青稞黑穗病的发病规律与防治方法*

邵美云

（西藏民族大学，陕西 咸阳 712000）

青稞（Hulless barley），别名裸大麦、米大麦、元麦，是禾本科大麦属的一种，为禾谷类作物，多分布于我国西北、西南各省，适宜在高原清凉气候下生长，具有适应性广、耐寒性强以及高产早熟等显著特征。青稞不仅是藏区居民的主要粮食、畜料及燃料，还是啤酒、医药等的生产原料，具有相当高的价值[1]。青稞在种植生产过程中，不可避免地会受到诸多病虫害的影响。其中，黑穗病在青稞中具有很高的发病率，并有逐年加重的发展趋势。黑穗病会不断侵蚀青稞植株，影响青稞的产量与质量，给种植户造成较大的经济损失。基于此，笔者针对青稞黑穗病的发病规律，研究探讨了青稞黑穗病防治方法。

1 青稞黑穗病的发病规律

黑穗病，属真菌性病害，是青稞生产过程中比较常见的一种病症，患此病的青稞，轻则减产，重则绝产。黑穗病主要是侵害青稞的幼苗，即青稞幼苗期很容易感染黑穗病，或者说是该病害的高发期。其主要通过种子携带真菌来传播，在每年青稞脱粒的时候，黑穗病散发出的冬孢子能够有效附着于青稞种子上，青稞播种后，冬孢子便会萌发菌丝并逐步侵入青稞芽中，伴随着青稞的生长而不断成长与扩散。在青稞抽穗前，黑穗病会严重危害青稞的花器与种子，产生大量冬孢子，导致大量青稞形成病穗[2]。而在此过程中，如果温度及湿度比较适宜，黑穗病孢子便会很快开始萌发，对青稞种皮及颖壳造成侵染与损害。通常来讲，在青稞抽穗前，一般并不会出现相关症状。但是，一旦抽穗，病穗症状便会出现。这会使得病穗外侧出现很多黑粉，病穗生长变形，导致青稞畸形与发育不良，不够结实，会对青稞产量与质量造成重大影响。

黑穗病也可以通过粪肥带菌的途径传播。具体来讲，青稞收获后，植株与病株脱粒，秸秆等会作为喂养饲料投入畜舍。而黑穗病病菌孢子生命力很强，经消化仍可存活，会随家畜粪便排出，在土壤中甚至还可以存活三年。如果种植户未对堆肥发酵就直接使用，会使土壤带病，也就使土壤成为重要的侵染来源。

2 作物病虫害光谱响应生理机制

传统的病虫害监测防治方式仍然是以田间调查为主，即通过人工目测的方法来判断植株的症状，得出植株病虫害等级。这样的方式不仅费时费力，而且难以完成大面积的作物监测，调查所得结果也很容易受到人为主观因素的干扰，从而造成误判。加上病虫害的发生存在很多不确定性，传统监测又存在一定的滞后性，所以很容易导致农药误用或滥用，不仅不利于作物生长，还会对环境造成污染。对此，笔者根据冠层光谱反射率特征，开发了一种新型有效的光学远程监测设备。该设备基于遥感技术，用于大面积监测和快速识别作物病虫害，通过目标物反射的信息，在不与目标物接触的情况下，实时监测青稞生长情况，尽早发现如黑穗病等病虫害，对大面积青稞作物区实施全方位、动态化的监测，进一步推动农业向着高效、生态、优质和现代信息化发展[3]。

当作物受到病虫害胁迫时，其内部理化特征及结构特征会发生相应的改变，尤其是外形会变得枯黄甚至凋零。在此过程中，作物的光谱在不同波段也会有所不同，吸收与反应特征发生变化，出现不同的光谱响应。一是叶片等器官的细胞内部结构能够对光造成不同程度反射；二是植物细胞生物化学成分，如叶片水分、色素等吸收作用的影响。由此可见，基于光谱响应的多效性，将光谱响应特征经过形式化与定量化表达，可以深入了解作物病虫害侵害种类、程度等。

