蝗蟲監(jiān)測預(yù)警技術(shù)發(fā)展概況

董歡

（新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳哈密植物檢疫工作站，新疆哈密839001）

2020年初，沙漠蝗在東非、西南亞罕見暴發(fā)，對當(dāng)?shù)丶Z食和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅，多國宣布進(jìn)入應(yīng)對緊急狀態(tài)，聯(lián)合國糧農(nóng)組織發(fā)出蝗災(zāi)預(yù)警。我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部經(jīng)監(jiān)測調(diào)度分析后表示，沙漠蝗遷飛入侵我國的概率很小，但仍需從底線思維和風(fēng)險(xiǎn)意識出發(fā)，統(tǒng)籌做好境內(nèi)外蝗蟲疫情監(jiān)測預(yù)警工作，為蝗災(zāi)的治理防控工作發(fā)揮“吹哨”作用。

1 蝗蟲的發(fā)生特點(diǎn)

蝗蟲屬昆蟲綱直翅目昆蟲，俗稱“蚱蜢”，一生分為卵、蝗蝻、成蟲3個(gè)階段，屬于不完全變態(tài)。全世界有超過1萬種蝗蟲種類，分布于全世界的熱帶、溫帶的草地和沙漠地區(qū)，在我國分布的種類主要為東亞飛蝗、亞洲飛蝗、西藏飛蝗，沙漠蝗尚未遷入我國區(qū)域。環(huán)境因素對蝗蟲的發(fā)生和消長起著決定性作用，其中包括氣候、地形、植被、土壤在內(nèi)的自然因素。天敵的種類和數(shù)量、人類采取的各類防治措施直接決定了蝗蟲種群密度。需要注意的是，人類不適宜的撂荒等農(nóng)業(yè)活動(dòng)會(huì)助長蝗蟲的滋生。

1.1 繁殖速度快，生殖后代多

東亞飛蝗和沙漠蝗均能通過孤雌生殖的方式繁衍后代，大多數(shù)蝗蟲從卵中出生到成蝗交配繁殖只需30 d左右，雌蝗成蟲每代可多次產(chǎn)卵，雌蝗一生平均產(chǎn)卵總量為300～400粒。在溫帶地區(qū)，蝗蟲一般一年生2代，亞熱帶和熱帶地區(qū)可以繁殖三四代，且每代的存活期長達(dá)3個(gè)月，在無干擾情況下種群數(shù)量呈指數(shù)增長。

1.2 遷飛能力強(qiáng)

蝗蟲屬于遷飛性害蟲，蝗蝻群均可做短距離擴(kuò)散，群居型的成蟲均可做長距離的遷飛，種群可實(shí)現(xiàn)跨省區(qū)遷飛。例如，沙漠蝗遷飛距離在1 500～5 100 km，可連續(xù)飛翔17 h。

1.3 食性廣，易暴發(fā)成災(zāi)

蝗蟲以禾本科作物、豆科作物以及各類蔬菜、雜草為食，如東亞飛蝗的食料植物約20種，一生食量60～80 g，成蟲期食量為蝻期的3～7倍，單個(gè)蟲體食量大，一般多為全天候取食且多以群聚集中取食，極易暴發(fā)成災(zāi)?；热核^之處“遮天蔽日”“赤地千里”，會(huì)對農(nóng)牧業(yè)造成減產(chǎn)甚至毀滅性打擊。

2 蝗蟲監(jiān)測預(yù)警技術(shù)

2.1 地面調(diào)查法

地面調(diào)查法是在查蝗卵、蝗蝻和成蟲的基礎(chǔ)上，根據(jù)蝗蟲的生長速度、生殖力和擴(kuò)散遷移習(xí)性，結(jié)合環(huán)境條件的變化對蝗情做出的預(yù)測［1］。該方法可以全面了解蝗蟲發(fā)生情況，對治理蝗災(zāi)具有重要意義，但該方法需要以人力和物力保障為基礎(chǔ)，且調(diào)查周期長，對工作的連續(xù)性也有較為嚴(yán)格的要求。

