邵美云

（西藏民族大學(xué)，陜西 咸陽 712000）

1 青稞主要病蟲害

青稞是麥類作物，是重要的糧食作物。青稞的病蟲害比較多樣，特別是在海拔高、降水量少以及氣溫低的地方，病蟲害發(fā)生的幾率就更高。據(jù)有關(guān)研究表明，青稞病蟲害多由病菌引起，開始時可能并不嚴(yán)重，但是因為病菌本身具有很強傳染性以及隱匿性等，使得青稞在生長過程中，遭受影響的范圍也會越來越大。尤其是青稞黑穗病，更以散黑穗病為主。

結(jié)合該病菌的傳染途徑來看，主要有種子帶菌和土壤帶菌兩種。作為系統(tǒng)性侵害疾病，黑穗病雖然不會直接傳染給相鄰的植株，但是其所產(chǎn)生的大量黑粉（冬孢子）能夠污染其他種子，造成種子帶菌，來年種植即可發(fā)病。一旦種子帶菌后，病菌會附著于種子表面，播種后冬孢子也會隨著種子萌發(fā)產(chǎn)生出大量的菌絲，然后侵入到芽鞘中，伴隨青稞苗生長而逐漸向上拓展，抽穗前達到穗部，造成相應(yīng)癥狀的發(fā)生。

在國內(nèi)青稞種植區(qū)域中，都不可避免地有黑穗病情況發(fā)生。病穗會伴隨生長而逐步形成一包黑粉，外層裹有一層易破裂的灰白色薄膜，很容易被人為或風(fēng)吹等導(dǎo)致破散，通常情況下只剩下一個裸露的空穗軸，有時候也可能保留少數(shù)結(jié)實小穗。黑穗病是青稞普遍病害之一，一旦遭受其害，會對實際生產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p害。

當(dāng)然，青稞病蟲害一直有發(fā)生，特別是在病蟲害首次發(fā)生的時候，由于相關(guān)人員缺乏足夠的經(jīng)驗及技術(shù)，并不能夠?qū)嵤┯行ПO(jiān)測及預(yù)防手段，加上有些種植戶守舊思想嚴(yán)重，恪守傳統(tǒng)手段，新技術(shù)手段應(yīng)用缺失，直接導(dǎo)致防治工作難以有效落實，直接影響青稞的產(chǎn)量與品質(zhì)。比如，出現(xiàn)黑穗病病穗后，如果及時拔出或集中掩埋，來年發(fā)病率可能會有所下降。然而，很多時候人們只是把病穗拔出后扔到田間地頭。由于黑穗病所產(chǎn)生的黑粉冬孢子具有較強的生命力，難以阻礙其侵染，故而并不會起到防治的效果。

2 基于GIS的病蟲害程度可視化識別

2.1 信息采集與管理

對農(nóng)作物病蟲害受害程度的監(jiān)測與識別，可為病蟲害的防治提供指導(dǎo)服務(wù)。而在此過程中，信息采集與管理尤為重要?？偟脕碇v，所謂信息采集，就是對田間數(shù)據(jù)采集以得到該區(qū)域當(dāng)中作物的病蟲害信息。所謂信息管理，就是對所識別的各種信息進行管理，發(fā)揮統(tǒng)計功能及GIS表現(xiàn)模式，實現(xiàn)查詢結(jié)果的可視化。

具體來講，就信息采集而言，可以結(jié)合農(nóng)作物病蟲害受災(zāi)信息采集數(shù)據(jù)庫來看，一共可分為三層。第一層，實施對農(nóng)作物信息數(shù)據(jù)、病蟲害信息數(shù)據(jù)以及行政區(qū)域信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析；第二層，包括管理者錄入信息數(shù)據(jù)，農(nóng)作物病蟲害區(qū)定位信息的確定，以此來完成農(nóng)作物病蟲害信息數(shù)據(jù)采集；第三層，農(nóng)作物病蟲害受災(zāi)信息采集數(shù)據(jù)庫的最終形成，包括采集工作日志表、農(nóng)作物病蟲害信息表（包含了病蟲害的名稱、類型、受災(zāi)程度等）以及防治信息表三個主要部分。

