河南省小麦农情监测技术探讨

王红云

（辉县市农业农村局，河南 辉县 453600）

0 引言

河南省作为传统农业大省，非常注重粮食生产。河南省通过出台一系列支持农业发展的政策，促进全省农业增产、稳产，保障农业产业高质量发展。河南省是我国冬小麦的核心产区，小麦常年种植面积稳定在566.67万hm以上，总产量常年保持在350亿kg以上，小麦种植总面积占全国的近25%，小麦年产量占全球年产量的12.5%左右。开展冬小麦农情监测是实现河南省小麦稳产、高产的重要技术手段。近年来，河南省投入大量的财政资金，逐步构建和完善小麦农情监测预警体系。目前，河南冬小麦农情监测体系已初步建立，并在全省小麦生产中发挥了积极作用。

1 河南省冬小麦农情监测主要系统

小麦农情是指从播种、出苗、生长、成熟到收割的小麦全生育周期大田生长实时状况。当前，河南省主要借助物联网技术、遥感技术来实现冬小麦农情精准监测。

1.1 基于物联网技术的小麦“四情”监测预警系统

小麦“四情”监测预警系统是基于物联网技术，动态监测田间作物墒情、苗情、病虫情及灾情的监测预警系统。该监测预警系统由集成5G通信模块实现远程无线数据传输的土壤墒情自动监测系统，田间小气候、苗情、灾情自动监测系统，以及大田病虫害自动监测系统、专家诊断系统、客户端管理系统等组成。用户可以通过电脑端和手机端登录监测预警系统客户端，实时读取监测系统数据或影像，了解监测点的气象、环境、墒情、病虫害状况和作物长势等情况，实现远程诊断与专家会商。该监测预警系统中的专家诊断系统现可自动生成作物问题解决方案，提升小麦田间管理效率和效益，助力小麦丰产和农民增收。

1.1.1 土壤墒情自动监测系统。该系统是针对小麦田间耕作层土壤含水量、土壤温度、电导率等进行测定，并实时传输数据。监测数据统一由自动监测站发送到网络数据平台，并按照统一格式进行存储，通过图表形式直观展现给用户。平台设置有图形预警和灾情渲染模块，可以根据作物种类和土壤类型设定不同的预警阈值，当实测数据低于预警阈值时，平台会及时向用户发送预警信息；同时灾情渲染模块将按照灾情严重程度分为不同颜色，在省级行政地图上以点的形式展现，可直观显示各区域的灾情动态信息。

1.1.2 田间小气候、苗情、灾情自动监测系统。该系统可将田间小麦长势通过实时影像画面展现在客户端，对田间小气候各项数据进行实时采集和传输，对异常气候和苗情进行预警，并自动生成专家解决方案，实现对小麦播种、施肥、灌溉、施药、除草和收割等全生产过程的管理。

1.1.3 大田病虫害自动监测系统。该监测系统可实现农业病虫害自动诱杀（农业昆虫）、孢子捕捉（农业病害）、收集、分类归集、自动拍照和数量统计等工作，实现远程自动上传病虫害采集数据，形成病虫害数据库，并通过图表和数据列表的形式在客户端展现。利用该系统，用户可实时远程了解田间病虫害发生状况，制订防控措施。

1.1.4 专家诊断系统。诊断系统分为系统自带专家系统和远程专家会商系统2种。前者为系统根据数据信息自动生成的专家方案；后者为在线专家根据用户上报的小麦田间监测数据、图片、视频及文字描述资料进行远程诊断和会商，最终给出专家方案。

1.1.5 系统客户端管理系统。小麦“四情”监测预警系统可以实现区域组网，根据用户管理级别给予不同的管理权限，级别越高，管理权限越大，用户可根据权限范围实时查看、下载管理站点和区域的监测数据。用户可通过移动端和PC端，无线或在线实时监管物联网监控平台，进行系统的运行维护和管理。

1.2 基于遥感技术的小麦长势遥感监测系统

小麦大田长势相关信息，是田间光、热、水等气候要素对小麦生长直接作用的具体表现。基于遥感技术的小麦长势遥感监测系统可利用多种遥感数据源（环境卫星、地球观测系统、SPOT5卫星等）进行小麦长势监测，以遥感技术、地理大数据技术、全球定位系统（Global Positioning System，GPS）、互联网和数据库等为支持，对植被指数进行自动计算、分类与关系分析，实现对小麦大田宏观、动态的实时监测，具有其他监测技术不可比拟的技术优势。利用遥感监测系统可以对小麦苗情、长势、产量、气候动态和区域分布状况等进行宏观测评，及时了解小麦大田种植区域墒情、苗情、农田气候和病虫害发生情况的动态变化，为小麦的大田管理提供科学支持。

1.2.1 小麦长势监测指标。小麦的生长发育过程是一个极其复杂的系统生理生长过程，其生长发育受光照、温度、水分、土壤、肥料、病虫草害、灾害性气候和农业管理措施等一系列因素的影响。因此，小麦的生长状况是多种因素综合作用的结果。其生长状况可以用一些能够反映其生长特征且与该生长特征密切相关的因子进行表征，如长势等。小麦长势是反映其生长状况和产量的重要指标。由于遥感监测系统的工作原理是以作物光谱特征为依据，即作物在可见光部分（被叶绿素吸收）有较强的吸收峰，近红外波段（受叶片内部构造影响）有强烈的反射率形成突峰，这些敏感波段及其组合可以反映作物生长的空间信息、变化情况等。小麦长势遥感监测指标以归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index，NDVI）、叶面积指数（LEAF AREA INDEX，LAI）等为代表。

