遙感技術在農作物病蟲害預警中應用
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摘要：遙感技術可以從高空中監測農作物的生長狀態，對農作物出現的病蟲害進行預警，及時處理病蟲害問題，減輕農作物病蟲害所帶來的損失，推動農業發展。目前，該技術已經在農作物種植方面發揮了重要作用。筆者分析了遙感預警監測的原理，總結了農作物病蟲害遙感預警監測的現狀，從構建綜合防治信息平臺、應用多源遙感信息數據等方面提出了農作物病蟲害遙感預警監測措施，分析了遙感預警監測的具體應用方法。研究結果表明：遙感技術可加強對農作物病蟲害的防治，提高監測效率，保障農業可持續發展。
關鍵詞：遙感技術；農作物病蟲害；預警監測
1遙感預警監測原理
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，全面監測農作物的長勢和發展狀態，對數據信息進行全面檢查，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，影響農作物葉綠素的產生，使農作物的外觀形態發生變化，造成反射光譜發生改變。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域農作物的生長狀態進行判斷，掌握病蟲害的種類。在遙感技術的使用中，光譜特征是監測物質形狀的重要依據，有些病蟲害會導致農作物的葉片脫落，或者使葉片發生卷曲、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據進行檢測，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測農作物生長過程中的自然條件變化，有針對性地監測主要的環境因素，包括大氣溫度、降水情況、寄主植物的分布狀況等，綜合判斷病蟲害發生的可能性，增強監測效果。
2國內外農作物病蟲害遙感監測的進展
2.1國內農作物病蟲害遙感監測的進展
我國關于農作物病蟲害遙感監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，將健康植株、病蟲害潛伏期植株、發病植株進行對比，發現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高光譜數據，進一步加強了對農作物病害程度以及病害發生范圍的研究，有效提高了研究成效。2.2國外農作物病蟲害遙感監測的進展國外關于遙感技術對病蟲害監測作用的研究較早，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測農作物的病蟲害。這種方法能夠從高空中全面監測農作物，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，發現近紅外波段和白粉病的嚴重程度有直接關聯。病蟲害會導致農作物近紅外波段出現明顯的光譜特征，能夠為研究人員提供判斷依據。
3農作物病蟲害遙感預警監測現狀
3.1重研究，少應用
在農業生產中，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測，為農作物的生長奠定堅實基礎。當前已經有部分國家開始應用先進的遙感技術監測病蟲害，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發展，對農業生產工作的輔助作用十分有限。
3.2“異譜同物”和“同譜異物”現象
“異譜同物”現象在農作物病蟲害監測方面比較常見，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”現象。“同譜異物”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，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據，進一步加強對農作物病蟲害的研究，提高遙感監測的準確性[5]。
3.3病情指標監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，幫助農業生產者分析農作物長勢，判斷病蟲害類型，但是病情指標監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嚴重的外觀變化，會經歷一個周期，很多病蟲害還會經歷潛伏期，等到農作物出現了葉片脫落、顏色變化之后，癥狀已經十分嚴重，難以進行補救。只有盡早發現農作物出現的問題，全面優化農作物病情指標監測預報模型，增強病情指標監測預報模型的適應性，才能對農作物出現的病蟲害及時進行處理。
4農作物病蟲害遙感預警監測措施
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測而言，遙感技術、GIS技術和GPS定位技術可以實現綜合利用，充分發揮信息技術的作用，實現對農作物的全方位監測、動態監測。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技術與病蟲害監測技術、組件化技術、數據庫技術融合起來，充分發揮信息平臺的作用，全面加強監測效果，發揮信息技術在農作物病蟲害監測方面的價值。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據