另外，就信息管理來講，主要是支持各級用戶進行數(shù)據(jù)管理、查詢及可視化等功能的模塊。農(nóng)作物病蟲害信息數(shù)據(jù)管理當(dāng)中，對病蟲害相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計管理及結(jié)果輸出則是關(guān)鍵。同樣，結(jié)合系統(tǒng)框架來看，主要包括五大部分。一是數(shù)據(jù)的輸入接口，此環(huán)節(jié)中主要是進行病蟲害信息數(shù)據(jù)的錄入，導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫當(dāng)中；二是數(shù)據(jù)的瀏覽與編輯，包括進行地圖和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，數(shù)據(jù)的匯總、計算及瀏覽編輯等；三是數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析，包括對數(shù)據(jù)進行時序、統(tǒng)計分析，當(dāng)然也涵蓋基本的GIS功能；四是數(shù)據(jù)報表與傳輸，包括數(shù)據(jù)報表及遠程傳輸；五是輔助單元部分，比如進行數(shù)據(jù)庫的維護以及開展用戶管理等。

2.2 信息可視化

基于上述信息的采集與管理，結(jié)合GIS來對相關(guān)數(shù)據(jù)進行讀取。其中，GIS與GPS所采集數(shù)據(jù)多為空間數(shù)據(jù)，這樣則可以利用圖層形式來加載出相應(yīng)農(nóng)作物的病蟲害信息。結(jié)合農(nóng)作物病蟲害分布的一般聚集特性，對區(qū)域內(nèi)及相近區(qū)域內(nèi)的病蟲害狀況進行評估監(jiān)測，從中提取出科學(xué)有效的治理方式。尤其是利用地圖相關(guān)數(shù)據(jù)信息，來對農(nóng)作物病蟲害數(shù)據(jù)進行有效關(guān)聯(lián)，以此得出及時準(zhǔn)確有價值的信息，為后期的病蟲害防治工作提供科學(xué)指導(dǎo)。同樣，基于GIS的可視化識別，來監(jiān)測和預(yù)警農(nóng)作物病蟲害的發(fā)生，我們也可以置于特定架構(gòu)之中來認(rèn)知。簡單來講，就是搭建多個GIS、GPS信息定位采集的監(jiān)測點，然后經(jīng)過無線網(wǎng)絡(luò)，把相關(guān)數(shù)據(jù)信息匯總，從中分析有價值信息，為病蟲害監(jiān)測預(yù)警提供數(shù)據(jù)支撐。

3 基于“3S”技術(shù)的青稞病蟲害監(jiān)測

伴隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高光譜傳感器的類型越發(fā)多樣，性能越發(fā)強大。由此，也為包括青稞黑穗病在內(nèi)的農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測提供多選擇、有價值的數(shù)據(jù)源，為病蟲害監(jiān)測提供更多可能。當(dāng)然，需要特別強調(diào)的是，由于作物光譜可能會受到作物本身以及環(huán)境大氣等諸多因素的影響與干擾，所以說各種植被指數(shù)構(gòu)建也不盡相同。只有結(jié)合作物特點，合理選擇植被指數(shù)，才能提升病蟲害監(jiān)測的成效。結(jié)合已有研究來看，光譜特征與作物病情存在相關(guān)性。一方面，受病蟲害侵害的作物與健康作物光譜曲線存在較大差異；另一方面，結(jié)合同一作物受不同病蟲害侵害所得波譜曲線、特征參量等，有利于對敏感波段建模監(jiān)測，進而有效實現(xiàn)對病蟲害的監(jiān)測預(yù)警。

