1、農(nóng)作物病蟲(chóng)害是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的重要制約因素之一。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)的調(diào)查，全世界病蟲(chóng)害每年造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1200億美元。做好病蟲(chóng)害的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)，才能指導(dǎo)病蟲(chóng)的有效防控，從而降低經(jīng)濟(jì)損失。遙感技術(shù)可以客觀、準(zhǔn)確、及時(shí)的獲取地面作物生態(tài)環(huán)境和作物生長(zhǎng)的重要信息，從而間接地對(duì)作物病蟲(chóng)害進(jìn)行監(jiān)測(cè)。地面高光譜遙感是一種無(wú)損害快速檢測(cè)技術(shù)，利用它來(lái)進(jìn)行病蟲(chóng)害的監(jiān)測(cè)，可以在一定程度上彌補(bǔ)傳統(tǒng)目測(cè)手查方法“費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，且準(zhǔn)確性受專業(yè)水平影響”

2、等的不足。因此，利用遙感技術(shù)開(kāi)展病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)與預(yù)警是當(dāng)今農(nóng)業(yè)遙感的重要發(fā)展方向。
　　 本文以水稻上的兩大重要害蟲(chóng)褐飛虱和稻縱卷葉螟為對(duì)象，采用便攜式光譜儀，研究了不同生育期水稻、稻田其它綠色植物及非生物地物等的光譜特征；褐飛虱和稻縱卷葉螟不同為害水平下水稻的冠層和葉片光譜特征；同時(shí)組建了基于光譜特征的褐飛虱蟲(chóng)量及稻縱卷葉螟為害程度的診斷模型，獲得了以下主要結(jié)果：
　　 (1)以水稻為重點(diǎn)，對(duì)不同地物的反射光譜測(cè)定結(jié)果表明

3、，健康水稻的光譜曲線存在明顯的“峰”和“谷”特征，可以顯著區(qū)別于枯草、水泥地、水塘以及裸土等其它非綠色植物地物。健康水稻光譜曲線在綠光（520-600nm）區(qū)有弱反射，出現(xiàn)一個(gè)小的峰值；在680-750nm區(qū)域內(nèi)，反射率急劇上升；在700-1000nm處，光譜反射率非常高?？莶莸墓庾V曲線不存在明顯的“峰”和“谷”的特征，從可見(jiàn)光到近紅外波段反射率逐漸升高，近似于一條直線。水泥地光譜曲線在可見(jiàn)光波段高于其它地物，近紅外波段明顯低于水稻。水

4、塘的光譜曲線近似于一條低矮直線。裸露土壤的反射率曲線與水稻的在形狀上最為相似，但在可見(jiàn)光波段要高于水稻，在近紅外波段明顯低于水稻。光譜反射率一階微分能夠更清晰地展現(xiàn)地物光譜的變化特征。水稻的一階微分光譜存在很明顯的綠峰(510-560nm)和紅邊(680-760nm)；而枯草、水泥地、水塘和裸土的微分光譜均表現(xiàn)為一條低矮曲線，沒(méi)有綠峰和紅邊，或者綠峰和紅邊不明顯。
　　 對(duì)孕穗期水稻、抽雄期玉米、結(jié)莢期大豆、浮萍和葎草的反射光譜

5、測(cè)定分析表明，不同植物間光譜反射率的大小和峰谷位置存在明顯差異。表現(xiàn)為，在近紅外波段，大豆、玉米和葎草的反射率較高，水稻的次之，而浮萍的最低。在可見(jiàn)光波段，浮萍的反射率最高，玉米、葎草和大豆的次之，而水稻的最低。同一生育期，秈稻的光譜反射率略高于粳稻。
　　 對(duì)水稻不同生育期的光譜測(cè)定發(fā)現(xiàn)，在抽穗前，隨發(fā)育期推進(jìn)，冠層光譜反射率在可見(jiàn)光范圍逐漸降低，近紅外波段逐漸升高；但在抽穗以后，隨生育期推進(jìn)，光譜反射率在可見(jiàn)光范圍內(nèi)逐漸升高