2.2 氣候預(yù)測法

早在我國古代就發(fā)現(xiàn)了旱澇與蝗災(zāi)之間的密切聯(lián)系，主要依據(jù)近地面氣溫、土溫、空氣濕度、土壤濕度等氣候因素預(yù)測蝗蟲發(fā)生代數(shù)和發(fā)生時(shí)期。該預(yù)測方法雖然得到的預(yù)測值略偏高，但是可彌補(bǔ)地面調(diào)查法的不足，提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，是一種可行性較高的預(yù)測方法。

2.3 物候預(yù)測法

通過作物、雜草或其他昆蟲的生長時(shí)期預(yù)測蝗蟲發(fā)育階段，如沙漠蝗的孵化期、羽化期、死亡期分別對應(yīng)特定的沙漠作物的開花期、果熟期和枯萎期［2］。該方法原理簡單易操作，農(nóng)民掌握度高，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較為普遍。

2.4 遙感監(jiān)測技術(shù)

遙感作為一種監(jiān)測技術(shù)，在昆蟲學(xué)領(lǐng)域主要用于對昆蟲個(gè)體及其影響種群動(dòng)態(tài)的環(huán)境因子的監(jiān)測，從而進(jìn)行適生環(huán)境的評估，對風(fēng)險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行預(yù)測［3］。其可貫穿蝗災(zāi)調(diào)查、監(jiān)測、預(yù)警、評估的各個(gè)環(huán)節(jié)，是蝗災(zāi)及其成災(zāi)環(huán)境調(diào)查、蝗災(zāi)動(dòng)態(tài)監(jiān)測工作中的重要技術(shù)手段。

2.4.1 近紅外光譜技術(shù)。近紅外光譜技術(shù)（NIRS，Near Infrared Spectrum Instrument）是一種相對快速、高效的現(xiàn)代檢測技術(shù)，可利用NIRS直接感知植物體內(nèi)各種化學(xué)成分的變化，也可建立蝗蟲危害程度的近紅外模型，監(jiān)測病蟲害發(fā)生狀況和規(guī)律。近紅外光譜還可與化學(xué)模式識別相結(jié)合直接偵測蝗蟲，進(jìn)而為蝗蟲自動(dòng)偵測系統(tǒng)提供技術(shù)支撐［3］。熊雪梅等就利用傅立葉近紅外光譜儀進(jìn)行全譜測定蝗蟲樣品，鑒定準(zhǔn)確率達(dá)到了91.67%［4］；彭玉魁等應(yīng)用NIRS對我國黃土區(qū)土壤濕度、有機(jī)質(zhì)及總氮含量進(jìn)行分析，建立了土壤和蝗蟲蟲卵之間的預(yù)測模型［5］。

2.4.2 高光譜技術(shù)。該方法是遙感技術(shù)發(fā)展的一大趨勢，高光譜遙感技術(shù)是使用光譜儀對植被冠層光譜進(jìn)行測定，再對植被葉面積指數(shù)進(jìn)行測定，借助回歸模型將高光譜特征參數(shù)篩選出來，并構(gòu)建蝗蟲光譜指數(shù)，從而對蝗蟲的產(chǎn)生及危害進(jìn)行全面預(yù)測。該技術(shù)與一般遙感技術(shù)最大的區(qū)別在于，其可對各種地物用光譜曲線進(jìn)行記錄，能準(zhǔn)確估計(jì)動(dòng)植物參數(shù)信息，對蝗災(zāi)的預(yù)測精度更高［6］。

2.4.3 基于Landsat 8衛(wèi)星數(shù)據(jù)的遙感監(jiān)測方法。黃健熙等以內(nèi)蒙古赤峰市北部三旗為研究區(qū)域，通過對Landsat 8衛(wèi)星數(shù)據(jù)蝗蟲寄主植物分類，結(jié)合疊加先驗(yàn)蝗區(qū)分布圖，判別出蝗蟲適生地后采Landsat 8衛(wèi)星數(shù)據(jù)，反演葉面積指數(shù)、地表溫度和土壤濕度等蝗蟲生境參數(shù)，并結(jié)合外業(yè)同步調(diào)查蝗蟲生境數(shù)據(jù)、地表溫度和土壤濕度等生境參數(shù)的關(guān)系模型，該方法建立的監(jiān)測模型具有較高的精度，決定系數(shù)為0.50，均方根誤差為3.17［7］。該方法的局限性在于采用單一時(shí)相的遙感數(shù)據(jù)，未根據(jù)蝗蟲的關(guān)鍵生育期以及生境變化進(jìn)行遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測，加之蟲口密度動(dòng)態(tài)的偶然性和復(fù)雜性特點(diǎn)，還需進(jìn)一步引入其他重要因子以提高監(jiān)測模型的精確度。

