遙感技術在農作物病蟲害預警監(jiān)測中的應用*

何 芳

（湖南財經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術學院，湖南 衡陽 421000）

1 遙感預警監(jiān)測原理

遙感技術能夠將傳感器搭載在不同平臺上，例如氣球、飛機等，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)測農作物的長勢和發(fā)展狀態(tài)，對數(shù)據(jù)信息進行全面檢查，判別農作物受到的病蟲害種類[1]。病害、蟲害會破壞農作物的內部結構、生長狀態(tài)，影響農作物葉綠素的產生，使農作物的外觀形態(tài)發(fā)生變化，造成反射光譜發(fā)生改變。遙感技術可以對農作物進行攝影和掃描記錄，這時技術人員就可以對不同區(qū)域農作物的生長狀態(tài)進行判斷，掌握病蟲害的種類。在遙感技術的使用中，光譜特征是監(jiān)測物質形狀的重要依據(jù)，有些病蟲害會導致農作物的葉片脫落，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，技術人員只需對這些數(shù)據(jù)進行檢測，就能了解農作物病蟲害的嚴重程度，掌握病蟲害對農作物造成的影響。在農作物生長過程中，昆蟲雷達可以對昆蟲進行監(jiān)測，研究昆蟲的行為活動，包括昆蟲遷飛、擴散速度、蔓延方向等[2]。除此之外，遙感技術還能全方位監(jiān)測農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，增強監(jiān)測效果。

2 國內外農作物病蟲害遙感監(jiān)測的進展

2.1 國內農作物病蟲害遙感監(jiān)測的進展

我國關于農作物病蟲害遙感監(jiān)測技術的研究起步較晚，絕大部分的研究內容都集中在水稻和小麥這兩種農作物的病害監(jiān)測方面。蔡成靜等[3]對小麥病蟲害進行研究，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，一些學者在農作物病蟲害研究中還應用到了航空PHI高光譜數(shù)據(jù)，進一步加強了對農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 國外農作物病蟲害遙感監(jiān)測的進展

國外關于遙感技術對病蟲害監(jiān)測作用的研究較早，并且以農作物受病蟲害之后的光譜特征為研究重點，很多科學家對農作物受病蟲害前后的光譜進行細致化對比，致力于依靠光譜分析病蟲害的嚴重程度，探索光譜變化的規(guī)律。20世紀初，國外科學家就意識到遙感技術能夠應用于農作物病蟲害的識別，并開展實踐研究，通過拍攝航空相片的方法監(jiān)測農作物的病蟲害。這種方法能夠從高空中全面監(jiān)測農作物，工作效率較高。部分科學家在這一時期采用航空相片探測出了農作物的病蟲害類型，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對大麥白粉病進行研究，發(fā)現(xiàn)近紅外波段和白粉病的嚴重程度有直接關聯(lián)。病蟲害會導致農作物近紅外波段出現(xiàn)明顯的光譜特征，能夠為研究人員提供判斷依據(jù)。

3 農作物病蟲害遙感預警監(jiān)測現(xiàn)狀

3.1 重研究，少應用

在農業(yè)生產中，遙感技術能夠為生產人員提供準確信息，包括農作物的營養(yǎng)虧缺、地面生物量等，全面了解農作物的長勢，對地面農作物進行長期監(jiān)測，為農作物的生長奠定堅實基礎。當前已經(jīng)有部分國家開始應用先進的遙感技術監(jiān)測病蟲害，及時了解農作物病蟲害的主要情況，采取有針對性的措施消滅病蟲害，對病蟲害進行防治[4]。我國在病蟲害遙感方面存在重研究、少應用的情況，很多先進的遙感技術都沒有真正應用于農作物病蟲害防治中，只停留在理論研究和實驗層面，遙感技術難以真正服務于農業(yè)發(fā)展，對農業(yè)生產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)象在農作物病蟲害監(jiān)測方面比較常見，同一農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。光譜曲線是技術人員判別農作物受病蟲害影響的重要依據(jù)，當農作物受到不同病蟲害影響時，可能會產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”，都會影響遙感技術監(jiān)測的準確性，不利于技術人員對農作物病蟲害種類進行判斷。針對這一類問題，技術人員可以采用多元遙感數(shù)據(jù)，進一步加強對農作物病蟲害的研究，提高遙感監(jiān)測的準確性[5]。

