精準農(nóng)業(yè)在小麥和玉米病蟲害防治技術(shù)中的應(yīng)用研究

全球氣候的劇烈變化和農(nóng)業(yè)集約化的發(fā)展使小麥、玉米等口糧作物的病蟲害顯著加重，影響糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。大田病蟲害大面積均勻噴霧防治工作耗時長、耗藥量大，還會產(chǎn)生農(nóng)藥過量化、環(huán)境污染、害蟲抗藥等現(xiàn)象。而精確農(nóng)業(yè)技術(shù)為解決農(nóng)作物病蟲害問題帶來新機遇。精準農(nóng)業(yè)是指利用現(xiàn)代信息技術(shù)和智能裝備以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全程的精準感知、精準投入、精準管理與精準作業(yè)的技術(shù)。近年來，隨著遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展，精準農(nóng)業(yè)技術(shù)在病蟲害防治中的應(yīng)用優(yōu)勢越來越明顯。目前，關(guān)于精準農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用于小麥和玉米病蟲害防治方面的綜合系統(tǒng)研究缺乏，尤其針對精準農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用于不同種植區(qū)域的適用性、精準農(nóng)業(yè)技術(shù)集成技術(shù)方案、經(jīng)濟性等問題還需進一步研究探討。本文綜述精準農(nóng)業(yè)技術(shù)在小麥和玉米病蟲害防治中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀，探究病蟲害精準防治原理和防治效果及其問題，旨在為精準農(nóng)業(yè)技術(shù)的推廣應(yīng)用提供科學參考。

一、精準農(nóng)業(yè)技術(shù)概述

1、定義與核心理念

精準農(nóng)業(yè)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略性方向，其創(chuàng)新性在于依托信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能裝備三位一體的技術(shù)架構(gòu)，構(gòu)建起農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全流程的智慧決策系統(tǒng)。該體系深度詮釋了“精準\"要義，強調(diào)在最佳農(nóng)時、精確地塊、適配方式三個維度形成管理閉環(huán)，實現(xiàn)資源集約化利用、生態(tài)友好型生產(chǎn)和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)升級三位一體的發(fā)展目標。精準農(nóng)業(yè)正是這一理念的系統(tǒng)化實踐與創(chuàng)新性突破。依托衛(wèi)星遙感、無人機監(jiān)測、物聯(lián)網(wǎng)傳感等數(shù)字技術(shù)矩陣，構(gòu)建起覆蓋“天空地\"三位一體的農(nóng)田感知網(wǎng)絡(luò)，實時捕獲土壤情、作物生理指標、生物脅迫等28類農(nóng)情參數(shù)。

借助大數(shù)據(jù)挖掘和深度學習算法，這些動態(tài)數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的農(nóng)藝決策模型，某省萬畝智慧農(nóng)場通過該系統(tǒng)的動態(tài)灌溉方案，實現(xiàn)節(jié)水 30% 的突破性成果，同時帶來產(chǎn)量 12% 增長與優(yōu)質(zhì)果率 15% 提升的雙重躍升。在生態(tài)維度，精準農(nóng)業(yè)更將環(huán)保理念融入技術(shù)體系，創(chuàng)新開發(fā)變量施藥、害蟲軌跡預(yù)測、天敵定量投放等智能模塊。我國農(nóng)科院數(shù)據(jù)顯示，采用精準植保系統(tǒng)的示范區(qū)農(nóng)藥使用量下降 28.6% ，防治效率反而提升 40% ，構(gòu)建起產(chǎn)量與生態(tài)的雙贏格局。這種“綠色增值\"模式不僅使農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)殘合格率達到 99.97% ，更推動“碳足跡認證\"等新型市場準入機制的形成，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展開辟了全新路徑。

