[发明专利]田间小麦白粉病发病程度的快速监测方法及其监测模型的构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及农业植被生长信息无损监测技术领域，具体涉及一种田间小麦白粉病发病程度的快速监测方法及其监测模型的构建方法。

背景技术

小麦白粉病是一种世界性病害，在各主要产麦国均有分布。在我国随着矮秆品种推广和水肥条件改善，白粉病发病面积和范围不断扩大，并多次流行成灾，我国自1980年以来发生2次小麦白粉病大流行，例如，1990年全国冬麦区受害面积达1.7亿亩，平均减产10%以上，尤其河南省白粉病发病面积占小麦播种面积的50%，产量损失近40万吨。因此，白粉病已成为我国小麦高产、稳产、优质的主要灾害制约因素之一。

小麦白粉菌侵染和发生与环境温度、湿度及光照等密切相关，气象条件是制约其发生流行程度的决定因素，如遇秋冬季及早春气温偏高，则小麦春季发病时期提前；抽穗后阴雨日多，日照少，也会导致发病流行。此外，白粉病也受栽培措施的显著影响，播期、氮肥和种植密度等对病情指数的影响依次减弱，但与药剂防治相比，通过优化栽培管理防病作用还很有限。目前，使用杀菌剂是生产上防治白粉病的最重要手段之一。生产中常常存在农药施用时期不当导致防治效果严重降低，或者施用过量对作物产生毒害，严重影响粮食食品安全的问题。同时，农药使用不科学还会造成严重的土壤、大气及水体等环境污染，在防治靶标生物的同时，往往也会误杀大量天敌，此外还对周围生物群落产生较大程度影响，严重时可破坏生态平衡。因此，及早发现作物病害发生，精确监测病害发生程度，对早识别早防控，适时适量用药，降低产量损失和品质劣变，减少农药施用和支出成本，保护生态环境等方面具有十分重要的意义。白粉病的传统监测方法主要依靠人工田间调查，不仅耗时耗力，而且时效性差、准确度受主观意识影响。因此，研究一种快速、无损和实时监测技术对于精确防控病害具有重要意义。

白粉菌是一种活体寄生菌，感染植株后叶面覆盖白粉状霉层，叶肉细胞破坏，水分和叶绿素含量降低，叶片黄化干枯。病害植株形态和生理的变化也导致相应光谱的改变，这为应用遥感技术进行小麦白粉病的实时监测提供了可能。早在20世纪20～30年代已开始棉花根腐病、马铃薯条锈病以及烟草花叶病等病害的光谱特征研究，逐步明确了不同作物病虫危害光谱识别的敏感波段主要位于可见光和近红外波段，其最佳敏感波段因作物和病害种类不同而差异。小麦白粉病症状主要集中在植株中下部，而冠层光谱主要受中上层叶片影响，因此，冠层光谱与病情指数关系较差，所筛选出的敏感波段及植被指数不明确，这严重影响了对该病害的早期识别及防治。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种普适性好、准确度高且实用性强的田间小麦白粉病发病程度的快速监测方法及其监测模型的构建方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种田间小麦白粉病发病程度监测模型的构建方法，包括下列步骤：

（1）信息采集：按常规方法分别采集小麦白粉病不同发病区域内的不同生长时期小麦冠层高光谱信息，再采用常规的五步平滑方法对光谱曲线进行平滑处理；与光谱信息采集同步，对应的按照常规方法调查该区域的小麦白粉病严重度以及叶面积，得到传统病情指数cDI和叶面积指数LAI；

（2）确立修正型病情指数mDI：传统病情指数cDI除以对应调查区域的叶面积指数LAI，得到单位叶面积下病情指数的大小，用修正型病情指数mDI来表示：mDI=cDI/LAI；

（3）确立敏感波段区域：分析随着修正型病情指数mDI的增加，在可见光波段350～710 nm内光谱反射率随之变化的情况，得到敏感波段区域在500～600 nm之间；

（4）构建绿光双波段指数：由下式计算得出绿光双波段指数GRVI:

 ，

其中，R_refλ1和R_refλ2分别为健康小麦冠层光谱λ1nm和λ2nm波段处反射率，R_disλ1和R_disλ2分别为白粉病菌侵染小麦的冠层光谱λ1nm和λ2nm波段处反射率，λ1和λ2位于敏感波段区域500～600 nm内；

（5）确定最优波段组合：将绿光双波段指数GRVI与所述步骤（2）所得的对应的小麦白粉病修正型病情指数mDI进行相关性分析，采用高光谱数据减量精细采样算法，取相关性最高时的两个波段，确定为λ1nm和λ2nm；