據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織估計(jì)，世界糧食生產(chǎn)因病蟲害常年損失24％。農(nóng)作物病蟲害是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的重要生物災(zāi)害，是制約高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效益農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的主導(dǎo)因素之一。為了提高病蟲害監(jiān)測(cè)的精度和水平，采用高科技手段，特別是遙感監(jiān)測(cè)己成為病蟲害監(jiān)測(cè)的重要研究方向。本文主要介紹了高光譜遙感在農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測(cè)上的應(yīng)用。

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高光譜遙感監(jiān)測(cè)農(nóng)作物病蟲害的原理

健康綠色植物的光譜特征主要取決于它的葉子。在可見光譜波段內(nèi)植物的光譜特性主要受葉綠素的影響。由于在以450nm為中心的藍(lán)波段以及670nm為中心的紅波段的葉綠素強(qiáng)烈吸收輻射能而成吸收谷。葉片的反射率和透射率很低，在兩谷之間吸收相對(duì)減少，形成綠色反射峰，簡(jiǎn)稱“綠峰”，在視覺表現(xiàn)為綠色。當(dāng)植物生長(zhǎng)健康，處于生長(zhǎng)期高峰，葉綠素含量高時(shí)綠峰”向藍(lán)光方向偏移，而植物因病蟲危害或缺素而“失綠”時(shí)，“綠峰”則向紅光方向偏移。

在近紅外波段綠色植物的光譜作用取決于葉片內(nèi)部的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。當(dāng)植物受病害侵害時(shí)，葉片組織的水分代謝受到阻礙，此后隨著病蟲害危害的加重，植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)遭到破壞，各種色素的含量也隨之減少，導(dǎo)致葉片對(duì)近紅外輻射的反射能力減少。在光譜特征上表現(xiàn)為可見光區(qū)400”00nm. 反射率升高而近紅外區(qū)720、1100nm. 反射率降低。近紅外區(qū)研究的重點(diǎn)是“紅邊”?！版鵞邊”的定義是反射光譜的一階微分的最大值對(duì)應(yīng)的光譜位置波長(zhǎng). ，通常位于68儼750. 之間?！凹t邊”位置依據(jù)葉綠素含量、生物量和物候變化沿波長(zhǎng)軸方向移動(dòng)。當(dāng)葉綠素含量高、生長(zhǎng)活力旺盛時(shí)“紅邊”會(huì)向紅外方向偏移；當(dāng)植物由于感染病蟲害或因污染、物候變化而“失綠”時(shí)，則“紅邊”會(huì)向藍(lán)光方向移動(dòng)。研究發(fā)現(xiàn)近紅外部分反射率的改變是發(fā)生在可見光部分的反射率發(fā)生改變之前的。這是因?yàn)樵谶@段時(shí)間內(nèi)，細(xì)胞組織中的葉綠素的數(shù)量和質(zhì)量還沒有發(fā)牛改變。由此可見紅外波段的光譜特征的變化早于人用肉眼觀測(cè)到的病蟲危害，這對(duì)于病蟲害的早期調(diào)查和預(yù)報(bào)具有極其重人的意義。

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高光譜遙感監(jiān)測(cè)農(nóng)作物病蟲害的技術(shù)流程

1.?地面光譜獲取，加農(nóng)學(xué)采樣

2.?分析生化參量，農(nóng)學(xué)參量和光譜特征

3.?病蟲害光譜診斷模型的建立，驗(yàn)證

4.?高光譜影像的病蟲害反演

5.?病蟲害波譜庫數(shù)據(jù)建立病蟲害診斷專家系統(tǒng)，發(fā)布信息

我們結(jié)合冬小麥的事例進(jìn)行說明：

1.?首先建立試驗(yàn)組和對(duì)照組，給試驗(yàn)組采取噴霧法接種條銹病菌。

2.?顯癥后我們?cè)谛←溙羝炱?、抽穗期、灌漿期和成熟期分別測(cè)量冠層光譜參數(shù)、色素含量、病情指數(shù)。從而獲取高光譜變量特征參數(shù)。

3.?數(shù)據(jù)處理與分析

①?色素含量與光譜變量的相關(guān)分析

②?小麥色素含量的高光譜估算模型

③?小麥色素含量的高光譜估算模型的精度檢驗(yàn)

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當(dāng)前遙感監(jiān)測(cè)農(nóng)作物病蟲害的缺陷

1.?是否會(huì)出現(xiàn)“同譜異物”和“異譜同物”現(xiàn)象。許多病蟲害及非病蟲害脅迫同一作物時(shí)產(chǎn)生的癥狀非常相似，它們的光譜也可能相似：某些病蟲害危害同一物作能產(chǎn)牛幾種癥狀，它們的光譜可能不同。高光譜遙感對(duì)上述現(xiàn)象的區(qū)分，關(guān)系到其監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。

2.?光譜分辨率與防治指標(biāo)之間的關(guān)系。即傳感器是否有足夠的高分辨率能在防治指標(biāo)前監(jiān)測(cè)到病蟲害的發(fā)生。

3. 適用性。由于影響光譜數(shù)據(jù)的因素很多，如農(nóng)作物品種、栽培模式、光譜測(cè)試環(huán)境、傳感器的種類等，因此，獲取的實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往存在一個(gè)適用性問題。如何在不影響聆測(cè)要求的情況下擴(kuò)大其適用范圍，也是必需研究的問題。