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小麦条锈病遥感监测研究取得新进展

 
“陈主任,我们学校今年申报总数是2046。”“我可是持证上岗的正式工作人员。”受理现场人头攒动。工作人员都穿上了统一的红马甲,方便易认。“我来受理现场拍照留念。”患条锈病的小麦叶面上产生多层轮状排列的黄色夏孢子堆。
 
[科学时报 张双虎报道]在我国小麦生产中,小麦条锈病是引起损失大、危及范围最广的一种病害。条锈病一般在小麦抽穗灌浆期发病较重,因此其直接对小麦产量造成了严重影响。长期以来,我国对小麦条锈病的监测工作仅限于田间取样调查。但是,针对大面积病害的监测,采用人工调查不仅耗费大量人力物力,而且监测效率很低,等病情上报到有关部门时,往往病害已大范围暴发。
 
在国家自然科学基金的支持下,中国农业大学农学与生物技术学院副院长马占鸿教授带领的研究团队对小麦条锈病的监测进行了深入研究。其主持的“小麦条锈病遥感监测研究”项目取得了一系列成果,目前,该团队已能够利用卫星遥感技术对我国主要小麦品种实施条锈病病情监测。
 
又到条锈病防治时
 
“利用卫星遥感技术,可以有效地对小麦条锈病实施监测。”马占鸿对《科学时报》记者说,“每种病虫害都有其发病规律。在我国,不同地区小麦条锈病的发病时间也有差异,一般四川省早在2月初就能发现病情,甘肃南部、西部大概在3月底、4月初开始出现病情。如果我们对这些地方进行监测,就可以根据它的发病情况对全国作出预测。”
 
历史上,我国小麦条锈病发生比较严重的年份有4次。1950年春,小麦条锈病在黄河、长江流域广大麦区暴发流行,为我国解放前数十年所罕见。全国因条锈病减产小麦60亿公斤,相当于当年夏收的总和。
 
1964年4~5月,小麦条锈病在全国麦区流行,华北、西北冬麦区大流行。据统计,全国发生面积800万公顷,损失小麦约32亿公斤。农业部于当年7月召集专家、科学技术人员,就选育和推广抗锈品种、药剂防治、栽培措施和消灭条锈病越夏菌源等问题进行了研究和部署。
 
1990年4~5月,小麦条锈病在冬麦区大面积暴发流行,面积达709万公顷,全国因条锈病造成小麦减产高达13亿公斤。当年8月,全国植保总站布置秋播调换高度感病品种和在越夏越冬菌源基地实施粉锈宁拌种等防病措施,对控制下年度条锈病流行发挥了良好作用。
 
2002年,小麦条锈病又一次在全国范围内大流行,其发生面积近670万公顷,损失小麦约10亿公斤,发生区域涉及鄂、豫、鲁、冀等11个省(市)区。尽管2002年条锈病发生范围广,但由于国家提出了以品种抗病性利用及小麦抗病性变异和病菌群体动态监测、药剂和农业防治相结合的治理策略,本次病害的损失小于前3次。
 
农业专家们认为,在小麦条锈病防治方面,除了要选育抗锈品种、科学进行药剂防治外,对条锈病的发生做到早发现、早防治、发现一点、控制一片是非常重要的。
 
小麦条锈病是一种靠真菌传播的病害。小麦条锈病菌夏孢子非常轻,能随着气流上升到高空,然后借着风力进行远距离传播,如果遇到降雨,又随着雨滴来到地面上,落到叶片上危害作物。
 
“所以它的传播速度非常快。”马占鸿说,“条锈病喜欢低温、高湿环境,如果雨水较多,温度又较低,它就很容易发生,我们会对四川、甘肃等早发地区进行监测,然后再结合各地的气象、天气条件作出准确预测,以决定要不要防治,要采取什么样的措施进行防治。”
 
直观判断条锈病的发生
 
“卫星遥感监测的原理应该说比较简单。太阳光照到地面以后,不同地物(地面上的物体),像高山、湖泊、植被、土壤等会反射不同的光谱,这种光谱我们肉眼是无法分辨的,但通过光谱仪就可以把这种信息分辨出来。我们现在做的就是通过光谱分析,区分小麦得的是白粉病、条锈病、蚜虫还是赤霉病。”马占鸿说。
 
人工监测作物病虫害主要靠农业技术人员或农民将病情一级级上报。但相对于虫害来说,人工监测病害更困难一点,更滞后一些。因为没有相关的专业知识,辨别不出早期病害。因此往往要等病害发生很久后,信息才报上来,而且数据也往往不准确。小麦条锈病的发生传播速度很快,等相关部门得到信息时病情已较难控制。
 
在北京市小汤山国家精准农业研究示范基地内,该研究团队利用地面非成像光谱仪,对小麦条锈病的发病区、对照区小麦条锈病进行了单片病叶及冠层的光谱特征研究后发现,健康、发病及处于潜育期的小麦植株在某些特定波段的光谱反射率存在显著差异。发病区与对照区小麦在光谱反射率曲线上有明显不同,而且不同发病程度也是不一样的。并且,不同孢子堆密度的小麦单片病叶的反射光谱曲线也存在相应差异。利用该研究小组绘制的小麦条锈病病情分布图,可以很直观地看出小麦条锈病在小区间的传播情况。
 
“和沙尘暴、洪水等灾害一样,很多病害和虫害都有一个源头。条锈病在我国是大区流行的,发生的潜疫期约10天左右,它从在四川、甘肃初发到波及河南、河北、山东一带,大概要半个月到1个月时间,我们会监测病虫害初期发生的情况,如果源头已经发生了病害,而且有大风等传播条件,我们就要赶快做好防治工作。监测的目的就是为了做好预测和预防,早发现、早防治。和人工进行作物病害监测相比,卫星遥感监测的优势一是效率高,二是精度高。”马占鸿说。
 
让我们看得更真切一些
 
不同的作物,同种作物不同的品种,或者作物种在不同的土壤上,有不同的背景色,其反射的光谱就会产生差别。
 
“所以,我们现在还要分析不同的小麦种植区域、不同品种、不同种植模式,其在发生病害时的光谱特征,要一步一步做下去。我觉得这方面还有很多事要做,现在我们对我国主要小麦品种可以进行条锈病的判断,但因为我国小麦品种特别多,地域又比较广,不同的灌溉条件、不同的栽培模式都会有不同的反射光谱,这都会增加判断的难度。”马占鸿说。
 
据介绍,只要是在植物表观上能够表现出来的特征,比如表现出的叶面变色、变形、卷曲或作物生长不良等都可进行监测。特别是变色,不管是变成红色、蓝色还是黄色,只要变色都可以进行辨别。该研究还可以通过对发生病害小麦叶面的反射光谱进行分析,区分这些发病区域上有多少一级、二级、三级灾害,因为每个灾害程度造成的减产不一样,因此可以根据灾害面积计算出当年所造成的损失。进一步的研究还能计算种植哪类品种的小麦有多大的面积。
 
“但是区分小麦发病程度如何现在还有些难度,因为其中的信息复杂,比如有时得了其他病毒病,也能引起叶面黄,跟条锈病有些类似,它的反射率是一样的,就容易混淆。”马占鸿说,“另外,要精确进行预测,还需要遥感卫星、成像设备等器材分辨率和精度的提高。将来卫星的分辨率越来越高,相关的基础数据也积累得越来越丰富,我想,这个监测结果会越来越精准。”
 

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    条锈病,小麦,遥感,中国农业大学
     
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