3.1 “3S”技術(shù)概述

自上世紀(jì)九十年代以來，在信息高科技集約化發(fā)展的推動之下，“精細(xì)農(nóng)業(yè)”應(yīng)運而生，成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的核心要求以及熱門領(lǐng)域。所謂“精細(xì)農(nóng)業(yè)”，指的是將遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）以及計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、植物生理學(xué)等有機結(jié)合在一起，實現(xiàn)對區(qū)域內(nèi)農(nóng)作物、土地從宏觀到微觀的實時性、動態(tài)化監(jiān)測，以實現(xiàn)對農(nóng)作物生長及發(fā)育，病蟲害等狀況信息獲取及動態(tài)分析，進而以此為依據(jù)來指導(dǎo)診斷與決策。其中，“3S”技術(shù)的創(chuàng)新及應(yīng)用，是田間作業(yè)信息化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的有力推動和重要標(biāo)志?！?S”技術(shù)，分別是遙感技術(shù)（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）以及全球定位系統(tǒng)（GPS）。其中，遙感技術(shù)（RS）很早便開始應(yīng)用于病蟲害監(jiān)測領(lǐng)域當(dāng)中，我國學(xué)者也于上世紀(jì)七十年代開始利用衛(wèi)星遙感來進行病蟲害監(jiān)測，伴隨衛(wèi)星科技及種類的不斷發(fā)展，越來越多的遙感圖像被應(yīng)用于病蟲害監(jiān)測當(dāng)中。其中，航空遙感作為一種主要的遙感平臺，在病蟲害監(jiān)測中的應(yīng)用較多，精確度表現(xiàn)良好。地理信息系統(tǒng)（GIS），最為突出的特點就是可以進行空間尺度分析。近年來，地理信息系統(tǒng)（GIS）被廣泛應(yīng)用于病蟲害的空間表達與綜合治理當(dāng)中。在農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測領(lǐng)域中，利用GIS建立的病蟲害監(jiān)測系統(tǒng)，能夠及時、準(zhǔn)確地監(jiān)測病蟲害的時空分布，效果尤為顯著，值得深度推廣及應(yīng)用。

3.2 基礎(chǔ)應(yīng)用概述

具體來講，首先遙感技術(shù)（RS）主要是通過高光譜分辨率，以每2～3天為一周期，來對青稞農(nóng)作物長勢及黑穗病等病蟲害情況進行監(jiān)測，所得相關(guān)數(shù)據(jù)信息經(jīng)整理得出“征兆圖”，以供青稞黑穗病診斷等方面使用。在此過程中，為了能夠?qū)崟r地獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息，就必須要對航空/航天遙感實時反復(fù)利用，同時在各小型人造衛(wèi)星支持下，來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。其次地理信息系統(tǒng)（GIS）主要利用地理信息系統(tǒng)的優(yōu)勢特點，如數(shù)據(jù)采集、管理、存儲、分析等，以此來實現(xiàn)對不同地域資料信息的分析與處理，為包括青稞黑穗病在內(nèi)的農(nóng)作物病蟲害提供預(yù)測服務(wù)。與此同時，GIS在制圖及空間信息等方面的功能也較為突出，結(jié)合同年同期病蟲害發(fā)生情況數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)計學(xué)分析，把抽象的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成清晰的電子地圖，進而實現(xiàn)對病蟲害發(fā)生情況及程度的直觀顯示。最后，就“GPS+GIS”而言，基于集成系統(tǒng)的應(yīng)用，具有實時、快速、客觀等空間信息獲取及分析能力，RS監(jiān)測黑穗病等青稞病蟲害信息及環(huán)境信息，為GIS提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)源，GIS則可以根據(jù)光譜特征變化等集成監(jiān)測系統(tǒng)，在大面積范圍內(nèi)，更有效率、更加精準(zhǔn)地實現(xiàn)對青稞黑穗病等病蟲害的監(jiān)測，進而有助于實現(xiàn)青稞黑穗病等農(nóng)作物病蟲害防治。當(dāng)然，為了能夠確保監(jiān)測的精準(zhǔn)性，要建立相應(yīng)的廣域及局域GPS差分服務(wù)器。

3.3 青稞黑穗病監(jiān)測

在綜合各學(xué)者及相關(guān)研究實例來看，在青稞黑穗病監(jiān)測預(yù)報中，可以選擇如下幾種辦法來進行。比如，可以根據(jù)葉綠素含量分析，結(jié)合對青稞拔節(jié)期、孕穗期以及灌漿期葉片葉綠素的分析，觀測區(qū)與發(fā)病區(qū)的表現(xiàn)不同，具有顯著差異。那么，可以將拔節(jié)期作為病害發(fā)生判別點，把孕穗期作為病害發(fā)病程度的關(guān)鍵點。再比如，紅邊位置的變化，光譜的位置會伴隨著病情指數(shù)而發(fā)生變化，二者有著明顯的正相關(guān)關(guān)系。還有，結(jié)合青稞病情指數(shù)與冠層光譜反射率所進行的相關(guān)性分析來看，至少可以確定兩個敏感波段，分別是630～687 nm、740～890 nm。