3.3 病情指標監(jiān)測預報模型缺乏適應性

雖然遙感影像能夠實時記錄農作物在不同階段的生長情況，幫助農業(yè)生產者分析農作物長勢，判斷病蟲害類型，但是病情指標監(jiān)測預報模型與農作物病蟲害防治工作缺乏適應性。一般情況下，農作物從產生病蟲害到展現(xiàn)嚴重的外觀變化，會經(jīng)歷一個周期，很多病蟲害還會經(jīng)歷潛伏期，等到農作物出現(xiàn)了葉片脫落、顏色變化之后，癥狀已經(jīng)十分嚴重，難以進行補救。只有盡早發(fā)現(xiàn)農作物出現(xiàn)的問題，全面優(yōu)化農作物病情指標監(jiān)測預報模型，增強病情指標監(jiān)測預報模型的適應性，才能對農作物出現(xiàn)的病蟲害及時進行處理。

4 農作物病蟲害遙感預警監(jiān)測措施

4.1 構建農作物病蟲害綜合防治信息平臺

針對農作物病蟲害監(jiān)測而言，遙感技術、GIS技術和GPS定位技術可以實現(xiàn)綜合利用，充分發(fā)揮信息技術的作用，實現(xiàn)對農作物的全方位監(jiān)測、動態(tài)監(jiān)測。針對農作物病蟲害防治問題，有關部門可以構建農作物病蟲害綜合防治信息平臺，將3S技術與病蟲害監(jiān)測技術、組件化技術、數(shù)據(jù)庫技術融合起來，充分發(fā)揮信息平臺的作用，全面加強監(jiān)測效果，發(fā)揮信息技術在農作物病蟲害監(jiān)測方面的價值。在綜合防治信息平臺中，技術人員可以組建植保專家知識庫，與農業(yè)植保部門合作，進一步加強對病蟲害綜合防治信息平臺的管理[6]。

4.2 有效應用多源遙感信息數(shù)據(jù)

針對農作物病蟲害監(jiān)測工作，遙感數(shù)據(jù)的獲取需要實現(xiàn)多平臺、多角度、多傳感器，這樣才能對農作物病蟲害進行全面監(jiān)測，增強數(shù)據(jù)的全面性。遙感數(shù)據(jù)需要采用高時相分辨率，增強數(shù)據(jù)的真實性，提高數(shù)據(jù)的可用性，實現(xiàn)高空間、高光譜，讓農作物病蟲害的監(jiān)測更加精確，提高遙感數(shù)據(jù)的準確性。除此之外，技術人員還可以針對農作物開展地面調查，將地面調查數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)綜合起來，加強對遙感數(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，增強監(jiān)測數(shù)據(jù)的詳細性[7]。

4.3 優(yōu)化農作物病蟲害遙感監(jiān)測預報模型

當前遙感技術已經(jīng)得到快速發(fā)展，監(jiān)測效果日趨完善，很多先進的遙感技術已經(jīng)應用于農業(yè)生產發(fā)展中，農業(yè)科研人員不但能夠應用遙感技術全方位判斷農作物的生長狀態(tài)、病蟲害嚴重程度，還能對一定區(qū)域內的農作物進行估產，促進農作物增產增收，提高監(jiān)測效率，加強對農作物的精細化管理。由于農作物病蟲害的發(fā)生過程復雜，作物會在病蟲害的影響下發(fā)生內部結構變化，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，具體的應用策略還在不斷摸索中。針對這種情況，遙感技術需要實現(xiàn)創(chuàng)新化應用，全面增強病蟲害監(jiān)測的有效性，改進監(jiān)測預報模型。監(jiān)測預報模型需要對農作物出現(xiàn)的病蟲害進行預警，融合當?shù)氐臍夂颦h(huán)境因素、農作物品種，豐富病蟲害波譜特征數(shù)據(jù)庫，讓監(jiān)測預報模型更好地發(fā)揮作用[8]。

