據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織估計，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)展的主導因素之一。為了提高病蟲害監(jiān)測的精度和水平，采用高科技手段，特別是遙感監(jiān)測己成為病蟲害監(jiān)測的重要研究方向。本文主要介紹了高光譜遙感在農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測上的應用。

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高光譜遙感監(jiān)測農(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為中心的藍波段以及670nm為中心的紅波段的葉綠素強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減少，形成綠色反射峰，簡稱“綠峰”，在視覺表現(xiàn)為綠色。當植物生長健康，處于生長期高峰，葉綠素含量高時綠峰”向藍光方向偏移，而植物因病蟲危害或缺素而“失綠”時，“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)部的細胞結(jié)構。當植物受病害侵害時，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，植物細胞結(jié)構遭到破壞，各種色素的含量也隨之減少，導致葉片對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)研究的重點是“紅邊”?！版鵞邊”的定義是反射光譜的一階微分的最大值對應的光譜位置波長. ，通常位于68儼750. 之間。“紅邊”位置依據(jù)葉綠素含量、生物量和物候變化沿波長軸方向移動。當葉綠素含量高、生長活力旺盛時“紅邊”會向紅外方向偏移；當植物由于感染病蟲害或因污染、物候變化而“失綠”時，則“紅邊”會向藍光方向移動。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。這是因為在這段時間內(nèi)，細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到的病蟲危害，這對于病蟲害的早期調(diào)查和預報具有極其重人的意義。

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高光譜遙感監(jiān)測農(nóng)作物病蟲害的技術流程

1.?地面光譜獲取，加農(nóng)學采樣

2.?分析生化參量，農(nóng)學參量和光譜特征

3.?病蟲害光譜診斷模型的建立，驗證

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)合冬小麥的事例進行說明：

1.?首先建立試驗組和對照組，給試驗組采取噴霧法接種條銹病菌。

2.?顯癥后我們在小麥挑旗期、抽穗期、灌漿期和成熟期分別測量冠層光譜參數(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

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當前遙感監(jiān)測農(nóng)作物病蟲害的缺陷

1.?是否會出現(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。高光譜遙感對上述現(xiàn)象的區(qū)分，關系到其監(jiān)測的準確性。

2.?光譜分辨率與防治指標之間的關系。即傳感器是否有足夠的高分辨率能在防治指標前監(jiān)測到病蟲害的發(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、光譜測試環(huán)境、傳感器的種類等，因此，獲取的實驗結(jié)果往往存在一個適用性問題。如何在不影響聆測要求的情況下擴大其適用范圍，也是必需研究的問題。