技术在农作物病虫害预测预报上的应用

高新技术在农作物病虫害预测预报上的应用

摘要：本文简要地概述了雷达技术、计算机技术、网络技术、“3S’’技术等高新技术在农作物病虫害预测预报上的应用。这些高新技术的应用极大地改善了有害生物灾变预警和植保宏观决策水平。同时探讨了我国与先进发达国家在这方面的差距以及今后如何缩小这方面的差距。

关键词：高新技术；病虫害；预测预报；遥感；网络

1雷达在测报上的应用

疫蝗和蜜蜂进行了详细的雷达研究。我雷达自“二战”期间诞生以来，主要应用于军翼，以后又开始应用于气象学和鸟类学研究。自Schaefer教授(1968)利用雷达首次对昆虫迁飞的观测后，雷达技术在昆虫中的应用得到了迅猛发展，成为昆虫迁飞研究中一种无可替代的重要工具。[1-5]雷达的基本原理是根据无线电波从目标反射回来的能量来推断目标的位置。常用于观测昆虫的雷达是脉冲雷达。这些雷达的主要种类有:扫描雷达、垂直波束雷达、机载雷达、毫米波雷达、谐波雷达和跟踪雷达。对于具有大区域迁飞性、爆发性和灾害性的害虫，一般都是采用常规的监测手段，即根据田间的虫量和灯下的诱虫量来进行预测，这冲方法往往不能及时地、准确地进行预测，如果遇到迁飞虫量太大时，当田间和灯下见到虫量时，可能已形成了落地成灾的现实，造成无可挽回的损失。随着雷达技术的发展，使我们可以对迁飞性昆虫的起飞、降落、一飞行高度、飞行速度和昆虫密度进行监测。因此，雷达技术是一种可以预测迁飞性害虫的有效监测工具。在美国、英国、澳大利亚、印度等国对迁飞性夜蛾、沙漠飞蝗、褐飞虱、澳大利亚国最早进行昆虫雷达研究是在1983年，吉林省农业科学院建立了中国第一台昆虫雷达—公主岭昆虫雷达。1984年，吉林省农业科学院植保所利用雷达对草地螟、粘虫的迁飞规律进行了研究，以后，南京农业大学植保系利用雷达对褐飞虱进行了迁飞规律的研究。迄今，我国的昆虫雷达主要是用于研究，还没有广泛应用于迁飞性害虫的预测预报中。[6]

2计算机在测报上的应用

2.1 建立病虫害数据库

数据库技术具有“处理速度快、安全可靠、节约空间、操作简单、利于维护、便

于修改、易实现数据共享与长久保存”等优点，是有害生物集中管理的有效途径。应用数据库技术对病虫害的有关资料进行集中管理和信息查询，将大幅提高植保信息的利用率，对科研与生产的贡献率以及信息资源共享程度。[7-8]植保领域中数据库的应用与数据库技术发展历程密切相关，在植保领域中，早先的系统主要

采用Dbase、Foxbase、FoxPro等小型关系型数据库开发，一般为单机版，数据基本不共享，主要应用于各部门的内部管理，随着数据量的不断增大，目前的数据库大多基于s如ase、oracle、 sQLserver等大型数据库开发，并和hitemet 完美结合，提供了HTTP的支持，在较大范围内实现数据共享。如美国的“国家农业有害生物信息系统伽ApIS)”，包括了农业有害生物信息、动植物健康检疫服务、植物保护与检疫的相关信息，日本建立了植物防疫信息综合系统JPP一NET伍ttP洲w讯巧那jppn.ne.jPO，通过网络数据库管理和发布病虫信息。在我国，数据库技术在有害生物管理中的应用开发工作起步于20世纪90年代，系统早期一般是以DOS为运行平台，随着计算机软硬件的飞速发展，近年来开发的系统大多能以Windows为运行平台，并与网络相结合，提高系统的易用性和共享性。如园林植物病虫害信息管理(唐乐尘等，2000)，砂梨病虫害数据库管理系统(陈启亮等，2002)，棉铃虫测报数据库管理系统(王涛等，2005)，棉铃虫监测和预警网络数据库(吕昭智等，2007)，四川省互联网络(WEB)病虫监测数据库(封传红，2004)等[9]

2.2建立病虫害测报模拟模型

以植病流行学、植病经济学、统计预测理论等为理论基础，以水稻主要病害为研究对象，力求找出主要病害流行的影响因素和流行动态特征规律，构建趋势预测模型、ARIMA模型、灰色预测模型及组合预测模型进行预测预报，整个研究将建立在植病经济学和统计学的基础上，采用定性描述和实证分析相结合的研究方法，并对预测结果进行分析讨论. 研究内容涉及植病经济学、植病流行学、统计学、生物学、防治学等学科，跨学科领域，多学科专业知识综合运用，具有一定的研究特色。构建趋势预测模型、ARIMA模型和灰色预测模型，分别运用Eviews 软件计算出水稻主要病害预测值，在此基础上运用平均绝对百分误差倒数法和均方误差倒数法分别赋予各模型权重系数，最后运用组合预测模型给出预测结果，方法有特色，得到较为科学的、精度较高的结果。[10-11]

