青稞黑穗病的發病規律與防治方法*

邵美云

（西藏民族大學，陜西 咸陽 712000）

青稞（Hulless barley），別名裸大麥、米大麥、元麥，是禾本科大麥屬的一種，為禾谷類作物，多分布于我國西北、西南各省，適宜在高原清涼氣候下生長，具有適應性廣、耐寒性強以及高產早熟等顯著特征。青稞不僅是藏區居民的主要糧食、畜料及燃料，還是啤酒、醫藥等的生產原料，具有相當高的價值[1]。青稞在種植生產過程中，不可避免地會受到諸多病蟲害的影響。其中，黑穗病在青稞中具有很高的發病率，并有逐年加重的發展趨勢。黑穗病會不斷侵蝕青稞植株，影響青稞的產量與質量，給種植戶造成較大的經濟損失。基于此，筆者針對青稞黑穗病的發病規律，研究探討了青稞黑穗病防治方法。

1 青稞黑穗病的發病規律

黑穗病，屬真菌性病害，是青稞生產過程中比較常見的一種病癥，患此病的青稞，輕則減產，重則絕產。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，或者說是該病害的高發期。其主要通過種子攜帶真菌來傳播，在每年青稞脫粒的時候，黑穗病散發出的冬孢子能夠有效附著于青稞種子上，青稞播種后，冬孢子便會萌發菌絲并逐步侵入青稞芽中，伴隨著青稞的生長而不斷成長與擴散。在青稞抽穗前，黑穗病會嚴重危害青稞的花器與種子，產生大量冬孢子，導致大量青稞形成病穗[2]。而在此過程中，如果溫度及濕度比較適宜，黑穗病孢子便會很快開始萌發，對青稞種皮及穎殼造成侵染與損害。通常來講，在青稞抽穗前，一般并不會出現相關癥狀。但是，一旦抽穗，病穗癥狀便會出現。這會使得病穗外側出現很多黑粉，病穗生長變形，導致青稞畸形與發育不良，不夠結實，會對青稞產量與質量造成重大影響。

黑穗病也可以通過糞肥帶菌的途徑傳播。具體來講，青稞收獲后，植株與病株脫粒，秸稈等會作為喂養飼料投入畜舍。而黑穗病病菌孢子生命力很強，經消化仍可存活，會隨家畜糞便排出，在土壤中甚至還可以存活三年。如果種植戶未對堆肥發酵就直接使用，會使土壤帶病，也就使土壤成為重要的侵染來源。

2 作物病蟲害光譜響應生理機制

傳統的病蟲害監測防治方式仍然是以田間調查為主，即通過人工目測的方法來判斷植株的癥狀，得出植株病蟲害等級。這樣的方式不僅費時費力，而且難以完成大面積的作物監測，調查所得結果也很容易受到人為主觀因素的干擾，從而造成誤判。加上病蟲害的發生存在很多不確定性，傳統監測又存在一定的滯后性，所以很容易導致農藥誤用或濫用，不僅不利于作物生長，還會對環境造成污染。對此，筆者根據冠層光譜反射率特征，開發了一種新型有效的光學遠程監測設備。該設備基于遙感技術，用于大面積監測和快速識別作物病蟲害，通過目標物反射的信息，在不與目標物接觸的情況下，實時監測青稞生長情況，盡早發現如黑穗病等病蟲害，對大面積青稞作物區實施全方位、動態化的監測，進一步推動農業向著高效、生態、優質和現代信息化發展[3]。

當作物受到病蟲害脅迫時，其內部理化特征及結構特征會發生相應的改變，尤其是外形會變得枯黃甚至凋零。在此過程中，作物的光譜在不同波段也會有所不同，吸收與反應特征發生變化，出現不同的光譜響應。一是葉片等器官的細胞內部結構能夠對光造成不同程度反射；二是植物細胞生物化學成分，如葉片水分、色素等吸收作用的影響。由此可見，基于光譜響應的多效性，將光譜響應特征經過形式化與定量化表達，可以深入了解作物病蟲害侵害種類、程度等。