叶面积指数是指单位土地面积上植物叶片总面积占土地面积的倍数，即叶面积指数=叶片总面积/土地面积。经过试验发现，叶面积指数是综合反映小麦长势的综合指数，其与小麦长势的个体特征和群体特征相关。小麦叶面积指数是作物光合作用强弱的直接体现，叶面积指数越大，光合作用越强，反之则越弱。因此，可以用叶面积指数来监测小麦长势。归一化植被指数与作物的叶面积指数具有紧密的相关性，在作物的生长势监测中常被作为反映小麦生长状况的重要指标。

1.2.2 小麦长势监测方法。大田小麦长势监测包括实时监测和过程监测2种。实时监测是将实时的NDVI图像值，使其与往年特定或多年平均NDVI图像值进行对比，以反映实时的小麦长势差异，还可以对差异值进行统计与分析，进而得出当时区域内小麦生长情况。过程监测主要是通过时序NDVI图像来构建作物生长过程，通过生长过程年际间的对比来反映作物的生长状况。在小麦全生命周期，通过遥感卫星监测小麦绿度值的持续变化，实现对小麦大田生长势的动态监测。随着连年监测数据的积累，将当年的时间变化曲线与历年的曲线对比，可以实现精准测产、合理制订大田管理方案等。

1.2.3 应用实例。以河南省冬小麦为例，以地球观测系统（EOS MODIS）影像为数据源，结合田间控制试验，将小麦生长模拟和遥感、地理大数据技术（Geographic Information System，GIS）相结合，辅以地面农业气象观测与调查，研究冬小麦长势遥感监测指标。通过研究发现，NDVI在冬小麦全生育期的长势监测过程中较其他植被指数有明显的表征效果。另外，以NDVI反演出的LAI在表征冬小麦长势分级方面准确性较高，可以作为科学分苗的依据。

2 问题与对策

近年来，河南省不断探索建立和完善小麦农情监测系统，已初步形成基于物联网技术和遥感技术的监测网络，通过远程监测逐步实现了小麦墒情监测、田间小气候监测、病虫害测报、小麦田间长势监测、灾情测报和大田测产等一系列成果。但是，在小麦农情监测工作中还存在短板，如农情监测体系不够完善、监测结果未及时用于指导生产、预警应急保障不到位等。

2.1 建立健全小麦农情监测组织体系

2.1.1 制度建设是前提。河南省农业主管部门应牵头制定和完善相关制度体系，以制度为抓手规范农情监测平台和体系规范有序发展。同时，根据农情监测体系特点制定程序性文件，保障农情监测体系建设的目标性、计划性、配套性、系统性和可操作性。

2.1.2 组织建设是保障。河南省应建立省级、地市级、县乡（镇）三级组织体系，明确各级组织工作目标任务，落实农情监测体系目标责任制。按照三级组织体系，由省级农业主管部门制定总体农情监测体系规划，层层抓落实，避免人浮于事、落而不实现象的发生。

2.1.3 建立人才队伍体系是关键。人才是农情监测体系建设的核心，建立精干高效的农情监测工作队伍是保障农情监测体系高效、有序运行的根本。因此，应依照重点突出、覆盖全面、网络健全的思路，配备足够的技术和管理人才，形成纵横联络、全覆盖的农情监测网络体系。

2.2 建立健全小麦农情监测预警和信息发布系统

河南省农业相关部门应借助物联网、移动通信、云计算等现代信息技术，完善小麦农情监测预警与信息发布系统，建立监测预警专家会商系统和统一的小麦农情信息发布平台。同时，相关部门应根据受众阅读习惯，充分发挥新媒体信息传播的及时性、便捷性，积极运用微信、微博等渠道开展农情信息发布与传播。另外，河南省应立足小麦生产核心区的战略定位，坚持问题导向，持续技术创新和组织创新，提升农情监测系统的科学性、先进性，培养一支高素质的小麦农情监测预警人才队伍。

2.3 充分利用农情监测预警，增强抗灾减灾能力

近年来，河南省小麦农业气象灾害防御形势不容乐观，干旱、洪水、冰雹、热害、冷害和干热风等对小麦生产带来了不利影响。对此，河南省农业相关部门应充分利用农情监测数据和预警系统，做好小麦农情数据采集、上报、分析和会商工作，增强抗灾减灾能力。一是各级农业主管部门要牢牢树立抗灾减灾保生产的理念，按照组织分工，加强工作合作与协调，上下联动，将救灾政策落实到位、救灾物资下发到位、救灾资金补贴到位。二是加强灾害预警服务，整合各种信息，建立统一的发布平台，保证预警信息第一时间发布到基层，进村入户。三是农业主管部门要与气象部门加强联系和沟通，在农业生产关键期实时掌握天气动态，加强对干旱、冰雹等灾害性天气的动态监测与联防联控。四是各级农技技术人员要充分发挥小麦监测预警体系的组织优势，认真开展小麦大田的墒情、苗情、病虫情调查，掌握一线情况，组织专家会商，为小麦大田生产管理提供指导意见。