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高光谱技术为农作物“做健康体检” 来源:中国气象报社 日期:2024年06月25日16:34

  地球上不同物质都有自己独特的光谱特征,像人的“指纹”一样,是用来识别和分析不同物体的一种重要“身份证”。而高光谱技术是基于物质与光的相互作用原理,通过获取目标在不同波长下的光谱信息,实现对物质成分、结构和性质的详细分析,识别视觉上无法区分的物质。

  能够直接探测出作物特征的高光谱技术,可谓农田里的“火眼金睛”。高光谱技术利用高光谱辐射计或高光谱成像仪来捕获地物的高光谱数据,可获取农田和植被的反射、辐射特性信息,反演叶绿素含量、植物光合作用效率、水分含量、氮含量、土壤质地等作物和土壤的基本特征。

  “高光谱技术以其独特的优势成为监测田间作物状态的革命性工具之一。”中国气象局气象探测中心(以下简称“气象探测中心”)正高级工程师吴东丽介绍,高光谱技术在农业领域的应用涵盖了作物生长监测、产量预测、农作物病害诊断、农产品质量评估等多方面,为现代农业的发展提供技术支撑。

  当前,气象部门正针对高光谱技术开展试验研究。其中,吴东丽创新工作室正深耕这一领域。5月23日,作物高光谱对比试验研讨会在安徽召开。由气象探测中心组织,中国农业大学、中国林业科学研究院、安徽农业大学等11家高校、科研院所,针对试验方案的可行性及存在问题开展研讨,推动高光谱遥感等先进技术及相关设备在作物灾害监测与评估中的应用。

  今年,气象探测中心选取了合肥农试站、巴彦淖尔农试站、荆州农试站、南昌农试站、临沂农试站、郑州农试站、锦州农试站等7个农试站,开展作物灾害识别对比试验。试验涵盖水稻、小麦、玉米、棉花等4种主要大宗作物,以及干旱、冻害、低温冷害、高温热害、涝渍等5种主要灾害,旨在奠定业务化运行基础,进一步研判作物灾害高光谱数据的关键指标,同时为强化提升粮食生产全过程气象灾害精细化监测评估能力和粮食产量预报能力提供数据支撑,提升农试站试验观测、科研分析能力,进一步带动农试站协调发展。

  “中原粮仓”看河南,省气象科学研究所目前正在针对冬小麦、花生冠层高光谱特征开展叶面积指数估算,为产量预报及长势监测奠定基础。

  “今年年初,在气象探测中心的指导下,我们开展了冬小麦、夏玉米作物发育期与高光谱特征对比试验,同时针对夏玉米抽雄、乳熟期涝渍,冬小麦返青期和拔节期干旱及冬小麦拔节期冻害等农业气象灾害进行高光谱数据测定,分析高光谱对自然灾害的敏感波段。”河南省气象科学研究所正高级工程师张志红说。

  同时,还在冬小麦关键生育期,采集地面高光谱数据,开展高光谱无人机飞行作业,调查地面生理生态参数,建立基于高光谱技术的冬小麦生长参数、品质监测方法,实现对冬小麦生长参数和品质的精准监测,推动农业生产的信息化、智能化和精准化。

  高光谱技术在气象领域的发展、应用,将推动农业气象观测由气象环境要素分析评估,转向作物机理监测评估,从更深层面研判作物长势及灾害的影响,提高农田农业气象精密监测能力,科学分析作物长势及病虫害等信息,制定农作物种植和管理策略,为作物灌溉、施肥、防治病虫害等提供依据,将气象服务深度融入现代农业生产体系。

  “未来,我们还将基于高光谱的监测数据,将农业气象服务由气象环境要素分析评估转向作物机理监测评估,从更深层面研判作物长势及灾害的影响,提高农田农业气象精密监测能力。”吴东丽表示,通过深耕这一领域,满足高时空精度、全链条格点化农业气象服务对监测的需求,赋能现代化农业,进一步提升农业气象观测现代化水平和能力,为保障国家粮食安全、全面推进乡村振兴提供基础数据支撑。

(作者:刘倩 责任编辑:郭曼如)



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