3 基于不同平臺的青稞黑穗病監測

3.1 基于近地高光譜平臺的遙感監測

基于近地高光譜平臺的遙感監測，主要是利用非成像地物光譜儀來測量青稞受黑穗病脅迫后冠層、葉片的光譜反射率，或者是利用地面成像光譜來獲取近地光譜圖像，收獲高光譜數據。高光譜具有范圍窄、波段多、信息冗余等諸多特點，相較于傳統的遙感監測，可以探測到更多隱匿物質[4]。基于近地高光譜平臺的遙感監測，可為青稞黑穗病監測的定性與定量化參數提取及機理估算模型的構建提供必要的支持并奠定有效基礎。當然，也有非成像與成像之分，這都需要人們進行深入研究。

首先，就基于近地非成像高光譜遙感識別而言，多是以傳感器來接受被探測對象的反射與電磁波，從而探取光譜數據信息。ASD FieldSpec FR Fro 2500光譜儀的出現，可直接用于地面獲取目標物體光譜曲線。近年來，國內外學者圍繞光譜數據的相關研究越發深入且廣泛。比如利用ASD高光譜儀測定青稞黑穗病冠層光譜反射率，同時利用逐步與線性判別的辦法，結合分層聚類得出敏感波段，對識別黑穗病具有很好的效果。再比如，可以利用一階微分最大值法提取光譜紅邊位置，進而構建作物指數。此方式精度高，可以提前12天實現病害識別。

其次，就基于近地高光譜遙感識別而言，高光譜成像技術于19世紀80年代形成并逐漸發展。作為一項新興的遙感技術，其既能準確獲得目標物圖像，又能得出每一像素點的連續光譜信息[5]。由于具有很高的分辨率，故可獲取“圖譜合議”的遙感數據。結合光譜圖像信息的分析與提取，可以得出青稞的顏色、紋理及位置等。與此同時，結合對光譜信息的高緯度數據壓縮及特征波長的提取，可以實現對青稞內部特征的監測。利用高光譜成像系統，獲取青稞黑穗病的圖譜數據，進而篩選出敏感波，借助支持向量機得出判別模型，能夠達到較高的青稞黑穗病分類精度。

綜上所述，基于近地高光譜平臺的遙感監測技術先進且精度較高，同時具有獲取光譜段多、波段連續以及數據量大等顯著優點。但近地平臺也存在著探測面積小，容易受地面地勢情況的影響，而且成本相對較高等缺點。另外，除了ASD FieldSpec FR Fro 2500光譜儀設備以外，還有成像高光譜儀（Gaisskymin2）等部分常用設備。

3.2 基于航空遙感平臺的遙感監測

航空遙感又被稱為機載遙感，是一種借助航空飛行器，搭載傳感器，從空中對目標進行遙測的探測手段。當前，隨著科學技術的發展，航空遙感的技術手段也比較多樣，多層次、立體化的現代遙感信息采集系統成為現實。航空遙感作為一種現代空間數據獲取的技術手段，其優勢也比較突出，比如探測面積大、成像比例大、分辨率高、信息容量大等。而這也正好滿足了青稞黑穗病監測的需要。與此同時，基于航空遙感平臺的遙感監測方法，也是一種無損測試技術[6]。也就是說，在不破壞作物結構的基礎上，實時監測青稞的生長狀況，及時掌握青稞黑穗病的發生情況，為黑穗病測報提供信息與依據，便于采用迅速有效的防治措施。

隨著數碼圖像技術的發展與應用，其高效、實時、無損等特征優勢使得青稞黑穗病遙感檢測更加便捷高效。其中，特別是無人機遙感。無人機遙感，簡單來講就是在無人機上安裝一臺功能強大的照相機，然后通過獲取與分析圖像來得出相應數據。需要特別強調的是，無人機遙感并非只有低空拍照，其真正的作用在于獲取圖像并從中提取有價值的信息加以應用。比如在青稞黑穗病的監測中，無人機配合遙感系統聯合作業，將低空拍攝的作物影像資料實時傳輸至計算機，然后結合對影像資料的分析，發現青稞黑穗病的發生情況，以此為依據來進行有針對性的防治。具體來講，利用ASD FieldSpec FR Fro 2500光譜儀和GPS同步獲取近地青稞穗光譜數據和相應的點位信息，定位青稞黑穗病感染區域。或者是利用多時相高光譜航空飛行數據，來檢測青稞黑穗病的發病范圍及程度[7]。隨著飛行器的不斷推陳出新，市場上出現了各種低空飛行器，比如輕小型飛機、無人機以及熱氣球等。其中，特別是無人機，更是為遙感領域的創新及多元化發展提供了更多的思路及可能性。結合當前的實踐應用，低空遙感飛行，比如無人機遙感系統，因具備成本低、操作方便、靈活機動、適應性強等特點，成為遙感系統中的一個重要組成部分。未來，使用無人機搭載遙感技術，是極具潛力的操作技術，也是快速實時監測青稞黑穗病的重要手段之一。