2、技術(shù)體系的主要組成部分

精準農(nóng)業(yè)最核心的含義是借助由信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、遙感技術(shù)、智能農(nóng)機裝備構(gòu)成的一個高度智能的支撐體系，來指引農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精細化操作。 ① 信息技術(shù)作為精準農(nóng)業(yè)的神經(jīng)系統(tǒng)，能夠利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和云計算技術(shù)的優(yōu)勢，高效搜集分析農(nóng)田大數(shù)據(jù)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作出科學的決策。比如，通過對歷年來的病蟲害進行挖掘和分析，結(jié)合氣候環(huán)境狀況，可分析出相應(yīng)的病蟲害預(yù)測模型，從而能夠?qū)ξ磥聿∠x害的發(fā)生作出預(yù)判，進而給出相應(yīng)的防治意見和建議，提出精準的治理方案。這樣的病蟲害數(shù)據(jù)挖掘預(yù)警手段，能為防治病蟲害提供更加高效的技術(shù)保障，提高防治成功率 30% 以上。 ② 通過利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立一套由傳感器組成的田間信息采集網(wǎng)絡(luò)和智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是精準農(nóng)業(yè)中傳感系統(tǒng)的實施方式。通過在農(nóng)田中布置各類先進的傳感器，實時收集農(nóng)田信息，比如土壤水分含量、土壤溫度、光照等環(huán)境因子以及作物生長狀況等信息，再利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將采集的信息實時傳送至數(shù)據(jù)庫進行分析，進而對精準農(nóng)業(yè)提供灌溉、施肥和病蟲害防治等智能化指導信息。 ③ 遙感技術(shù)，特別是衛(wèi)星遙感和無人機遙感，在精準農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，能夠為精準農(nóng)業(yè)提供空間數(shù)據(jù)支持。遙感檢測作物的病蟲害情況、生長狀況、田地土壤條件等信息。例如，通過無人機上的高光譜相機對玉米田進行高效且準確的病蟲害監(jiān)測，通過光譜解析分析發(fā)現(xiàn)玉米葉上的斑點即可判斷是患病還是受蟲害感染，從而為制定準確施藥方案提供有效的參考依據(jù)。據(jù)統(tǒng)計，遙感檢測技術(shù)可節(jié)約 20%～30% 的農(nóng)藥用量，防治效果會明顯提升。 ④ 智能農(nóng)機裝備系統(tǒng)為智能拖拉機、無人機、智能噴藥機等。使用集成GPS導航和自動駕駛技術(shù)的智能農(nóng)機裝備系統(tǒng)，能夠有效實現(xiàn)作業(yè)精準化。例如，在智能噴藥機上使用根據(jù)作物病蟲害發(fā)生、作物生長情況實行變量施藥的系統(tǒng)，其能根據(jù)作物的需求狀況調(diào)節(jié)噴藥量大小、噴藥速度，并能夠提升施藥精度，減少農(nóng)藥浪費與污染。

3、技術(shù)在農(nóng)作物病蟲害防治中的應(yīng)用現(xiàn)狀

① 在農(nóng)作物病蟲害防治領(lǐng)域，前沿技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用正以驚人的速度重塑傳統(tǒng)防治模式。以精準農(nóng)業(yè)技術(shù)為例，這項植保革命在小麥、玉米等主糧作物的保護中展現(xiàn)出顛覆性的效能。根據(jù)最新的農(nóng)情監(jiān)測數(shù)據(jù)，配備無人機智能巡檢與風險預(yù)警矩陣的小麥田塊，其病蟲害識別準確率已提升至 92.3% ，防控響應(yīng)時間縮短至傳統(tǒng)方法的1/4。無人機搭載的高清成像系統(tǒng)與智能識別算法深度融合，如同為作物安裝了全天候健康監(jiān)測儀，能夠在病原體潛伏期捕捉其活動軌跡，為農(nóng)戶提供72小時的黃金干預(yù)時機。 ② 針對玉米病蟲害防控的難題，多光譜遙感診斷技術(shù)取得了關(guān)鍵突破。通過解析作物葉片特有的\"光譜指紋”，該技術(shù)不僅能精準識別玉米銹病、葉斑病等12種常見病害，還能對病害侵染程度進行五級量化評估，其診斷精度已達到農(nóng)技專家水平。在黃淮海平原的示范基地，該技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用使農(nóng)藥使用量減少了 35% ，同時將防治有效率穩(wěn)定在 95% 以上。 ③ 植保決策系統(tǒng)的智能化升級同樣引發(fā)了行業(yè)變革。基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧植保平臺通過整合氣象衛(wèi)星、土壤傳感、病原監(jiān)測等28類數(shù)據(jù)，能夠生成動態(tài)防治圖。農(nóng)業(yè)科技企業(yè)的用戶追蹤報告顯示，采用該系統(tǒng)的種植主體平均減少了 20.6% 的防治成本，且作物商品合格率提升了 18% 。此外，基因編輯技術(shù)帶來的范式突破同樣值得關(guān)注。通過構(gòu)建CRISPR抗病基因文庫，科學家們已培育出7代具有廣譜抗性的超級小麥品種。這些“植物疫苗\"的推廣應(yīng)用，使華北麥區(qū)的化學農(nóng)藥使用量下降了 41% ，為農(nóng)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型注入了強勁動力。