3 基于不同平台的青稞黑穗病监测

3.1 基于近地高光谱平台的遥感监测

基于近地高光谱平台的遥感监测，主要是利用非成像地物光谱仪来测量青稞受黑穗病胁迫后冠层、叶片的光谱反射率，或者是利用地面成像光谱来获取近地光谱图像，收获高光谱数据。高光谱具有范围窄、波段多、信息冗余等诸多特点，相较于传统的遥感监测，可以探测到更多隐匿物质[4]。基于近地高光谱平台的遥感监测，可为青稞黑穗病监测的定性与定量化参数提取及机理估算模型的构建提供必要的支持并奠定有效基础。当然，也有非成像与成像之分，这都需要人们进行深入研究。

首先，就基于近地非成像高光谱遥感识别而言，多是以传感器来接受被探测对象的反射与电磁波，从而探取光谱数据信息。ASD FieldSpec FR Fro 2500光谱仪的出现，可直接用于地面获取目标物体光谱曲线。近年来，国内外学者围绕光谱数据的相关研究越发深入且广泛。比如利用ASD高光谱仪测定青稞黑穗病冠层光谱反射率，同时利用逐步与线性判别的办法，结合分层聚类得出敏感波段，对识别黑穗病具有很好的效果。再比如，可以利用一阶微分最大值法提取光谱红边位置，进而构建作物指数。此方式精度高，可以提前12天实现病害识别。

其次，就基于近地高光谱遥感识别而言，高光谱成像技术于19世纪80年代形成并逐渐发展。作为一项新兴的遥感技术，其既能准确获得目标物图像，又能得出每一像素点的连续光谱信息[5]。由于具有很高的分辨率，故可获取“图谱合议”的遥感数据。结合光谱图像信息的分析与提取，可以得出青稞的颜色、纹理及位置等。与此同时，结合对光谱信息的高纬度数据压缩及特征波长的提取，可以实现对青稞内部特征的监测。利用高光谱成像系统，获取青稞黑穗病的图谱数据，进而筛选出敏感波，借助支持向量机得出判别模型，能够达到较高的青稞黑穗病分类精度。

综上所述，基于近地高光谱平台的遥感监测技术先进且精度较高，同时具有获取光谱段多、波段连续以及数据量大等显著优点。但近地平台也存在着探测面积小，容易受地面地势情况的影响，而且成本相对较高等缺点。另外，除了ASD FieldSpec FR Fro 2500光谱仪设备以外，还有成像高光谱仪（Gaisskymin2）等部分常用设备。

3.2 基于航空遥感平台的遥感监测

航空遥感又被称为机载遥感，是一种借助航空飞行器，搭载传感器，从空中对目标进行遥测的探测手段。当前，随着科学技术的发展，航空遥感的技术手段也比较多样，多层次、立体化的现代遥感信息采集系统成为现实。航空遥感作为一种现代空间数据获取的技术手段，其优势也比较突出，比如探测面积大、成像比例大、分辨率高、信息容量大等。而这也正好满足了青稞黑穗病监测的需要。与此同时，基于航空遥感平台的遥感监测方法，也是一种无损测试技术[6]。也就是说，在不破坏作物结构的基础上，实时监测青稞的生长状况，及时掌握青稞黑穗病的发生情况，为黑穗病测报提供信息与依据，便于采用迅速有效的防治措施。

随着数码图像技术的发展与应用，其高效、实时、无损等特征优势使得青稞黑穗病遥感检测更加便捷高效。其中，特别是无人机遥感。无人机遥感，简单来讲就是在无人机上安装一台功能强大的照相机，然后通过获取与分析图像来得出相应数据。需要特别强调的是，无人机遥感并非只有低空拍照，其真正的作用在于获取图像并从中提取有价值的信息加以应用。比如在青稞黑穗病的监测中，无人机配合遥感系统联合作业，将低空拍摄的作物影像资料实时传输至计算机，然后结合对影像资料的分析，发现青稞黑穗病的发生情况，以此为依据来进行有针对性的防治。具体来讲，利用ASD FieldSpec FR Fro 2500光谱仪和GPS同步获取近地青稞穗光谱数据和相应的点位信息，定位青稞黑穗病感染区域。或者是利用多时相高光谱航空飞行数据，来检测青稞黑穗病的发病范围及程度[7]。随着飞行器的不断推陈出新，市场上出现了各种低空飞行器，比如轻小型飞机、无人机以及热气球等。其中，特别是无人机，更是为遥感领域的创新及多元化发展提供了更多的思路及可能性。结合当前的实践应用，低空遥感飞行，比如无人机遥感系统，因具备成本低、操作方便、灵活机动、适应性强等特点，成为遥感系统中的一个重要组成部分。未来，使用无人机搭载遥感技术，是极具潜力的操作技术，也是快速实时监测青稞黑穗病的重要手段之一。