2.3建立测报专家系统和决策系统

专家系统(ExPert即Stem，简称ES)是人工智能的一个重要分支，也是计算机辅助决策技术之一。专家系统实质上是一个计算机程序。它能够以人类专家的水平完成特别的某一领域的任务。就测报专家系统而言，就是把一个测报专家所掌握的测报技术，除部分属于技术、统计分析和理论知识外，更多的则是经过长期实践积累而成的具有推理性质的表层知识，在挖掘、整理和储存的基础上编成能够具有人机交互功能的程序，从而更易于被农业用户所使用。用户在使用专家系统时，就如同是在向人类专家咨询问题一样，根据计算机专家系统的提问，输人数据和参牧就可得出病虫害的预测预报结果，以此为依据来决策是否施药。[12]专家系统在农业领域中的应用可追溯到20世纪70年代，而植物保护领域是农业专家系统应用最早的专业领域，特别是针对植物病虫害的诊断早在20世纪70年代末期就开始令研究，如以美国伊利诺斯大学的植物病理学家和计算机科学家共同开发的PLANT/ds一大豆病虫害诊断系统以及1983年日本千叶大学研轰的番茄病虫害诊断专家系统MTCCS等。以后，一些国家相继开发了植保专家系统，这些国家包括英国、荷兰、澳大利亚、加拿大等。我国从20世纪80年代初也开始

了植保专家系统的研究，并取得了一定进展，如中国农业科学研究院植物保护所研制的粘虫异地测报专家系统，中国农业大学研制的小麦条锈病流行预测专家系统以及西北农业大学开发的苹果病虫害诊治专家系统等。

2.4利用计算机多媒体技术建立病虫害电视预报系统，普及植保科技

长期以来，农作物病虫预报的发布基本上采用传统的传递方式，即以纸张为载体逐级发送。但由于传递环节多、时间长，病虫预报就很容易发生迟报和漏报。这样病虫害防治就容易错失良机，影响病虫害防治效果。随着电信、网络等先进技术的快速发展，电信、网络技术在各领域的应用也越来越广泛。利用电信、网络等技术发布和传递病虫害测报信息，有效地提升农作物病虫信息的时效性，为农业防灾减灾起到了保驾护航的作用。现代电信和网络技术由模式电报及电话传真技术、手机信息平台、电视传媒技术、电子邮箱、预警系统和远程视频监控技术等组成核心技术，在农作物病虫害预测预报中综合协调运用，为农作物病虫害准确监测、及时预警、有效防控做出了应有贡献。[13]1999 年初，在全国农业技术推广中心的支持下，我省在高明区开辟“病虫电视预报”节目并试报成功；廉江、高州、南雄等紧跟其后，与电视台合作开辟“病虫电视预报”栏目，为我省快速发布病虫信息觅得一条有效途径。[14]

3 网络技术在测报上的应用

网络的出现，改变了人们使用计算机的方式；而互联网的出现，又改变了人们使用网络的方式。继计算机，互联网和移动通信网之后，物联网的出现成为了世界信息产业的第三次浪潮。如何提高病虫信息的传递速度?如何提高病虫预报的时效性?如何提高病虫信息的利用率?如何实现病虫信息以及与病虫预测预报相关的信息(地理环境、气象和农作物生长)共享?以上这些问题一直是病虫害预测预报工作中谋求解决的问题。当计算机网络技术向我们走来时，这些问题也就引刃而解。计算机网络技术带给我们的最大好处就是加快了信息的传递速度和信息资源共享，因此计算机网络技术给我们的病虫预测预报工作达到信息化管理水平提供了千载难逢的机会。[15]1996 年，瑞士科学家 Haberm E J 等开发了谷物预测预报系统 EPIPRE。EPIPRE 可以准确地预报使用杀虫剂的日期，并为化学药剂的合理使用提供了方案，很大程度上地降低了环境的污染。HUANG 研发了一种用于农业环境监控的无线传感器网络节点模型。无线传感器网络节点被放置在土壤中，用来采集土壤的参数。这些节点可以在有效地范围内通信，组合成网络。经计算每个节点可以连续工作 3 年左右，这个网络系统大大地提高了农业管理和境保护水平。网络用户同时可通过该计算机，查询各地的病虫发生及防治信息，实现信息共享。同时，农林部农业技术科，农村振兴厅作物保护课等都与国家气象台联了网，有关的气象观测数据每1h公布变换一次。这些气象资料就及时获得，对于辅助分析大区病虫发生趋势具有十分重要的作用。另外，对于各个监测点进行短期病虫预报所需要的农田小气候资料，在观测圃内都安装了农田小气候自动观测仪，其观测数据则由气候采集器直接与计算机联网，计算机可随时获取