二、精準農(nóng)業(yè)技術(shù)在小麥病蟲害防治中的應(yīng)用

1、小麥病蟲害的種類與影響

小麥是全球重要的糧食生產(chǎn)作物之一，而小麥病蟲害則是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中亟待解決的關(guān)鍵問題。小麥病蟲害種類繁多、影響深遠，包括銹病、赤霉病、白粉病等病害，以及蚜蟲、吸漿蟲等蟲害。據(jù)統(tǒng)計，全球小麥每畝因病蟲害導致的產(chǎn)量損失高達 20% }30% ，對糧食安全和農(nóng)業(yè)發(fā)展構(gòu)成了不容忽視的威脅。銹病作為一種小麥真菌病害，其傳播迅速、危害嚴重。在短時間內(nèi)，銹病可迅速蔓延，導致小麥葉片發(fā)黃枯萎，光合作用效率大幅下降，最終嚴重影響小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)。研究表明，在嚴重爆發(fā)的情況下，小麥減產(chǎn)幅度甚至超過 40% ，損失極為慘重。小麥病蟲害的影響不僅限于產(chǎn)量，還涉及食品安全和生態(tài)環(huán)境。例如，赤霉病由鐮刀菌引起，不僅降低小麥產(chǎn)量，還會產(chǎn)生有毒物質(zhì)，污染糧食，對人類健康構(gòu)成威脅。此外，為有效防治病蟲害，往往會過度使用農(nóng)藥，這不僅增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，還污染土壤和水資源，威脅生態(tài)平衡。因此，探究精準農(nóng)業(yè)技術(shù)在小麥病蟲害防治中的應(yīng)用，對于提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益、保障食品安全、實現(xiàn)綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

2、無人機監(jiān)測與早期預(yù)警系統(tǒng)

采用無人機遙感監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)進行小麥與玉米病蟲害的防治工作，為農(nóng)業(yè)病蟲害管理提供了創(chuàng)新的解決方案。該系統(tǒng)通過集成高清攝影鏡頭、多光譜成像技術(shù)以及先進的圖像處理算法，實現(xiàn)了對農(nóng)田土壤環(huán)境的實時監(jiān)控和病蟲害的精確診斷，其準確率可達 90% 。

無人機監(jiān)測早期預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用具有多重意義： ① 該系統(tǒng)顯著提高了病蟲害的識別準確性，并為病蟲害防治提供了堅實的數(shù)據(jù)支持; ② 相較于傳統(tǒng)監(jiān)測方法，無人機監(jiān)測技術(shù)大幅降低了病蟲害防治的成本。傳統(tǒng)方法依賴大量的人力物力，且效率低下，而無人機技術(shù)能在極短時間內(nèi)對大面積農(nóng)田進行有效監(jiān)測，并實時提供監(jiān)測結(jié)果，為管理者提供及時且精確的信息； ③ 無人機監(jiān)測技術(shù)在玉米病蟲害的防治中發(fā)揮了重要作用。玉米病蟲害種類繁多，防治難度大，無人機技術(shù)能夠及時發(fā)現(xiàn)病蟲害的早期癥狀，為合理施用農(nóng)藥提供科學依據(jù)。此外，該技術(shù)還支持利用無人機搭載的生物防治劑或天敵昆蟲等生態(tài)防治手段，實現(xiàn)病蟲害的綠色防治，從而有效提升玉米產(chǎn)量和品質(zhì)，同時減少化學農(nóng)藥的使用，保護生態(tài)環(huán)境。