6、，而在近紅外波段逐漸降低；并且隨水稻生育期的推移，冠層光譜的紅邊呈現(xiàn)出了先“紅移”后“藍(lán)移”的規(guī)律。比值植被指數(shù)RVI和歸一化植被指數(shù)NDVI也表現(xiàn)為，從移栽期到抽穗期不斷增大，而從抽穗期到黃熟期則不斷減小的趨勢(shì)。冠層光譜反射率及植被指數(shù)不僅能將水稻與其它綠色植物區(qū)分開(kāi)來(lái)，而且可以將不同類型及生育期的水稻區(qū)分開(kāi)來(lái)。
　　 (2)在室內(nèi)用水稻標(biāo)準(zhǔn)苗進(jìn)行了褐飛虱為害后的光譜特性研究，結(jié)果表明，在可見(jiàn)光和近紅外區(qū)，隨褐飛虱蟲(chóng)量和蟲(chóng)齡的

7、增加稻株光譜反射率呈下降趨勢(shì)，近紅外光區(qū)的光譜反射率可很好地表征褐飛虱不同齡期、不同蟲(chóng)量及成蟲(chóng)產(chǎn)卵對(duì)稻株的危害程度。各波長(zhǎng)處的光譜反射率與褐飛虱蟲(chóng)量間存在明顯的負(fù)相關(guān)，并且在520-570nm和700-1000nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的相關(guān)性達(dá)到了極顯著水平。褐飛虱為害后稻株光譜的紅邊幅值Dλr和紅邊面積Sλr也分別與蟲(chóng)量存在極顯著相關(guān)。利用蟲(chóng)害后稻株在可見(jiàn)光波長(zhǎng)550nm處的反射率(R550)和近紅外光區(qū)波長(zhǎng)760nm處的反射率(R760)、紅

8、邊參數(shù)值與沒(méi)受害稻株相應(yīng)值的比值建立了褐飛虱蟲(chóng)量的預(yù)測(cè)模型，利用模型對(duì)19個(gè)隨機(jī)蟲(chóng)量進(jìn)行光譜反演預(yù)測(cè)，各模型的預(yù)測(cè)正確率為53％-79％，且R760因子對(duì)褐飛虱蟲(chóng)量有相對(duì)較好的預(yù)測(cè)效果，而以5個(gè)蟲(chóng)量梯度為一組的5組次實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值的卡方檢測(cè)，符合率達(dá)80-100％。
　　 (3)在水稻孕穗期人工接種不同數(shù)量的褐飛虱，然后在灌漿期和黃熟期分別測(cè)定水稻的冠層光譜。結(jié)果表明，在接蟲(chóng)后20天的灌漿期，水稻冠層光譜在760-1000nm的

9、近紅外波段隨接蟲(chóng)量的增加而顯著降低。在可見(jiàn)光波段，也有下降趨勢(shì)，但降幅較小。根據(jù)冠層光譜反射率與接蟲(chóng)量間的相關(guān)性分析得出，725-1000nm波段可做為水稻灌漿期監(jiān)測(cè)褐飛虱的敏感波段。在水稻黃熟期，隨接蟲(chóng)量的增加，光譜反射率在可見(jiàn)光區(qū)隨蟲(chóng)量的升高而顯著升高，尤其在620-720nm的紅光區(qū)上升趨勢(shì)和幅度非常明顯。610-700nm的紅光區(qū)可作為水稻黃熟期褐飛虱監(jiān)測(cè)的敏感光譜波段。
　　 對(duì)分蘗期盆栽水稻受不同蟲(chóng)量褐飛虱為害后的冠

