河南省小麥農情監測技術探討

王紅云

（輝縣市農業農村局，河南 輝縣 453600）

0 引言

河南省作為傳統農業大省，非常注重糧食生產。河南省通過出臺一系列支持農業發展的政策，促進全省農業增產、穩產，保障農業產業高質量發展。河南省是我國冬小麥的核心產區，小麥常年種植面積穩定在566.67萬hm以上，總產量常年保持在350億kg以上，小麥種植總面積占全國的近25%，小麥年產量占全球年產量的12.5%左右。開展冬小麥農情監測是實現河南省小麥穩產、高產的重要技術手段。近年來，河南省投入大量的財政資金，逐步構建和完善小麥農情監測預警體系。目前，河南冬小麥農情監測體系已初步建立，并在全省小麥生產中發揮了積極作用。

1 河南省冬小麥農情監測主要系統

小麥農情是指從播種、出苗、生長、成熟到收割的小麥全生育周期大田生長實時狀況。當前，河南省主要借助物聯網技術、遙感技術來實現冬小麥農情精準監測。

1.1 基于物聯網技術的小麥“四情”監測預警系統

小麥“四情”監測預警系統是基于物聯網技術，動態監測田間作物墑情、苗情、病蟲情及災情的監測預警系統。該監測預警系統由集成5G通信模塊實現遠程無線數據傳輸的土壤墑情自動監測系統，田間小氣候、苗情、災情自動監測系統，以及大田病蟲害自動監測系統、專家診斷系統、客戶端管理系統等組成。用戶可以通過電腦端和手機端登錄監測預警系統客戶端，實時讀取監測系統數據或影像，了解監測點的氣象、環境、墑情、病蟲害狀況和作物長勢等情況，實現遠程診斷與專家會商。該監測預警系統中的專家診斷系統現可自動生成作物問題解決方案，提升小麥田間管理效率和效益，助力小麥豐產和農民增收。

1.1.1 土壤墑情自動監測系統。該系統是針對小麥田間耕作層土壤含水量、土壤溫度、電導率等進行測定，并實時傳輸數據。監測數據統一由自動監測站發送到網絡數據平臺，并按照統一格式進行存儲，通過圖表形式直觀展現給用戶。平臺設置有圖形預警和災情渲染模塊，可以根據作物種類和土壤類型設定不同的預警閾值，當實測數據低于預警閾值時，平臺會及時向用戶發送預警信息；同時災情渲染模塊將按照災情嚴重程度分為不同顏色，在省級行政地圖上以點的形式展現，可直觀顯示各區域的災情動態信息。

1.1.2 田間小氣候、苗情、災情自動監測系統。該系統可將田間小麥長勢通過實時影像畫面展現在客戶端，對田間小氣候各項數據進行實時采集和傳輸，對異常氣候和苗情進行預警，并自動生成專家解決方案，實現對小麥播種、施肥、灌溉、施藥、除草和收割等全生產過程的管理。

1.1.3 大田病蟲害自動監測系統。該監測系統可實現農業病蟲害自動誘殺（農業昆蟲）、孢子捕捉（農業病害）、收集、分類歸集、自動拍照和數量統計等工作，實現遠程自動上傳病蟲害采集數據，形成病蟲害數據庫，并通過圖表和數據列表的形式在客戶端展現。利用該系統，用戶可實時遠程了解田間病蟲害發生狀況，制訂防控措施。

1.1.4 專家診斷系統。診斷系統分為系統自帶專家系統和遠程專家會商系統2種。前者為系統根據數據信息自動生成的專家方案；后者為在線專家根據用戶上報的小麥田間監測數據、圖片、視頻及文字描述資料進行遠程診斷和會商，最終給出專家方案。

1.1.5 系統客戶端管理系統。小麥“四情”監測預警系統可以實現區域組網，根據用戶管理級別給予不同的管理權限，級別越高，管理權限越大，用戶可根據權限范圍實時查看、下載管理站點和區域的監測數據。用戶可通過移動端和PC端，無線或在線實時監管物聯網監控平臺，進行系統的運行維護和管理。

1.2 基于遙感技術的小麥長勢遙感監測系統

小麥大田長勢相關信息，是田間光、熱、水等氣候要素對小麥生長直接作用的具體表現。基于遙感技術的小麥長勢遙感監測系統可利用多種遙感數據源（環境衛星、地球觀測系統、SPOT5衛星等）進行小麥長勢監測，以遙感技術、地理大數據技術、全球定位系統（Global Positioning System，GPS）、互聯網和數據庫等為支持，對植被指數進行自動計算、分類與關系分析，實現對小麥大田宏觀、動態的實時監測，具有其他監測技術不可比擬的技術優勢。利用遙感監測系統可以對小麥苗情、長勢、產量、氣候動態和區域分布狀況等進行宏觀測評，及時了解小麥大田種植區域墑情、苗情、農田氣候和病蟲害發生情況的動態變化，為小麥的大田管理提供科學支持。

1.2.1 小麥長勢監測指標。小麥的生長發育過程是一個極其復雜的系統生理生長過程，其生長發育受光照、溫度、水分、土壤、肥料、病蟲草害、災害性氣候和農業管理措施等一系列因素的影響。因此，小麥的生長狀況是多種因素綜合作用的結果。其生長狀況可以用一些能夠反映其生長特征且與該生長特征密切相關的因子進行表征，如長勢等。小麥長勢是反映其生長狀況和產量的重要指標。由于遙感監測系統的工作原理是以作物光譜特征為依據，即作物在可見光部分（被葉綠素吸收）有較強的吸收峰，近紅外波段（受葉片內部構造影響）有強烈的反射率形成突峰，這些敏感波段及其組合可以反映作物生長的空間信息、變化情況等。小麥長勢遙感監測指標以歸一化植被指數（Normalized Difference Vegetation Index，NDVI）、葉面積指數（LEAF AREA INDEX，LAI）等為代表。