為了驗證基于“3S”技術(shù)的青稞病蟲害監(jiān)測，黑穗病受災(zāi)程度的可視化識別方法的可行性，也可以進行相關(guān)性試驗。其中，在青稞試驗田進行，以青稞一個生長周期為實驗時間。經(jīng)過實驗研究，得出該方法對青稞黑穗病等病蟲害受災(zāi)程度可視化識別的精準(zhǔn)性?；凇?S”技術(shù)的青稞病蟲害監(jiān)測，對區(qū)域中病蟲害信息進行了有效的定位與采集。特別是借助高光譜遙感技術(shù)所獲得的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，在地理信息系統(tǒng)下進行的疊加分析，極大地提升了識別率，可實現(xiàn)對青稞病蟲害的有效監(jiān)測。可以說，基于“3S”技術(shù)所構(gòu)建的科學(xué)、有效的青稞病蟲害遠程診斷體系，能夠為病蟲害防治提供科學(xué)決策指導(dǎo)，最大限度地降低如黑穗病等病蟲害對于青稞植株所造成的損害。

4 結(jié)論與討論

作為農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)是經(jīng)濟命脈所系，是立國之本、強國之基，對整個社會的進步及經(jīng)濟發(fā)展等都能夠產(chǎn)生重大影響。青稞既是涉藏地區(qū)居民的重要糧食，同時也是重要的生產(chǎn)原料?？梢哉f，青稞病蟲害防治工作極具現(xiàn)實意義。特別是青稞黑穗病，作為常見病害，具有很強的破壞性，嚴(yán)重影響青稞產(chǎn)量和質(zhì)量。所以說，在青稞種植生產(chǎn)過程中，尤其要關(guān)注黑穗病，對其進行有效地監(jiān)測識別，有力保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安全性。

結(jié)合本文研究，對于青稞黑穗病防治提出以下幾點建議：第一，要著重加強對青稞黑穗病的監(jiān)測力度，提升預(yù)警水準(zhǔn)，為此就必須要引入和應(yīng)用一些新技術(shù)方法，本文提出的基于“3S”技術(shù)的青稞病蟲害監(jiān)測，可以對青稞黑穗病受災(zāi)程度等可視化識別，而且實效性以及準(zhǔn)確度都比較高，該技術(shù)方法在包括青稞黑穗病在內(nèi)的病蟲害領(lǐng)域監(jiān)測中，勢必會在今后有著更為廣泛的應(yīng)用，會不斷加強青稞病蟲害整體防范控制能力。第二，要不斷加強青稞病蟲害綜合性治理以及防治服務(wù)能力，借助科學(xué)手段實現(xiàn)區(qū)域青稞黑穗病等常見病蟲害監(jiān)測的同時，開通技術(shù)服務(wù)熱點等一系列服務(wù)途徑，基于農(nóng)業(yè)指導(dǎo)來強化其對病蟲害綜合治理能力，加強對病蟲害的預(yù)警和防治。第三，要加強對農(nóng)業(yè)科技人員及農(nóng)民科技素養(yǎng)的培養(yǎng)與提升，增強其對病蟲害的監(jiān)測防治意識及能力，同時不斷扭轉(zhuǎn)傳統(tǒng)的不科學(xué)的施藥理念，能夠在科學(xué)監(jiān)測與精準(zhǔn)分析的基礎(chǔ)之上，提升施藥的質(zhì)量。第四，要加強對農(nóng)藥市場的監(jiān)督與管理，通過資格審查以及崗前培訓(xùn)等，不斷規(guī)范農(nóng)藥經(jīng)營行為。

總而言之，雖然說當(dāng)前遙感技術(shù)與地理信息系統(tǒng)技術(shù)在森林及農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用，同時也取得了一定的成效。但是，如想要全面細(xì)致地提升監(jiān)測管理水平，還需要在今后深入研究與探索。特別是在青稞黑穗病監(jiān)測方面，現(xiàn)階段相關(guān)研究及實踐探索還比較不足。圍繞管理信息化、預(yù)警科學(xué)化以及信息服務(wù)社會化，對青稞黑穗病監(jiān)測乃至于整個農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，都具有非常重要的作用，經(jīng)濟及社會意義顯著。而就此所展開的技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用及系統(tǒng)平臺的搭建等工作，可謂任重而道遠。