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)。河南省通過出臺一系列支持農(nóng)業(yè)發(fā)展的政策，促進全省農(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的近25%，小麥年產(chǎn)量占全球年產(chǎn)量的12.5%左右。開展冬小麥農(nóng)情監(jiān)測是實現(xiàn)河南省小麥穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的重要技術(shù)手段。近年來，河南省投入大量的財政資金，逐步構(gòu)建和完善小麥農(nóng)情監(jiān)測預(yù)警體系。目前，河南冬小麥農(nóng)情監(jiān)測體系已初步建立，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)測主要系統(tǒng)

小麥農(nóng)情是指從播種、出苗、生長、成熟到收割的小麥全生育周期大田生長實時狀況。當前，河南省主要借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、遙感技術(shù)來實現(xiàn)冬小麥農(nóng)情精準監(jiān)測。

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

小麥“四情”監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，動態(tài)監(jiān)測田間作物墑情、苗情、病蟲情及災(zāi)情的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。該監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)由集成5G通信模塊實現(xiàn)遠程無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐寥缐勄樽詣颖O(jiān)測系統(tǒng)，田間小氣候、苗情、災(zāi)情自動監(jiān)測系統(tǒng)，以及大田病蟲害自動監(jiān)測系統(tǒng)、專家診斷系統(tǒng)、客戶端管理系統(tǒng)等組成。用戶可以通過電腦端和手機端登錄監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)客戶端，實時讀取監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)或影像，了解監(jiān)測點的氣象、環(huán)境、墑情、病蟲害狀況和作物長勢等情況，實現(xiàn)遠程診斷與專家會商。該監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)中的專家診斷系統(tǒng)現(xiàn)可自動生成作物問題解決方案，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 土壤墑情自動監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)是針對小麥田間耕作層土壤含水量、土壤溫度、電導(dǎo)率等進行測定，并實時傳輸數(shù)據(jù)。監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)一由自動監(jiān)測站發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)平臺，并按照統(tǒng)一格式進行存儲，通過圖表形式直觀展現(xiàn)給用戶。平臺設(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，當實測數(shù)據(jù)低于預(yù)警閾值時，平臺會及時向用戶發(fā)送預(yù)警信息；同時災(zāi)情渲染模塊將按照災(zāi)情嚴重程度分為不同顏色，在省級行政地圖上以點的形式展現(xiàn)，可直觀顯示各區(qū)域的災(zāi)情動態(tài)信息。

1.1.2 田間小氣候、苗情、災(zāi)情自動監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可將田間小麥長勢通過實時影像畫面展現(xiàn)在客戶端，對田間小氣候各項數(shù)據(jù)進行實時采集和傳輸，對異常氣候和苗情進行預(yù)警，并自動生成專家解決方案，實現(xiàn)對小麥播種、施肥、灌溉、施藥、除草和收割等全生產(chǎn)過程的管理。

1.1.3 大田病蟲害自動監(jiān)測系統(tǒng)。該監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)農(nóng)業(yè)病蟲害自動誘殺（農(nóng)業(yè)昆蟲）、孢子捕捉（農(nóng)業(yè)病害）、收集、分類歸集、自動拍照和數(shù)量統(tǒng)計等工作，實現(xiàn)遠程自動上傳病蟲害采集數(shù)據(jù)，形成病蟲害數(shù)據(jù)庫，并通過圖表和數(shù)據(jù)列表的形式在客戶端展現(xiàn)。利用該系統(tǒng)，用戶可實時遠程了解田間病蟲害發(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)和遠程專家會商系統(tǒng)2種。前者為系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)信息自動生成的專家方案；后者為在線專家根據(jù)用戶上報的小麥田間監(jiān)測數(shù)據(jù)、圖片、視頻及文字描述資料進行遠程診斷和會商，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)測預(yù)警系統(tǒng)可以實現(xiàn)區(qū)域組網(wǎng)，根據(jù)用戶管理級別給予不同的管理權(quán)限，級別越高，管理權(quán)限越大，用戶可根據(jù)權(quán)限范圍實時查看、下載管理站點和區(qū)域的監(jiān)測數(shù)據(jù)。用戶可通過移動端和PC端，無線或在線實時監(jiān)管物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺，進行系統(tǒng)的運行維護和管理。