葉面積指數是指單位土地面積上植物葉片總面積占土地面積的倍數，即葉面積指數=葉片總面積/土地面積。經過試驗發現，葉面積指數是綜合反映小麥長勢的綜合指數，其與小麥長勢的個體特征和群體特征相關。小麥葉面積指數是作物光合作用強弱的直接體現，葉面積指數越大，光合作用越強，反之則越弱。因此，可以用葉面積指數來監測小麥長勢。歸一化植被指數與作物的葉面積指數具有緊密的相關性，在作物的生長勢監測中常被作為反映小麥生長狀況的重要指標。

1.2.2 小麥長勢監測方法。大田小麥長勢監測包括實時監測和過程監測2種。實時監測是將實時的NDVI圖像值，使其與往年特定或多年平均NDVI圖像值進行對比，以反映實時的小麥長勢差異，還可以對差異值進行統計與分析，進而得出當時區域內小麥生長情況。過程監測主要是通過時序NDVI圖像來構建作物生長過程，通過生長過程年際間的對比來反映作物的生長狀況。在小麥全生命周期，通過遙感衛星監測小麥綠度值的持續變化，實現對小麥大田生長勢的動態監測。隨著連年監測數據的積累，將當年的時間變化曲線與歷年的曲線對比，可以實現精準測產、合理制訂大田管理方案等。

1.2.3 應用實例。以河南省冬小麥為例，以地球觀測系統（EOS MODIS）影像為數據源，結合田間控制試驗，將小麥生長模擬和遙感、地理大數據技術（Geographic Information System，GIS）相結合，輔以地面農業氣象觀測與調查，研究冬小麥長勢遙感監測指標。通過研究發現，NDVI在冬小麥全生育期的長勢監測過程中較其他植被指數有明顯的表征效果。另外，以NDVI反演出的LAI在表征冬小麥長勢分級方面準確性較高，可以作為科學分苗的依據。

2 問題與對策

近年來，河南省不斷探索建立和完善小麥農情監測系統，已初步形成基于物聯網技術和遙感技術的監測網絡，通過遠程監測逐步實現了小麥墑情監測、田間小氣候監測、病蟲害測報、小麥田間長勢監測、災情測報和大田測產等一系列成果。但是，在小麥農情監測工作中還存在短板，如農情監測體系不夠完善、監測結果未及時用于指導生產、預警應急保障不到位等。

2.1 建立健全小麥農情監測組織體系

2.1.1 制度建設是前提。河南省農業主管部門應牽頭制定和完善相關制度體系，以制度為抓手規范農情監測平臺和體系規范有序發展。同時，根據農情監測體系特點制定程序性文件，保障農情監測體系建設的目標性、計劃性、配套性、系統性和可操作性。

2.1.2 組織建設是保障。河南省應建立省級、地市級、縣鄉（鎮）三級組織體系，明確各級組織工作目標任務，落實農情監測體系目標責任制。按照三級組織體系，由省級農業主管部門制定總體農情監測體系規劃，層層抓落實，避免人浮于事、落而不實現象的發生。

2.1.3 建立人才隊伍體系是關鍵。人才是農情監測體系建設的核心，建立精干高效的農情監測工作隊伍是保障農情監測體系高效、有序運行的根本。因此，應依照重點突出、覆蓋全面、網絡健全的思路，配備足夠的技術和管理人才，形成縱橫聯絡、全覆蓋的農情監測網絡體系。

2.2 建立健全小麥農情監測預警和信息發布系統

河南省農業相關部門應借助物聯網、移動通信、云計算等現代信息技術，完善小麥農情監測預警與信息發布系統，建立監測預警專家會商系統和統一的小麥農情信息發布平臺。同時，相關部門應根據受眾閱讀習慣，充分發揮新媒體信息傳播的及時性、便捷性，積極運用微信、微博等渠道開展農情信息發布與傳播。另外，河南省應立足小麥生產核心區的戰略定位，堅持問題導向，持續技術創新和組織創新，提升農情監測系統的科學性、先進性，培養一支高素質的小麥農情監測預警人才隊伍。

2.3 充分利用農情監測預警，增強抗災減災能力

近年來，河南省小麥農業氣象災害防御形勢不容樂觀，干旱、洪水、冰雹、熱害、冷害和干熱風等對小麥生產帶來了不利影響。對此，河南省農業相關部門應充分利用農情監測數據和預警系統，做好小麥農情數據采集、上報、分析和會商工作，增強抗災減災能力。一是各級農業主管部門要牢牢樹立抗災減災保生產的理念，按照組織分工，加強工作合作與協調，上下聯動，將救災政策落實到位、救災物資下發到位、救災資金補貼到位。二是加強災害預警服務，整合各種信息，建立統一的發布平臺，保證預警信息第一時間發布到基層，進村入戶。三是農業主管部門要與氣象部門加強聯系和溝通，在農業生產關鍵期實時掌握天氣動態，加強對干旱、冰雹等災害性天氣的動態監測與聯防聯控。四是各級農技技術人員要充分發揮小麥監測預警體系的組織優勢，認真開展小麥大田的墑情、苗情、病蟲情調查，掌握一線情況，組織專家會商，為小麥大田生產管理提供指導意見。