3、GPS導航下的精準施藥

隨著精準農(nóng)業(yè)新技術(shù)的發(fā)展，基于GPS導航的精準施藥方法是目前小麥、玉米病蟲害防治領(lǐng)域內(nèi)比較重大的突破。基于GPS導航的精準施藥方法，利用GPS導航的高精度的定位功能及各種先進傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)處理方法對農(nóng)藥的應(yīng)用量進行了精準控制，具有節(jié)省農(nóng)藥 20%～50% ，并且防治效果明顯的特點，降低了農(nóng)藥對環(huán)境的污染。而GPS導航指導精準施藥的方法，根據(jù)小麥病蟲害發(fā)生程度和病蟲害空間分布規(guī)律精準控制用藥的路線和用量，避免了打藥超標或者不打農(nóng)藥的情況。利用GPS導航，遙控飛機和智能農(nóng)業(yè)機械可以嚴格按照規(guī)劃路線和規(guī)定速度進行施藥，施藥效率高，農(nóng)藥用量低，施用后農(nóng)藥殘留減少，同時基于GPS導航精準施藥技術(shù)融合了數(shù)據(jù)分析模型，對歷史病蟲害數(shù)據(jù)、氣象資料進行整合分析，并進而預(yù)測病蟲害的下一步發(fā)展趨勢，對精準用藥的方法進行了合理的決策，使農(nóng)藥施用量更加合理化和科學化，進入了精準施藥時代。

三、精準農(nóng)業(yè)技術(shù)在玉米病蟲害防治中的應(yīng)用

1、玉米病蟲害的特點與防治難點

玉米病蟲害治理存在一定的困難，最主要的原因就是玉米病蟲害具有較強的復(fù)雜性和隱蔽性。比如玉米銹病在初期會顯現(xiàn)極少的癥狀，這就讓在玉米銹病發(fā)作的初期察覺病害的隱患變得較為困難。當玉米銹病進入發(fā)生期的時候，此時進行防治就比較困難，導致對于玉米生產(chǎn)較為不利。還有病蟲害產(chǎn)生抗藥性的現(xiàn)象。長期以來化學農(nóng)藥是預(yù)防玉米病蟲害最為重要的手段，但是過度依賴化學農(nóng)藥不僅會導致病蟲害發(fā)生具有一定的抗藥性，同時還可能會對自然界生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大的影響。所以必須要采取一定的新的方法來解決玉米病蟲害預(yù)防治理的問題。在此前提下，采用精準農(nóng)業(yè)技術(shù)便對玉米病蟲害進行治理提供新的方法與手段。利用精準農(nóng)業(yè)技術(shù)可以對玉米葉片內(nèi)的葉綠素含量、葉片水分含量進行時時監(jiān)控，并根據(jù)監(jiān)測的結(jié)果及時發(fā)現(xiàn)玉米病害的發(fā)生跡象，并以此為依據(jù)及時采取防治措施。使得玉米病害的發(fā)生概率降低，并在較大的程度上進行治理。