1.2 基于遙感技術(shù)的小麥長勢遙感監(jiān)測系統(tǒng)

小麥大田長勢相關(guān)信息，是田間光、熱、水等氣候要素對小麥生長直接作用的具體表現(xiàn)?；谶b感技術(shù)的小麥長勢遙感監(jiān)測系統(tǒng)可利用多種遙感數(shù)據(jù)源（環(huán)境衛(wèi)星、地球觀測系統(tǒng)、SPOT5衛(wèi)星等）進行小麥長勢監(jiān)測，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)庫等為支持，對植被指數(shù)進行自動計算、分類與關(guān)系分析，實現(xiàn)對小麥大田宏觀、動態(tài)的實時監(jiān)測，具有其他監(jiān)測技術(shù)不可比擬的技術(shù)優(yōu)勢。利用遙感監(jiān)測系統(tǒng)可以對小麥苗情、長勢、產(chǎn)量、氣候動態(tài)和區(qū)域分布狀況等進行宏觀測評，及時了解小麥大田種植區(qū)域墑情、苗情、農(nóng)田氣候和病蟲害發(fā)生情況的動態(tài)變化，為小麥的大田管理提供科學(xué)支持。

1.2.1 小麥長勢監(jiān)測指標。小麥的生長發(fā)育過程是一個極其復(fù)雜的系統(tǒng)生理生長過程，其生長發(fā)育受光照、溫度、水分、土壤、肥料、病蟲草害、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，小麥的生長狀況是多種因素綜合作用的結(jié)果。其生長狀況可以用一些能夠反映其生長特征且與該生長特征密切相關(guān)的因子進行表征，如長勢等。小麥長勢是反映其生長狀況和產(chǎn)量的重要指標。由于遙感監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理是以作物光譜特征為依據(jù)，即作物在可見光部分（被葉綠素吸收）有較強的吸收峰，近紅外波段（受葉片內(nèi)部構(gòu)造影響）有強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的空間信息、變化情況等。小麥長勢遙感監(jiān)測指標以歸一化植被指數(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)過試驗發(fā)現(xiàn)，葉面積指數(shù)是綜合反映小麥長勢的綜合指數(shù)，其與小麥長勢的個體特征和群體特征相關(guān)。小麥葉面積指數(shù)是作物光合作用強弱的直接體現(xiàn)，葉面積指數(shù)越大，光合作用越強，反之則越弱。因此，可以用葉面積指數(shù)來監(jiān)測小麥長勢。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，在作物的生長勢監(jiān)測中常被作為反映小麥生長狀況的重要指標。

1.2.2 小麥長勢監(jiān)測方法。大田小麥長勢監(jiān)測包括實時監(jiān)測和過程監(jiān)測2種。實時監(jiān)測是將實時的NDVI圖像值，使其與往年特定或多年平均NDVI圖像值進行對比，以反映實時的小麥長勢差異，還可以對差異值進行統(tǒng)計與分析，進而得出當時區(qū)域內(nèi)小麥生長情況。過程監(jiān)測主要是通過時序NDVI圖像來構(gòu)建作物生長過程，通過生長過程年際間的對比來反映作物的生長狀況。在小麥全生命周期，通過遙感衛(wèi)星監(jiān)測小麥綠度值的持續(xù)變化，實現(xiàn)對小麥大田生長勢的動態(tài)監(jiān)測。隨著連年監(jiān)測數(shù)據(jù)的積累，將當年的時間變化曲線與歷年的曲線對比，可以實現(xiàn)精準測產(chǎn)、合理制訂大田管理方案等。

1.2.3 應(yīng)用實例。以河南省冬小麥為例，以地球觀測系統(tǒng)（EOS MODIS）影像為數(shù)據(jù)源，結(jié)合田間控制試驗，將小麥生長模擬和遙感、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)氣象觀測與調(diào)查，研究冬小麥長勢遙感監(jiān)測指標。通過研究發(fā)現(xiàn)，NDVI在冬小麥全生育期的長勢監(jiān)測過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在表征冬小麥長勢分級方面準確性較高，可以作為科學(xué)分苗的依據(jù)。