針對農作物病蟲害監測工作，遙感數據的獲取需要實現多平臺、多角度、多傳感器，這樣才能對農作物病蟲害進行全面監測，增強數據的全面性。遙感數據需要采用高時相分辨率，增強數據的真實性，提高數據的可用性，實現高空間、高光譜，讓農作物病蟲害的監測更加精確，提高遙感數據的準確性。除此之外，技術人員還可以針對農作物開展地面調查，將地面調查數據和遙感數據綜合起來，加強對遙感數據的對比和分析，避免出現“異譜同物”和“同譜異物”現象，增強監測數據的詳細性[7]。
4.3優化農作物病蟲害遙感監測預報模型
當前遙感技術已經得到快速發展，監測效果日趨完善，很多先進的遙感技術已經應用于農業生產發展中，農業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、病蟲害嚴重程度，還能對一定區域內的農作物進行估產，促進農作物增產增收，提高監測效率，加強對農作物的精細化管理。由于農作物病蟲害的發生過程復雜，作物會在病蟲害的影響下發生內部結構變化，并且還會受到環境因素的影響，所以病蟲害的遙感監測手段還不夠成熟，具體的應用策略還在不斷摸索中。針對這種情況，遙感技術需要實現創新化應用，全面增強病蟲害監測的有效性，改進監測預報模型。監測預報模型需要對農作物出現的病蟲害進行預警，融合當地的氣候環境因素、農作物品種，豐富病蟲害波譜特征數據庫，讓監測預報模型更好地發揮作用[8]。
5遙感預警監測的具體應用分析
5.1針對昆蟲的遙感技術應用
昆蟲是病蟲害監測的重要對象，在農作物生產實踐中，對害蟲的監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測中，使技術人員監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測方面的雷達，在農作物昆蟲的監測中，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測和管理，全面監測害蟲的遷飛，包括多種害蟲種類，例如草地螟、蚜蟲、棉鈴蟲等。當農作物發生病蟲害時，昆蟲的數量通常會比較龐大，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，數據結論不夠精確，人工分析的工作效率有限。現在昆蟲雷達數據已經有了采集分析系統，這種系統可以進行自動化的圖像處理，對參數進行自動識別，經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據。數據采集和分析系統能夠實現對害蟲遷飛的長期觀測，增強對遷飛昆蟲活動的監測實效，進一步加強害蟲監測的準確性[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一些黃褐色的斑點，甚至是發生葉黃化現象。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境的影響，很多環境因素也會造成農作物出現危害特征，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分開，把遙感數據和地面調查數據綜合起來，加強對農作物病蟲害的分析。對病蟲害產生危害的監測是遙感監測的重要應用途徑，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、中災區、輕災區以及健康區，對病蟲害進行早期探測[10]。
5.3針對病蟲害發生條件的遙感技術應用
在農作物生產和發展的過程中，技術人員還需要針對病蟲害發生的條件進行遙感監測，針對不同的農作物種植區域進行精準探測，提前判斷出可能發生病蟲害的區域，做到盡早預防，增強農業生產的科學性，提高農產品質量。農作物發生病蟲害是有規律可循的，與當地的自然環境、農作物品種、降水量、溫度等有著直接關系，如果外在環境達到標準，很多病蟲害就會產生。遙感技術可以通過全方位監測，找出農作物病蟲害產生的特定環境，發現病蟲害出現的規律，檢測病蟲害的特征，對發生條件進行監測。通過對病蟲害發生條件進行遙感監測，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，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，對青海湖地區進行全方位監測，判斷出了草地蝗蟲多發地區在自然環境方面的特征，建立了遙感監測系統、草地蝗蟲病害預警系統，有效減少了病蟲害。在未來農業科技的發展過程中，對病蟲害發生條件的監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，也將有助于農業生產走向數字化和信息化。
6結束語
我國是農業大國，病蟲害是農作物生產的巨大阻力，會給農業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，提高監測效率，保障農業可持續發展。遙感技術能夠為農業生產者提供科學有效的數據支持，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，優化監測預報模型，提高農作物病蟲害預警系統的應用價值。在未來的農業生產和發展中，有關部門需要開發出更加先進的軟硬件，培養專業化的遙感技術人才，充分發揮遙感技術在農業病蟲害監測中的應用價值，推動農業發展走向數字化和現代化，提高農業的防災和減災能力。
作者:何芳 單位:湖南財經工業職業技術學院