2.4.4 基于SMOS衛(wèi)星的監(jiān)測方法。楊娜等利用SMOS（South Deformation Monitoring System，南方自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)）土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)（2011—2016年），聯(lián)合FAO（Food and Agriculture Organization of the United Nations，聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織）統(tǒng)計(jì)資料（2012—2016年）、ISRIC土壤網(wǎng)格數(shù)據(jù)（2016年），以南高加索干旱/半干旱地區(qū)為研究區(qū)，探索了土壤水分與蝗蟲孵化、分布及成災(zāi)區(qū)域的量化關(guān)系，由此得出土壤水分是蝗蟲生長繁殖過程中的關(guān)鍵環(huán)境因子，通過提取多年蝗災(zāi)期土壤水分的變化規(guī)律，能對下一年度的蝗災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)做出預(yù)測，發(fā)布蝗災(zāi)預(yù)警［8］。該方法不足之處在于SMOS土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)累計(jì)年份間的年際、月份波動(dòng)較大，一定程度上影響了監(jiān)測的精確度。

2.5 基于模糊模式的圖像識別方法

鄭永軍等以廣東省清遠(yuǎn)市英德區(qū)域農(nóng)田為試驗(yàn)區(qū)，采用數(shù)碼相機(jī)采集蝗蟲圖像，對蝗蟲區(qū)域和背景的RGB分量平均值進(jìn)行對比分析，選用超G絕對值法進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)蝗蟲與背景分離，而后通過面積統(tǒng)計(jì)對比，確定單個(gè)蝗蟲的面積和周長特征，建立單個(gè)蝗蟲模糊集和粘連重疊蝗蟲區(qū)域模糊集，采用最大隸屬度原則可判定蝗蟲連通區(qū)域?yàn)閱蝹€(gè)蝗蟲或是存在圖像粘連重疊［9］。用模糊識別法對單個(gè)和黏連重疊區(qū)域分別計(jì)算數(shù)量，準(zhǔn)確率達(dá)89%。但該方法僅適用于蝗蝻齡期接近、顏色特征較為一致的蝗蟲種群，對于品種類別多、蟲齡不一致的草原蝗蟲，該方法則難以滿足其監(jiān)測預(yù)警需求。

2.6 3S技術(shù)

地理信息系統(tǒng)（GIS，Geographic Information System）、地球定位系統(tǒng)（GPS，Global Positioning System）和遙感系統(tǒng)（RS，Remote Sensing）統(tǒng)稱為3S，該方法結(jié)合了地理信息系統(tǒng)技術(shù)強(qiáng)大的空間存儲(chǔ)、管理和分析能力以及遙感技術(shù)的多平臺(tái)、多時(shí)相、多波段信息源特點(diǎn)，在宏觀和動(dòng)態(tài)監(jiān)測方面有了充足的信息保障，技術(shù)之間的相互融合和互補(bǔ)，大大提高了監(jiān)測工作有效信息的提?。?0］。

3 展望

蝗蟲是世界性的農(nóng)業(yè)生物災(zāi)害，科學(xué)、及時(shí)、精準(zhǔn)地監(jiān)測預(yù)警技術(shù)是治理蝗災(zāi)的前提和基礎(chǔ)，隨著生物技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、地理信息系統(tǒng)（GIS）、地球定位系統(tǒng)（GPS）和遙感系統(tǒng)（RS）等高新技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展及應(yīng)用，監(jiān)測數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性、可靠性、真實(shí)性和時(shí)效性也將得到極大提升，為治蝗減災(zāi)、保障農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)安全發(fā)揮基礎(chǔ)保障作用。