10、層、莖部以及葉片光譜反射率的研究發(fā)現(xiàn)，冠層的光譜反射率隨蟲(chóng)量的增加，在綠光區(qū)和近紅外光區(qū)降低，紅光區(qū)和藍(lán)光區(qū)升高。726-1000nm波段可作為分蘗期水稻冠層褐飛虱監(jiān)測(cè)的敏感波段。單葉和莖部的光譜反射率則表現(xiàn)為在整個(gè)波段內(nèi)均隨蟲(chóng)量的增加而降低。劍葉、倒二葉和莖部監(jiān)測(cè)褐飛虱為害的敏感光波區(qū)域分別為471-589nm和660-1000nm、489-563nm和708-1000nm、527-569nm和699-1000nm。
　　 褐

11、飛虱為害后的水稻光譜植被指數(shù)研究表明，冠層差值植被指數(shù)DVI、比值植被指數(shù)RVI和歸一化植被指數(shù)NDVI隨接蟲(chóng)量的增加而降低，均與接蟲(chóng)量有較好的相關(guān)性。葉片光譜和莖部光譜的DVI與接蟲(chóng)量的相關(guān)性顯著，而RVI和NDVI與蟲(chóng)量之間相關(guān)性不顯著。RVI和NDVI指數(shù)可用于冠層光譜層次上的褐飛虱監(jiān)測(cè)，而不適宜于單葉和莖桿光譜層次上的監(jiān)測(cè)。
　　 孕穗期褐飛虱的接蟲(chóng)量大小與水稻的產(chǎn)量關(guān)系密切，隨著接蟲(chóng)量的增多，水稻穩(wěn)重和千粒重呈顯著的下

12、降趨勢(shì)。水稻黃熟期的光譜參數(shù)：R696、Dλ,y、λr、Dλr和Sλr與水稻產(chǎn)量間存在顯著的相關(guān)性。建立了褐飛虱為害后基于水稻黃熟期光譜參數(shù)的水稻產(chǎn)量估算模型，估測(cè)千粒重(Y3)的兩個(gè)模型Y3=0.143λr-99.272和Y3=383.121Dλr+1.931的估產(chǎn)效果較好，可用于監(jiān)測(cè)不同蟲(chóng)量為害下水稻的產(chǎn)量。
　　 (4)測(cè)定了稻縱卷葉螟為害后水稻的冠層光譜，并在稻縱卷葉螟為害的小區(qū)內(nèi)選取受害葉片與沒(méi)受害葉片，在室內(nèi)測(cè)定了單

13、葉光譜，結(jié)果表明，稻縱卷葉螟為害后的水稻，在冠層水平上隨著卷葉率的升高，反射率在近紅外光區(qū)逐漸降低。冠層水平上的敏感波段為：738-1000nm。在已受害的卷葉水平，隨小區(qū)內(nèi)卷葉率的升高，反射率在紅光波段逐漸升高，表征稻縱卷葉螟為害的敏感波段為582-688nm的紅光波段。在沒(méi)受害的展開(kāi)葉水平上，隨小區(qū)內(nèi)卷葉率的升高，反射率在可見(jiàn)光區(qū)和近紅外光區(qū)均降低，表征稻縱卷葉螟為害的敏感波段為512-606nm的綠光區(qū)和699-1000nm近紅外

14、光區(qū)。水稻冠層光譜反射率的一階微分結(jié)果表明，紅邊位置λr隨卷葉率的加重而“藍(lán)移”，紅邊幅值Dλr和紅邊面積Sλr均隨受害等級(jí)的加重而減小。Dλr和Sλ,r與水稻受害等級(jí)存在極顯著的相關(guān)性，該光譜指數(shù)可用于監(jiān)測(cè)水稻受稻縱卷葉螟為害的程度。建立了基于光譜特性的稻縱卷葉螟為害程度的預(yù)測(cè)模型，冠層光譜條件下，以Y=-1338.406Dλr+11.123模型的效果最好；沒(méi)直接受害的展開(kāi)葉光譜條件下，以Y=－90.280R550+11.902模型的