作物长势监测与分析建设方案

作物长势监测与分析建设

方案

一、方案概述

在植物生长期内尽早掌握植物生长形势在一定情况下比精确估计作物种植面积和总产量本身还重要，尤其对可能出现的大规模的粮食短缺或盈余，尽早地获取作物长势信息显得更为重要。作物生长状况，如叶绿素含量、氮素含量、叶面积指数等直接影响作物的生长发育、品质、产量，是作物长势监测的重要指标，是评价作物长势的重要数据来源，也是作物生产精确管理调控的重要依据。实时获取作物生长参数可以让农户及时了解作物生长状况、制定相应施肥施药计划，从而保证作物健康生长。

作物长势是一个看似简单但又难于表达清楚的一个概念一般认为长势就是作物生长的状况与趋势，或者说作物生长的态势。虽然人们对作物的形貌看起来是那么的熟悉，但要精确定量地描述作物的长势却是不容易的。总起来说，作物的长势可以用个体与群体特征来描述。作物长势监测不仅仅是为了农业生产管理，而且往往也是制定国民经济政策的重要依据。

二、常用的作物长势监测方法

1、人工观察法

人工观察的方法是作物长势监测的最古老的方法，也是目前农业生产者用得最多的方法。观察者通过观察作物的几何尺寸、形状、颜色等外观特征来判别作物生长的情况如缺水、缺肥、病虫害等。植物

营养原理认为，叶色是氮素营养状况最敏感的指标，叶色与叶片中含氮量呈正相关。当植株缺氮时，由于蛋白质合成少，酶和叶绿素含量下降，细胞分裂减慢，叶色变黄，作物早熟、低产；相反，当植株氮素过剩时，碳代谢不协调，蛋白质合成增加，碳水化合物被大量消耗，纤维素等减少，造成徒长，抗逆性下降，感病倒伏减产，人们已经很早就掌握了从它们的叶子判断植株营养状况的方法。人们从实践中积累了许多判断植物生长情况的知识，如还可以根据叶片颜色判断水分情况，根据叶片、茎秆上的斑点异状判断病虫害。人工观察法简单易行，能对密集的植物内部及不同高度部位进行观察，观察全面，但耗费大量人力，效率低下。另外，需要观察者有丰富的经验和农作物知识，并且一般只能给出定性的结论，观察结果的主观性强，也不适于大面积监测。

2、遥感监测

作物长势遥感监测是建立在绿色植物光谱理论基础上的。根据绿色植物对光谱的反射特性，在可见光部分有强的吸收带，近红外部分有强的反射峰，从而反映出作物生长信息，进而判断作物的生长状况，进行长势的监测。作物长势遥感监测指对作物的苗情、生长状况及其变化的宏观监测。目前大都是采用陆地卫星遥感数据和甚高分辨率气象遥感数据，同时发展了用高光谱卫星遥感和雷达遥感监测作物长势。对拍摄的图片进行处理，提取作物长势遥感指标：叶面积指数、叶绿素含量、归一化植被指数等，判断作物生长状态，及早发现营养元素

亏缺及病虫害情况，从而采取积极有效的措施。利用植物叶片反射光谱与叶片叶绿素含量成比例的原理，引入新的算法使叶绿素量估测误差小于，进而使植物的长势得到更好的监测。采用微波遥感监测高粱等参数来侦察害虫，发现总叶绿素的含量有助于估测虫害。随着技术的进一步发展，遥感技术和其它技术结合，对作物的监测方法做了很多改进，提高了监测的精度。遥感技术与3S技术结合，能实现对植物长势的空间信息系统从数据获取到数据处理以及信息生成的自动化监测，从而实现大规模的运行，同时提高监测精度，取得理想的效果，显示出巨大的优越性。

3、机器视觉与数字图像处理

随着计算机图像处理系统、图像采集部件ccd摄像机和数码摄像机的发展，而且计算机图像有着比人眼精细的分辨能力，因此计算机图像处理和图像分析的方法也逐步被用于作物长势诊断。许多学者应用机器视觉技术对作物生长状况进行监测。这种方法是在种植区安装ccd摄像头对作物实施实时监测，所以适宜于中小面积地面监测，在大棚中的监测效果尤为显著。这种监测得到的数据通过图像处理方法处理后不仅可以提取反映生长状况的叶面积指数（LAI），还可以提取一些农作物个体特征如株高、茎粗、叶片数等及群体特征如株距、行距等信息。数字图像处理技术在作物生产和科研的信息采集方面具有信息量大、速度快、精度高等显著的特点和优势，并能解决一些手工测定难以解决的问题。可避免传统方法中由于人与人之间的认识差异

及视觉疲劳带来的影响，在节约劳动力、降低人的判断主观性方面有很大的潜力。与遥感方法比较，它能够监测植物的某些个体特征、群体特征，可以监测小面积范围内的作物长势，因此可以与卫星遥感监测技术结合来弥补各自监测的不足。

4、远程监测

远程监测主要采用CCD摄像机，通过有线电缆、无线局域网或商业移动通讯网络将摄像机拍到的远程图像传输到控制中心，控制中心对图像进行处理，提取反映长势状况的农学参数。目前用CCD摄像机远程监测植物长势的研究还比较少，大多采用植物远程生理监视技术，植物远程生理监视技术通过在植株体上安装各种探头，监测某些环境因子和植物生理指标的变化。赵晓勤等利用植物远程监测系统对荔枝园中的大气温湿度、土壤湿度、光照强度、大气蒸汽压差等环境因子和茎秆直径微变化、果实生长、叶片温度等树体生理指标进行了监测，发现该系统能准确及时无伤害地记录它们的实时和周期性变化。远程监测技术主要优点是准确及时、高效、无伤害等，并且结合远程监控，大大减少了人力劳动，提高了工作效率，但监测的范围受限制。

三、系统功能

1、长势监测设备

系统采用农业信息化中心最新研制的作物长势监测仪CropSense 作为作物长势监测的设备。

作物生长监测仪CropSense是一款基于双通道高通量光谱信号的便携式作物长势健康分析诊断仪器，用户可手持仪器在野外直接采集作物冠层在红光和近红外波段处的入射光强和反射光强，仪器的正面如图所示。

与其他光谱传感器相比，此仪器尺寸小、重量轻、便于携带，具体参数见表 1。除此之外，表2为CropSense所测光谱数据与美国SRS-NDVI归一化植被指数测量仪测得的光强数据的对比，对两组数据进行回归分析，相关系数 R 2 达到0.97，测试数据表明Cropsense 的测量精度较高。目前，CropSense 已在定点试用和逐步推广中，是家庭农场、合作社、农业企业等新型农业经营主体和农技推广、农业调查等政府部门快速获取作物长势健康状态的一款高性能产品。

表1 CropSense性能指标：