基于遙感的玉米病蟲害監(jiān)測(cè)

李佳姿 劉澤棟 王恒 油思文

【摘 ? 要】 病蟲害是玉米產(chǎn)量大幅減少的主要原因，通過遙感影像，計(jì)算歸一化植被指數(shù)，可以快速直觀的發(fā)現(xiàn)病蟲害的發(fā)生情況，以此達(dá)到監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)病蟲害的目的。本文以山東省泰安市東平縣為研究區(qū)域，進(jìn)行玉米病蟲害監(jiān)測(cè)。

【關(guān)鍵詞】 玉米;病蟲害;歸一化植被指數(shù);監(jiān)測(cè)

Monitoring of maize pests and diseases based on remote sensing

[Abstract] ?Diseases and insect pests are the main reason for the large reduction of maize yield. Through remote sensing images and calculation of NDVI， the occurrence of diseases and insect pests can be found quickly and intuitively， so as to achieve the purpose of monitoring agricultural diseases and insect pests. In this paper， Dongping County， Tai'an City， Shandong Province， as the research area， the monitoring of maize diseases and insect pests.

[Keywords] ?maize; pests and diseases; NDVI; monitoring

1 ?引言

病蟲害一直是影響農(nóng)業(yè)發(fā)展的一大問題，大規(guī)模的農(nóng)田如果單純依靠人工來監(jiān)測(cè)病蟲害發(fā)生情況，工作量大且效率低下，而遙感的優(yōu)勢(shì)就是快速、直觀、高效。如果能夠及早的發(fā)現(xiàn)病蟲害，并進(jìn)行防治，可以較好的減少農(nóng)業(yè)損失。

泰安東平縣是玉米種植大縣，主要的病蟲害有玉米銹病、粗縮病、大斑病等，玉米銹病發(fā)病初期在葉片形成褐色小膿疤，后散出鐵銹色粉狀物，后期露出黑褐色孢子[1]。大斑病染病時(shí)葉片形成邊緣暗褐色、中央淡褐色或青灰色的大斑[2]。乳熟期是大斑病發(fā)病時(shí)期，染病嚴(yán)重的葉片變黃甚至枯死。玉米粗縮病在整個(gè)生育期都可感染發(fā)病，開始在心葉基部及中脈兩側(cè)產(chǎn)生透明的油浸狀褪綠虛線條點(diǎn)，逐漸擴(kuò)及整個(gè)葉片。

玉米的NDVI與葉綠素含量呈現(xiàn)正相關(guān)，這樣就可以從遙感衛(wèi)星獲取光譜反射率，估量作物受脅迫引起的色素變化。

基于這三種玉米病蟲害發(fā)生的時(shí)間特性，選擇下載8-9月的遙感影像來觀測(cè)發(fā)病區(qū)植被的NDVI分布規(guī)律，通過對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行NDVI計(jì)算，與確認(rèn)發(fā)病時(shí)的NDVI曲線對(duì)比，如果與發(fā)病時(shí)的分布特征較吻合，則說明該地區(qū)也發(fā)生了玉米病蟲害。

2 ?研究方法

2.1 ?選定參照樣本

首先查詢東平縣玉米病蟲害發(fā)生情況，2009至2013年粗縮病連年發(fā)生，而大斑病和銹病經(jīng)常小面積發(fā)生，因此下載2009年的Landsat影像，通過裁剪、波段組合、計(jì)算NDVI，計(jì)算公式如（1）所示，將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，由于大豆與玉米種植時(shí)期大致相同，因此要將大豆從農(nóng)田中剔除，而大豆主要集中在東平湖以西斑鳩店鎮(zhèn)、銀山鎮(zhèn)、戴廟鎮(zhèn)、商老莊鄉(xiāng)、舊縣鄉(xiāng)5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)種植，剔除水體、居民區(qū)、大豆種植區(qū)之后近似認(rèn)為剩下的區(qū)域?yàn)橛衩追N植區(qū)，將該部分的NDVI分布情況進(jìn)行匯總，得到病害發(fā)生區(qū)的NDVI分布規(guī)律，將此分布規(guī)律作為其他數(shù)據(jù)的對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)。

NDVI=（B4-B3）/（B4+B3） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

2.2 ?處理其他年份遙感數(shù)據(jù)