2 問題與對策

近年來，河南省不斷探索建立和完善小麥農(nóng)情監(jiān)測系統(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)測網(wǎng)絡(luò)，通過遠程監(jiān)測逐步實現(xiàn)了小麥墑情監(jiān)測、田間小氣候監(jiān)測、病蟲害測報、小麥田間長勢監(jiān)測、災(zāi)情測報和大田測產(chǎn)等一系列成果。但是，在小麥農(nóng)情監(jiān)測工作中還存在短板，如農(nóng)情監(jiān)測體系不夠完善、監(jiān)測結(jié)果未及時用于指導(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)測平臺和體系規(guī)范有序發(fā)展。同時，根據(jù)農(nóng)情監(jiān)測體系特點制定程序性文件，保障農(nóng)情監(jiān)測體系建設(shè)的目標性、計劃性、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、地市級、縣鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）三級組織體系，明確各級組織工作目標任務(wù)，落實農(nóng)情監(jiān)測體系目標責(zé)任制。按照三級組織體系，由省級農(nóng)業(yè)主管部門制定總體農(nóng)情監(jiān)測體系規(guī)劃，層層抓落實，避免人浮于事、落而不實現(xiàn)象的發(fā)生。

2.1.3 建立人才隊伍體系是關(guān)鍵。人才是農(nóng)情監(jiān)測體系建設(shè)的核心，建立精干高效的農(nóng)情監(jiān)測工作隊伍是保障農(nóng)情監(jiān)測體系高效、有序運行的根本。因此，應(yīng)依照重點突出、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)測網(wǎng)絡(luò)體系。

2.2 建立健全小麥農(nóng)情監(jiān)測預(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)、移動通信、云計算等現(xiàn)代信息技術(shù)，完善小麥農(nóng)情監(jiān)測預(yù)警與信息發(fā)布系統(tǒng)，建立監(jiān)測預(yù)警專家會商系統(tǒng)和統(tǒng)一的小麥農(nóng)情信息發(fā)布平臺。同時，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性、便捷性，積極運用微信、微博等渠道開展農(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，堅持問題導(dǎo)向，持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新和組織創(chuàng)新，提升農(nóng)情監(jiān)測系統(tǒng)的科學(xué)性、先進性，培養(yǎng)一支高素質(zhì)的小麥農(nóng)情監(jiān)測預(yù)警人才隊伍。

2.3 充分利用農(nóng)情監(jiān)測預(yù)警，增強抗災(zāi)減災(zāi)能力

近年來，河南省小麥農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害防御形勢不容樂觀，干旱、洪水、冰雹、熱害、冷害和干熱風(fēng)等對小麥生產(chǎn)帶來了不利影響。對此，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、分析和會商工作，增強抗災(zāi)減災(zāi)能力。一是各級農(nóng)業(yè)主管部門要牢牢樹立抗災(zāi)減災(zāi)保生產(chǎn)的理念，按照組織分工，加強工作合作與協(xié)調(diào)，上下聯(lián)動，將救災(zāi)政策落實到位、救災(zāi)物資下發(fā)到位、救災(zāi)資金補貼到位。二是加強災(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，保證預(yù)警信息第一時間發(fā)布到基層，進村入戶。三是農(nóng)業(yè)主管部門要與氣象部門加強聯(lián)系和溝通，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵期實時掌握天氣動態(tài)，加強對干旱、冰雹等災(zāi)害性天氣的動態(tài)監(jiān)測與聯(lián)防聯(lián)控。四是各級農(nóng)技技術(shù)人員要充分發(fā)揮小麥監(jiān)測預(yù)警體系的組織優(yōu)勢，認真開展小麥大田的墑情、苗情、病蟲情調(diào)查，掌握一線情況，組織專家會商，為小麥大田生產(chǎn)管理提供指導(dǎo)意見。