基于航空遙感平臺的遙感監測具有風險低、靈活性強、使用與維護邊界、飛行時間短且監測范圍較大等顯著優勢，能有效彌補衛星遙感和普通航空遙感實效性不強、缺乏靈活性、受天氣條件限制等不足。當然，其也存在著一定的缺點，比如很容易受到風速的影響，機身的穩定性有待提升，自身承重能力有限，電池續航能力不足等。

3.3 基于衛星平臺的遙感監測

航天遙感就是以衛星以及航天飛行器等作為平臺的遙感，衛星遙感是航天遙感中最常見且應用最為廣泛的技術。衛星遙感技術，就是利用衛星（人造）作為傳感器的搭載平臺，通過遠距離地接受地面目標物的反射或輻射的電磁波，從中探取光譜特征信息，獲取目標物的圖像與光譜數據，從而實現定性、定量以及定位描述的一種技術[8]。衛星也有多種類型，如果按照運行軌跡及所使用的傳感器類型不同來分類的話，可以分為地球同步衛星、導航衛星、極地軌道衛星等。總體而言，衛星遙感技術的優勢比較突出與多樣，比如可實施連續觀測，視點高，采集數據廣以及影像信息資料豐富等。而缺點也是存在的，比如影像存在混合單元，空間分辨率相對較為不足等[9]。隨著衛星遙感技術的發展，衛星上所搭載的傳感器技術也越來越成熟。由此，也為實現對青稞生長狀況的實時監測，對黑穗病予以及時預警提供了有力的技術支持和條件保障。

從衛星遙感技術領域的研究來看，國外相關研究起步較早。尤其是美國，作為發射第一顆氣象衛星的國家，其于1960年就開始將此技術應用于天氣預測，而后便開始用于監測作物病蟲害。而國內自1970年成功發射第一顆人造衛星以來，歷經五十多年的發展，已經形成了對地觀測衛星系列，包括地球遙感及監視衛星等。衛星及衛星應用體系得以構建，同時發揮著越來越重要的作用。國內對于青稞黑穗病衛星遙感的研究起步較晚。但可以預見的是，隨著技術的應用及實踐的不斷拓展，應用衛星遙感可全面有效地指導青稞黑穗病監測防治。

伴隨著現代社會的發展，人們對于農業種植生產也提出了更高層次的要求。其中，與傳統的病蟲害監測方法相比，遙感以實時、大面積、無損害等監測特點，具有顯著的優勢及發展潛力[10]。當然，黑穗病只是青稞病蟲害的一種，由于整個病蟲害發病機理復雜多變，加上遙感技術仍然有很多不完善的地方，所以實踐應用過程中也面臨著一些問題。比如對光譜特征的專屬性認知不足，缺乏對青稞黑穗病危害類型的比較研究，缺乏多源遙感信息的綜合應用，監測模型普適性較差等問題存在且突出。要想更好地發揮遙感技術對病蟲害的監測作用，使其更好地服務于農業種植與生產，就必須關注問題，解決問題。

未來，筆者認為應做好以下幾方面的工作：一是要應用多時相遙感數據進一步開展青稞黑穗病的遙感監測，嘗試綜合使用基于不同平臺的遙感數據；二是要建立包含青稞黑穗病在內的病蟲害光譜庫，以提升對復雜農田環境的適應能力，這對指導實踐生產具有尤為突出的意義；三是要構建全國性的監測信息服務系統，在獲取遙感監測相關數據的同時，挖掘其中有價值的信息并實時共享，大范圍推廣與應用病蟲害監測系統，實時動態監測包括黑穗病在內的青稞病蟲害，為綜合防治提供有力的保障；四是要加強與國際的合作交流，在建立遙感監測病蟲害協同合作機制的同時，特別要學習國外先進技術手段及有益經驗，為國內青稞黑穗病等遙感監測提供指導和幫助。