。基于遙感技術(shù)的小麥長(zhǎng)勢(shì)遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可利用多種遙感數(shù)據(jù)源（環(huán)境衛(wèi)星、地球觀測(cè)系統(tǒng)、SPOT5衛(wèi)星等）進(jìn)行小麥長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)，以遙感技術(shù)、地理大數(shù)據(jù)技術(shù)、全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）、互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)庫(kù)等為支持，對(duì)植被指數(shù)進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算、分類與關(guān)系分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)小麥大田宏觀、動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，具有其他監(jiān)測(cè)技術(shù)不可比擬的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。利用遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)小麥苗情、長(zhǎng)勢(shì)、產(chǎn)量、氣候動(dòng)態(tài)和區(qū)域分布狀況等進(jìn)行宏觀測(cè)評(píng)，及時(shí)了解小麥大田種植區(qū)域墑情、苗情、農(nóng)田氣候和病蟲(chóng)害發(fā)生情況的動(dòng)態(tài)變化，為小麥的大田管理提供科學(xué)支持。

1.2.1 小麥長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)。小麥的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程是一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)生理生長(zhǎng)過(guò)程，其生長(zhǎng)發(fā)育受光照、溫度、水分、土壤、肥料、病蟲(chóng)草害、災(zāi)害性氣候和農(nóng)業(yè)管理措施等一系列因素的影響。因此，小麥的生長(zhǎng)狀況是多種因素綜合作用的結(jié)果。其生長(zhǎng)狀況可以用一些能夠反映其生長(zhǎng)特征且與該生長(zhǎng)特征密切相關(guān)的因子進(jìn)行表征，如長(zhǎng)勢(shì)等。小麥長(zhǎng)勢(shì)是反映其生長(zhǎng)狀況和產(chǎn)量的重要指標(biāo)。由于遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作原理是以作物光譜特征為依據(jù)，即作物在可見(jiàn)光部分（被葉綠素吸收）有較強(qiáng)的吸收峰，近紅外波段（受葉片內(nèi)部構(gòu)造影響）有強(qiáng)烈的反射率形成突峰，這些敏感波段及其組合可以反映作物生長(zhǎng)的空間信息、變化情況等。小麥長(zhǎng)勢(shì)遙感監(jiān)測(cè)指標(biāo)以歸一化植被指數(shù)（Normalized Difference Vegetation Index，NDVI）、葉面積指數(shù)（LEAF AREA INDEX，LAI）等為代表。

葉面積指數(shù)是指單位土地面積上植物葉片總面積占土地面積的倍數(shù)，即葉面積指數(shù)=葉片總面積/土地面積。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，葉面積指數(shù)是綜合反映小麥長(zhǎng)勢(shì)的綜合指數(shù)，其與小麥長(zhǎng)勢(shì)的個(gè)體特征和群體特征相關(guān)。小麥葉面積指數(shù)是作物光合作用強(qiáng)弱的直接體現(xiàn)，葉面積指數(shù)越大，光合作用越強(qiáng)，反之則越弱。因此，可以用葉面積指數(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)小麥長(zhǎng)勢(shì)。歸一化植被指數(shù)與作物的葉面積指數(shù)具有緊密的相關(guān)性，在作物的生長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)中常被作為反映小麥生長(zhǎng)狀況的重要指標(biāo)。

1.2.2 小麥長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)方法。大田小麥長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)包括實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和過(guò)程監(jiān)測(cè)2種。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是將實(shí)時(shí)的NDVI圖像值，使其與往年特定或多年平均NDVI圖像值進(jìn)行對(duì)比，以反映實(shí)時(shí)的小麥長(zhǎng)勢(shì)差異，還可以對(duì)差異值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，進(jìn)而得出當(dāng)時(shí)區(qū)域內(nèi)小麥生長(zhǎng)情況。過(guò)程監(jiān)測(cè)主要是通過(guò)時(shí)序NDVI圖像來(lái)構(gòu)建作物生長(zhǎng)過(guò)程，通過(guò)生長(zhǎng)過(guò)程年際間的對(duì)比來(lái)反映作物的生長(zhǎng)狀況。在小麥全生命周期，通過(guò)遙感衛(wèi)星監(jiān)測(cè)小麥綠度值的持續(xù)變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)小麥大田生長(zhǎng)勢(shì)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。隨著連年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的積累，將當(dāng)年的時(shí)間變化曲線與歷年的曲線對(duì)比，可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)產(chǎn)、合理制訂大田管理方案等。

1.2.3 應(yīng)用實(shí)例。以河南省冬小麥為例，以地球觀測(cè)系統(tǒng)（EOS MODIS）影像為數(shù)據(jù)源，結(jié)合田間控制試驗(yàn)，將小麥生長(zhǎng)模擬和遙感、地理大數(shù)據(jù)技術(shù)（Geographic Information System，GIS）相結(jié)合，輔以地面農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)與調(diào)查，研究冬小麥長(zhǎng)勢(shì)遙感監(jiān)測(cè)指標(biāo)。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，NDVI在冬小麥全生育期的長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)過(guò)程中較其他植被指數(shù)有明顯的表征效果。另外，以NDVI反演出的LAI在表征冬小麥長(zhǎng)勢(shì)分級(jí)方面準(zhǔn)確性較高，可以作為科學(xué)分苗的依據(jù)。