基于航空遥感平台的遥感监测具有风险低、灵活性强、使用与维护边界、飞行时间短且监测范围较大等显著优势，能有效弥补卫星遥感和普通航空遥感实效性不强、缺乏灵活性、受天气条件限制等不足。当然，其也存在着一定的缺点，比如很容易受到风速的影响，机身的稳定性有待提升，自身承重能力有限，电池续航能力不足等。

3.3 基于卫星平台的遥感监测

航天遥感就是以卫星以及航天飞行器等作为平台的遥感，卫星遥感是航天遥感中最常见且应用最为广泛的技术。卫星遥感技术，就是利用卫星（人造）作为传感器的搭载平台，通过远距离地接受地面目标物的反射或辐射的电磁波，从中探取光谱特征信息，获取目标物的图像与光谱数据，从而实现定性、定量以及定位描述的一种技术[8]。卫星也有多种类型，如果按照运行轨迹及所使用的传感器类型不同来分类的话，可以分为地球同步卫星、导航卫星、极地轨道卫星等。总体而言，卫星遥感技术的优势比较突出与多样，比如可实施连续观测，视点高，采集数据广以及影像信息资料丰富等。而缺点也是存在的，比如影像存在混合单元，空间分辨率相对较为不足等[9]。随着卫星遥感技术的发展，卫星上所搭载的传感器技术也越来越成熟。由此，也为实现对青稞生长状况的实时监测，对黑穗病予以及时预警提供了有力的技术支持和条件保障。

从卫星遥感技术领域的研究来看，国外相关研究起步较早。尤其是美国，作为发射第一颗气象卫星的国家，其于1960年就开始将此技术应用于天气预测，而后便开始用于监测作物病虫害。而国内自1970年成功发射第一颗人造卫星以来，历经五十多年的发展，已经形成了对地观测卫星系列，包括地球遥感及监视卫星等。卫星及卫星应用体系得以构建，同时发挥着越来越重要的作用。国内对于青稞黑穗病卫星遥感的研究起步较晚。但可以预见的是，随着技术的应用及实践的不断拓展，应用卫星遥感可全面有效地指导青稞黑穗病监测防治。

伴随着现代社会的发展，人们对于农业种植生产也提出了更高层次的要求。其中，与传统的病虫害监测方法相比，遥感以实时、大面积、无损害等监测特点，具有显著的优势及发展潜力[10]。当然，黑穗病只是青稞病虫害的一种，由于整个病虫害发病机理复杂多变，加上遥感技术仍然有很多不完善的地方，所以实践应用过程中也面临着一些问题。比如对光谱特征的专属性认知不足，缺乏对青稞黑穗病危害类型的比较研究，缺乏多源遥感信息的综合应用，监测模型普适性较差等问题存在且突出。要想更好地发挥遥感技术对病虫害的监测作用，使其更好地服务于农业种植与生产，就必须关注问题，解决问题。

未来，笔者认为应做好以下几方面的工作：一是要应用多时相遥感数据进一步开展青稞黑穗病的遥感监测，尝试综合使用基于不同平台的遥感数据；二是要建立包含青稞黑穗病在内的病虫害光谱库，以提升对复杂农田环境的适应能力，这对指导实践生产具有尤为突出的意义；三是要构建全国性的监测信息服务系统，在获取遥感监测相关数据的同时，挖掘其中有价值的信息并实时共享，大范围推广与应用病虫害监测系统，实时动态监测包括黑穗病在内的青稞病虫害，为综合防治提供有力的保障；四是要加强与国际的合作交流，在建立遥感监测病虫害协同合作机制的同时，特别要学习国外先进技术手段及有益经验，为国内青稞黑穗病等遥感监测提供指导和帮助。