下載其他年份圖像，并按照上述方式進(jìn)行處理，得到NDVI分布曲線，將這些曲線與對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)照。

2.3 ?驗(yàn)證

與對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)特征相似的曲線判定為受到病蟲害影響，查閱相關(guān)資料，驗(yàn)證判斷是否正確。

2.4 ?監(jiān)測(cè)應(yīng)用

驗(yàn)證判定正確之后進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，監(jiān)測(cè)病蟲害發(fā)生情況。

3 ?研究結(jié)果及應(yīng)用

3.1 ?發(fā)生病蟲害的NDVI分布特征

玉米受到病蟲害影響時(shí)NDVI值相比于正常植被減小，根據(jù)2009年影像數(shù)據(jù)所示，NDVI峰值出現(xiàn)在0.56-0.57左右，且數(shù)量較多，而大于0.57的數(shù)量較少。

3.2 ?判定及驗(yàn)證結(jié)果

2010年峰值出現(xiàn)時(shí)對(duì)應(yīng)的NDVI嚴(yán)重降低，峰值出現(xiàn)在0.3-0.37左右，且大于0.4的數(shù)量較少;2005年峰值出現(xiàn)在0.55左右，并且有較多的一部分分布在0.5-0.63之間;2016年峰值0.63左右，且大部分分布在0.59-0.69之間。因此判定2010年發(fā)生了嚴(yán)重的病蟲害，2005年也發(fā)生了病蟲害，但相對(duì)于2009年程度較輕，2016年未發(fā)生病蟲害或發(fā)生程度很輕。

根據(jù)文獻(xiàn)得知，2010年全國玉米病蟲害重于2009年和常年，病蟲害發(fā)生面積2075.0萬hm2次，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資料2005年發(fā)生了玉米粗縮病，2016年玉米病蟲害總體來說相對(duì)較輕。因此通過將目標(biāo)地區(qū)的NDVI與已知發(fā)病時(shí)作物的NDVI做對(duì)比，可以較好的反應(yīng)作物發(fā)病情況。

3.3 ?應(yīng)用

計(jì)算統(tǒng)計(jì)2001年和2017年影像數(shù)據(jù)的NDVI分布特征，2001年峰值出現(xiàn)在0.48左右，且大于0.55的數(shù)量很少，判定該年發(fā)生了玉米病蟲害;2017年峰值出現(xiàn)在0.77-0.79左右，且大部分分布在0.65-0.85之間，判定該年未發(fā)生病蟲害或程度極低。

4 ?結(jié)論與討論

為了較好的監(jiān)測(cè)玉米病蟲害，本文以文獻(xiàn)信息為依托，通過將發(fā)病區(qū)域NDVI的統(tǒng)計(jì)信息作為對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)，將待監(jiān)測(cè)區(qū)NDVI與之對(duì)比的方式，來達(dá)到快速監(jiān)測(cè)玉米病蟲害的目的，通過分析和研究發(fā)現(xiàn)：

當(dāng)NDVI峰值出現(xiàn)在0.56-0.57左右，且數(shù)量較多，而大于0.57的數(shù)量較少時(shí)，玉米發(fā)生了病蟲害;

當(dāng)峰值出現(xiàn)時(shí)的NDVI小于等于0.56時(shí)，可以判定發(fā)生了玉米病蟲害;

通過對(duì)比NDVI的統(tǒng)計(jì)信息發(fā)現(xiàn)通過該指標(biāo)可以較好的發(fā)現(xiàn)玉米發(fā)病情況，且處理方式操作簡(jiǎn)單。

總之，利用遙感監(jiān)測(cè)農(nóng)作物病蟲害是一個(gè)較新的領(lǐng)域，需要更好的進(jìn)行研究，目前在遙感影像數(shù)據(jù)的獲取方面還有較大的缺陷，未能實(shí)時(shí)獲取感興趣區(qū)的影像數(shù)據(jù)，在時(shí)效性上需進(jìn)一步提高，另外怎樣區(qū)分病蟲害的種類還需要進(jìn)一步進(jìn)行研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐衍紅;趙 麗;李璐存.東平縣玉米銹病的發(fā)生與綜合防控?[J].吉林農(nóng)業(yè).2016年：97.

[2] 鄭慶偉.山東當(dāng)前農(nóng)作物病蟲害發(fā)生情況.農(nóng)藥市場(chǎng)信息.2016年：67.