2 問(wèn)題與對(duì)策

近年來(lái)，河南省不斷探索建立和完善小麥農(nóng)情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，已初步形成基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和遙感技術(shù)的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)逐步實(shí)現(xiàn)了小麥墑情監(jiān)測(cè)、田間小氣候監(jiān)測(cè)、病蟲(chóng)害測(cè)報(bào)、小麥田間長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)、災(zāi)情測(cè)報(bào)和大田測(cè)產(chǎn)等一系列成果。但是，在小麥農(nóng)情監(jiān)測(cè)工作中還存在短板，如農(nóng)情監(jiān)測(cè)體系不夠完善、監(jiān)測(cè)結(jié)果未及時(shí)用于指導(dǎo)生產(chǎn)、預(yù)警應(yīng)急保障不到位等。

2.1 建立健全小麥農(nóng)情監(jiān)測(cè)組織體系

2.1.1 制度建設(shè)是前提。河南省農(nóng)業(yè)主管部門應(yīng)牽頭制定和完善相關(guān)制度體系，以制度為抓手規(guī)范農(nóng)情監(jiān)測(cè)平臺(tái)和體系規(guī)范有序發(fā)展。同時(shí)，根據(jù)農(nóng)情監(jiān)測(cè)體系特點(diǎn)制定程序性文件，保障農(nóng)情監(jiān)測(cè)體系建設(shè)的目標(biāo)性、計(jì)劃性、配套性、系統(tǒng)性和可操作性。

2.1.2 組織建設(shè)是保障。河南省應(yīng)建立省級(jí)、地市級(jí)、縣鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）三級(jí)組織體系，明確各級(jí)組織工作目標(biāo)任務(wù)，落實(shí)農(nóng)情監(jiān)測(cè)體系目標(biāo)責(zé)任制。按照三級(jí)組織體系，由省級(jí)農(nóng)業(yè)主管部門制定總體農(nóng)情監(jiān)測(cè)體系規(guī)劃，層層抓落實(shí)，避免人浮于事、落而不實(shí)現(xiàn)象的發(fā)生。

2.1.3 建立人才隊(duì)伍體系是關(guān)鍵。人才是農(nóng)情監(jiān)測(cè)體系建設(shè)的核心，建立精干高效的農(nóng)情監(jiān)測(cè)工作隊(duì)伍是保障農(nóng)情監(jiān)測(cè)體系高效、有序運(yùn)行的根本。因此，應(yīng)依照重點(diǎn)突出、覆蓋全面、網(wǎng)絡(luò)健全的思路，配備足夠的技術(shù)和管理人才，形成縱橫聯(lián)絡(luò)、全覆蓋的農(nóng)情監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系。

2.2 建立健全小麥農(nóng)情監(jiān)測(cè)預(yù)警和信息發(fā)布系統(tǒng)

河南省農(nóng)業(yè)相關(guān)部門應(yīng)借助物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信、云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)，完善小麥農(nóng)情監(jiān)測(cè)預(yù)警與信息發(fā)布系統(tǒng)，建立監(jiān)測(cè)預(yù)警專家會(huì)商系統(tǒng)和統(tǒng)一的小麥農(nóng)情信息發(fā)布平臺(tái)。同時(shí)，相關(guān)部門應(yīng)根據(jù)受眾閱讀習(xí)慣，充分發(fā)揮新媒體信息傳播的及時(shí)性、便捷性，積極運(yùn)用微信、微博等渠道開(kāi)展農(nóng)情信息發(fā)布與傳播。另外，河南省應(yīng)立足小麥生產(chǎn)核心區(qū)的戰(zhàn)略定位，堅(jiān)持問(wèn)題導(dǎo)向，持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新和組織創(chuàng)新，提升農(nóng)情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的科學(xué)性、先進(jìn)性，培養(yǎng)一支高素質(zhì)的小麥農(nóng)情監(jiān)測(cè)預(yù)警人才隊(duì)伍。

2.3 充分利用農(nóng)情監(jiān)測(cè)預(yù)警，增強(qiáng)抗災(zāi)減災(zāi)能力

近年來(lái)，河南省小麥農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害防御形勢(shì)不容樂(lè)觀，干旱、洪水、冰雹、熱害、冷害和干熱風(fēng)等對(duì)小麥生產(chǎn)帶來(lái)了不利影響。對(duì)此，河南省農(nóng)業(yè)相關(guān)部門應(yīng)充分利用農(nóng)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)警系統(tǒng)，做好小麥農(nóng)情數(shù)據(jù)采集、上報(bào)、分析和會(huì)商工作，增強(qiáng)抗災(zāi)減災(zāi)能力。一是各級(jí)農(nóng)業(yè)主管部門要牢牢樹(shù)立抗災(zāi)減災(zāi)保生產(chǎn)的理念，按照組織分工，加強(qiáng)工作合作與協(xié)調(diào)，上下聯(lián)動(dòng)，將救災(zāi)政策落實(shí)到位、救災(zāi)物資下發(fā)到位、救災(zāi)資金補(bǔ)貼到位。二是加強(qiáng)災(zāi)害預(yù)警服務(wù)，整合各種信息，建立統(tǒng)一的發(fā)布平臺(tái)，保證預(yù)警信息第一時(shí)間發(fā)布到基層，進(jìn)村入戶。三是農(nóng)業(yè)主管部門要與氣象部門加強(qiáng)聯(lián)系和溝通，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵期實(shí)時(shí)掌握天氣動(dòng)態(tài)，加強(qiáng)對(duì)干旱、冰雹等災(zāi)害性天氣的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與聯(lián)防聯(lián)控。四是各級(jí)農(nóng)技技術(shù)人員要充分發(fā)揮小麥監(jiān)測(cè)預(yù)警體系的組織優(yōu)勢(shì)，認(rèn)真開(kāi)展小麥大田的墑情、苗情、病蟲(chóng)情調(diào)查，掌握一線情況，組織專家會(huì)商，為小麥大田生產(chǎn)管理提供指導(dǎo)意見(jiàn)。