有关的田间小气候资料，并且每soin进行一次分析处理，达到更准确、及时地监测和控制病虫害。我国在这些方面的工作还是取得了一定的成绩。过去，我国的病虫信息主要也是通过邮局邮件来传递，到20世纪70年代末开始采用专用“模式电报”来传递病虫害信息，速度比郎递有所加快。进人90年代，开始使用电话和传真来传递，虽然速度更快了，但分析处理起来还是比较烦琐。自1996年起，全国农技推广服务中心测报处组织开发了Novell计算机网络信息系统Pest 一Net，并与各省站和部分地县级区域站进行了联网。开创了我国计算机网络技术在测报上的应用。但这方面的工作对我国来说还仅仅是刚起步，还有待边一步完善。由于经费的缺乏和技术人员的不足，我们的测报计算机网络还不健全，从咋央、省到地县还未全部实现计算机联网，因此中央、省及各区域站之间还不能通过网络实现病虫信息和预测情报互相交流，通过网络收集各区域站的观测数据再由计算机进行输助分析预测也不能实现，特别是现在展已日臻完善的Web数据库技术，它将Interne了技术和数据库管理系统有机融合在一起。一技术的最大特点就是用户可以通过网络来更新数据库的记录，因此，用户既是信息的使用者也是信息的提供者，大大降低了数据库维护的工作量和强度，这一高新技术的发展也为提高测报数据库的管理水平创造丁’有利条件，但其前提条件是必须实现计算机联网，否则无法显示其优越性。此外，我国的测报部门与气象部门也未实现联网，因此气象数据的获得也比较繁琐。各地县区域灿还没有一个站配备有田间小气候自动观测仪。[16]

4.“3S’，技术在测报上的应用

“3S"技术是指遥感技术(RemoteSensingTe(hnology，简称RS)、全球定位系统(GlobalPositioningSystem，简称GPS)和地理信息系统(GeographieInformationSys-tem，简称GIS)。由于农作物病虫害发生和分布的时空性，部分传统型的信息系统很难满足农作物病虫害管理监测以及预测防治的要求，而基于 GIS 平台的农作物病虫害监测预警系统能满足其时空数据处理的要求，有效地解决了上述问题。我国自 20 世纪后期开始 GIS 在病虫害监测方面的应用研究，并取得了一定的研究成果。目前已有的基于GIS 的农作物病虫害监测预警系统大致可划分为桌面GIS 应用系统、基于组件式 GIS 的监测预警系统和基于WEBGIS 的监测预警系统 3 类。[17]其中，早期研究多为桌面GIS 应用阶段，随着 GIS 技术以及 Internet 技术的发展，基于WEBGIS 的监测预警平台成为主流，同时伴随有少数基于组件式GIS 的农作物病虫害监测预警系统。桌面 GIS 应用早期基于GIS 的农作物病虫害监测预警系统多倾向于将GIS 桌面工具作为控件嵌入系统或直接基于桌面GIS 平台并运用其内建语言开发特定的功能，主要应用于对病虫害相关资料的后期分析处理，这种方法对于病虫害的监测预警来说，其时效性和应用面都受到较大的影响。马冠韬等通过将GIS 作为一个控件对象嵌入到 VB6.0环境当中来利用其GIS 作图和显示功能；汪四水等利用数据管理系统对虫情数据进行按候累加后，处理成相应的接口文档后自动转入由ESRI 公司推出的 GIS 软件体系ArcInfo，再利用其强大的空间分析和显示功能，将该虫情数据在发生区域内进行动态显示；陈志刚基于ArcInfo 的核心功能组件Arcmap，以其内建开发语言 VBA 开发应用地理信息系统，以充分利用 ArcInfo 现有功能和部件。通过以上的介绍，我们可以看出，我国的测

报水平和测报技术与先进国家相比还有很大的差距。从差距中找原因，我们不难看出，要将这些高新技术应用到生产上，需要很大的资金投人，因此政府在这方面必须加大投人。同时，从上面介绍的高新技术在测报上的应用来看，它是多学科多部门协作的结果，需要多学科的科技人才和多部门共同参与才能完成，而这方面恰恰是我们的薄弱环节，阻碍了测报技术水平的发展。需要我们在今后认真加以解决。测报部门要加强与其他学科的科技人员和部门的密切配合，共同推进测报技术水平的发展。[18]