5 遙感預警監(jiān)測的具體應用分析

5.1 針對昆蟲的遙感技術應用

昆蟲是病蟲害監(jiān)測的重要對象，在農作物生產實踐中，對害蟲的監(jiān)測主要依靠雷達技術來開展，該技術可以通過電磁波對目標進行探測，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。雷達探測技術不會干擾到生物體的行為，能夠應用于農作物害蟲監(jiān)測中，使技術人員監(jiān)測到昆蟲的生物行為，加強對農作物病蟲害的預警。脈沖雷達是應用于農作物監(jiān)測方面的雷達，在農作物昆蟲的監(jiān)測中，脈沖雷達又可以細分為掃描雷達、機載雷達、諧波雷達、跟蹤雷達等，這些雷達技術可以加強農作物的害蟲監(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。當農作物發(fā)生病蟲害時，昆蟲的數(shù)量通常會比較龐大，所以昆蟲雷達技術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人員進行記錄和人工分析，需要對雷達屏幕進行照相，處理方法比較落后，數(shù)據(jù)結論不夠精確，人工分析的工作效率有限?，F(xiàn)在昆蟲雷達數(shù)據(jù)已經(jīng)有了采集分析系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以進行自動化的圖像處理，對參數(shù)進行自動識別，經(jīng)過計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)能夠實現(xiàn)對害蟲遷飛的長期觀測，增強對遷飛昆蟲活動的監(jiān)測實效，進一步加強害蟲監(jiān)測的準確性[9]。

5.2 針對病蟲害產生危害的遙感技術應用

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

5.3 針對病蟲害發(fā)生條件的遙感技術應用

在農作物生產和發(fā)展的過程中，技術人員還需要針對病蟲害發(fā)生的條件進行遙感監(jiān)測，針對不同的農作物種植區(qū)域進行精準探測，提前判斷出可能發(fā)生病蟲害的區(qū)域，做到盡早預防，增強農業(yè)生產的科學性，提高農產品質量。農作物發(fā)生病蟲害是有規(guī)律可循的，與當?shù)氐淖匀画h(huán)境、農作物品種、降水量、溫度等有著直接關系，如果外在環(huán)境達到標準，很多病蟲害就會產生。遙感技術可以通過全方位監(jiān)測，找出農作物病蟲害產生的特定環(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)生條件進行監(jiān)測。通過對病蟲害發(fā)生條件進行遙感監(jiān)測，技術人員能夠提前判斷，提前預防，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，科學技術研究人員通過運用遙感技術、GIS技術、GPS技術，對青海湖地區(qū)進行全方位監(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)、草地蝗蟲病害預警系統(tǒng)，有效減少了病蟲害。在未來農業(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用，農作物病蟲害能夠得到有效防治，也將有助于農業(yè)生產走向數(shù)字化和信息化。

6 結束語

我國是農業(yè)大國，病蟲害是農作物生產的巨大阻力，會給農業(yè)生產帶來十分嚴重的損失，必須要加強對農作物病蟲害的防治，提高監(jiān)測效率，保障農業(yè)可持續(xù)發(fā)展。遙感技術能夠為農業(yè)生產者提供科學有效的數(shù)據(jù)支持，輔助工作人員制定科學合理的病蟲害防治計劃，減少病蟲害對農業(yè)生產的影響。當前我國需要進一步構建農作物病蟲害綜合防治信息平臺，優(yōu)化監(jiān)測預報模型，提高農作物病蟲害預警系統(tǒng)的應用價值。在未來的農業(yè)生產和發(fā)展中，有關部門需要開發(fā)出更加先進的軟硬件，培養(yǎng)專業(yè)化的遙感技術人才，充分發(fā)揮遙感技術在農業(yè)病蟲害監(jiān)測中的應用價值，推動農業(yè)發(fā)展走向數(shù)字化和現(xiàn)代化，提高農業(yè)的防災和減災能力。