2、光譜分析與病害識別

光譜分析技術(shù)的另一大優(yōu)勢為非破壞性和動態(tài)性的分析功能，能夠針對大面積農(nóng)田實施快速、自動化掃描。該技術(shù)能夠在不破壞作物的情況下，在大面積土地上進行掃描分析，節(jié)省檢查人員時間成本，并及時準確把握該區(qū)域的作物病害情況。此外，借助機器學習模型構(gòu)建精確的病害辨識模型，可以在確定已知病害類型基礎(chǔ)上，辨識未知病害的類型，對未知病害進行精確診斷，這樣能為農(nóng)作物病害防治工作提供可靠的技術(shù)依據(jù)。通過詳細研究發(fā)現(xiàn)，該方式能夠節(jié)省約 20% 的病害治理費用，提高該地區(qū)農(nóng)作物產(chǎn)量約 10% 。目前該項研究成果在實際中得到了積極廣泛推廣。例如，我國某玉米作物主要產(chǎn)區(qū)在利用光譜分析技術(shù)對該地區(qū)玉米種植田進行定期、經(jīng)常性檢測和排查工作中，能夠較為及時且準確掌握該地區(qū)玉米病蟲害一玉米螟、紋枯病等疾病的發(fā)展變化態(tài)勢，并迅速有效應(yīng)對。通過采取“點面結(jié)合\"的精準施肥措施或有機生態(tài)制劑滅殺措施，使該地區(qū)玉米產(chǎn)量相較于過往提升了約 15% 。最為重要的是，在該項工作實施過程中，該地區(qū)玉米農(nóng)藥使用量也減少了約 10% ，減少了對農(nóng)作物周邊環(huán)境的污染。這個案例的實施可以證明光譜法的病害識別技術(shù)應(yīng)用效果是有效的，同時也可以給其它區(qū)域的農(nóng)業(yè)病害防治工作提供可借鑒的技術(shù)實踐方法。

3、種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化與生態(tài)防控

精準農(nóng)業(yè)技術(shù)在糧食作物病蟲害防治中應(yīng)用的另一項有效生態(tài)防控模式就是生態(tài)防控。這主要是利用農(nóng)業(yè)生態(tài)的自然平衡理念進行糧食作物病蟲害防控技術(shù)，生態(tài)防控在糧食作物病蟲害防控方面具有減少藥物和化學制劑的使用效果。在玉米農(nóng)田中引入一些天敵昆蟲，抑制害蟲的繁殖，有效地減少玉米田間害蟲，這恰恰符合環(huán)保意識，而且也極具高效性特點。除此以外，生態(tài)防控結(jié)合種植結(jié)構(gòu)也是糧食作物病蟲害防治模式的一個新出路，生態(tài)防控需要進行數(shù)據(jù)化分析，在此過程中利用數(shù)據(jù)化分析模型能幫助農(nóng)民盡可能多地了解田間情況，充分利用數(shù)據(jù)化分析，按照農(nóng)田種植的狀況來預(yù)測糧食作物病蟲害情況，可保證數(shù)據(jù)真實性和準確性，然后有針對性地對農(nóng)作物病蟲害做出相關(guān)防范。

綜上所述，精準農(nóng)業(yè)技術(shù)與遺傳抗病蟲性狀培育呈現(xiàn)出正相關(guān)的發(fā)展態(tài)勢，精準農(nóng)業(yè)推動了生物技術(shù)和遺傳抗性品種培育，給植物賦予了更具持久力和特異性的病蟲害抗性基因。目前，利用基因編輯技術(shù)培育的小麥與玉米抗性品種，是經(jīng)過轉(zhuǎn)基因的產(chǎn)物。在沒有或大大降低化學農(nóng)藥對人類造成的損害和環(huán)境污染的情況下，通過基因編輯和傳統(tǒng)育種技術(shù)的結(jié)合，科學家們成功地賦予了作物對某些主要病蟲害的免疫能力。這一突破不僅顯著提高了作物的抗病蟲性能，還進一步確保了農(nóng)作物的產(chǎn)量穩(wěn)定性。在面對氣候變化和環(huán)境壓力的挑戰(zhàn)時，這些改良后的作物能夠更好地適應(yīng)環(huán)境變化，從而保持穩(wěn)定的產(chǎn)量。此外，這種技術(shù)的應(yīng)用有助于減少農(nóng)藥的使用，從而減少了對環(huán)境的污染，推動了綠色環(huán)保理念的落實。

（作者單位：274500山東省菏澤市東明縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局）