葉面型水稻病蟲害高光譜回響特性及監測機理研究

《葉面型水稻病蟲害高光譜回響特性及監測機理研究》是依託杭州師範大學，由劉占宇擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：葉面型水稻病蟲害高光譜回響特性及監測機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉占宇
• 依託單位：杭州師範大學

項目摘要

稻白葉枯病和稻縱卷葉螟是典型的葉面型水稻病蟲害，具有近似的失綠又失水為害狀，呈現 同譜異害 的特徵更加劇了遙感識別的難度。本項目結合病蟲害通常受多因素影響的現狀，設定水分、肥力和密度等複合影響實驗，在室內葉片、田間冠層和田塊三個尺度上，獲取相應的成像光譜和個體理化指標、群體參數。先採用多種光譜分析技術，確定前述病蟲害和生理性脅迫在400-1700nm相同的和可能的專屬性光譜回響段，構建新型高光譜特徵參數和植被指數；再運用統計模型、電磁波輻射傳輸機理模型和數據挖掘算法估算個體理化指標和群體參數；最後在高光譜圖像端元光譜、為害狀、紋理特徵提取和分類的基礎上，通過輸入高光譜參量或反映病蟲為害的理化指標、群體參數兩種模式，構建基於病蟲害物候信息、生境信息和專家知識的高光譜遙感模型，從而精確地判別和定量地反演稻白葉枯病和稻縱卷葉螟的為害程度，為為害狀近似的農作物病蟲害遙感監測提供借鑑。

結題摘要

病蟲害是農作物產量和品質的重要生物性影響因素，病蟲害類型精準識別和危害程度監測是病蟲測報和預防的基礎，尤其是具有同譜異物特質的近似的病害和蟲害，例如稻白葉枯病和稻縱卷葉螟。本研究通過ASD光譜輻射儀和Headwall高光譜成像儀測定了缺水、缺肥影響條件下，葉片和冠層尺度下的反射輻射光譜。研究發現：(1)與健康光譜相比，水稻受到稻縱卷葉螟取食和稻白葉枯病菌侵染後，反射光譜值在橙紅光譜段(650-730 nm)增高，在近紅外譜段(850-1250 nm)和短波紅外波段(1550-1700 nm、2050-2250 nm)降低。(2)病蟲害脅迫反射光譜具有明顯的“紅移”現象。(3)葉綠素、胡蘿蔔素、葉片含水量降低30-75%。(4)比值光譜指數R1080/R705、R1675/R705能夠定量反演色素(葉綠素、胡蘿蔔素)和葉片含水量，精度達到95%左右。(5)稻白葉枯病、稻縱卷葉螟與健康水稻在葉片尺度的識別精度均為100%，在冠層尺度的識別精度分別為94.29%和91.43%，稻白葉枯病和稻縱卷葉螟在葉片和冠層的區分度分別為91.43%和85.71%。研究表明：高光譜遙感能夠有效識別危害症狀近似的病害和蟲害，為生產者精準施藥提供可靠的病蟲危害程度和危害類型信息。