近日，中國科學(xué)院空天信息研究院植被定量遙感研究團隊在國際上首次發(fā)布了中英雙語(yǔ)全球小麥病蟲(chóng)害遙感監測報告，主要聚焦全球糧食主產(chǎn)國在主要糧食作物關(guān)鍵生長(cháng)期典型病蟲(chóng)害的發(fā)生發(fā)展狀況。

團隊負責人、研究員黃文江對《中國科學(xué)報》記者說(shuō)：“我們是一支涵蓋遙感科學(xué)、光學(xué)、數學(xué)、計算機科學(xué)、農學(xué)、植物營(yíng)養學(xué)等多學(xué)科交叉互補的創(chuàng )新學(xué)術(shù)團隊。團隊經(jīng)過(guò)十幾年的潛心研究和實(shí)驗驗證，建立了病蟲(chóng)害遙感監測預警和損失評估技術(shù)體系，實(shí)現了災前預警—災中監測—災后評估的全鏈條農業(yè)信息服務(wù)。自2015年以來(lái)，團隊持續地對外發(fā)布全國和糧食主產(chǎn)省的病蟲(chóng)遙感監測預警報告?！?/p>

遙感診脈病蟲(chóng)害

據聯(lián)合國糧農組織估計，全世界每年由病蟲(chóng)害導致的糧食減產(chǎn)約占總產(chǎn)量的1/4，中國每年因作物病蟲(chóng)害導致的糧食損失約400億千克，占糧食總產(chǎn)量的8.8%，病蟲(chóng)害已成為威脅糧食安全、制約農業(yè)生產(chǎn)的重要因素之一?！笆濉逼陂g，農業(yè)農村部要求農藥施用零增長(cháng)，這為如何大面積、快速實(shí)現作物病蟲(chóng)害發(fā)生程度和發(fā)生面積的監測預警提出了更為嚴峻的挑戰。

遙感相對于傳統病蟲(chóng)害田間調查技術(shù)手段而言，能夠高效、客觀(guān)地在大尺度上對作物病蟲(chóng)害發(fā)生發(fā)展狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監測，對于病蟲(chóng)害及時(shí)、高效和科學(xué)防控具有重要意義。

從2003年起，黃文江便開(kāi)始鉆研如何以遙感為手段定量測報病蟲(chóng)災情。他說(shuō)：“明確不同作物病害、蟲(chóng)害遙感典型光譜特征和敏感波段，建立作物病蟲(chóng)害遙感監測光譜數據庫，與作物長(cháng)勢狀況、空間分布、地表溫度、降雨等多源遙感反演結果和作物病蟲(chóng)害預測模型相結合，就能實(shí)現大區域作物病蟲(chóng)害遙感監測和預測預報?！?/p>

思路清晰后，黃文江著(zhù)手解決最關(guān)鍵的問(wèn)題之一 ——建立模型。他帶領(lǐng)團隊建立了葉片和冠層尺度的小麥、水稻、玉米、棉花等作物主要病蟲(chóng)害高光譜、多光譜遙感監測模型；綜合考慮作物長(cháng)勢和溫度、濕度等環(huán)境因素，建立了作物病蟲(chóng)害遙感監測和預測模型；系統提出了作物病蟲(chóng)害災前預警、災中監測和災后損失評估方法。

模型建立好后，團隊又面臨了另一個(gè)問(wèn)題——衛星數據無(wú)法滿(mǎn)足作物病蟲(chóng)害遙感監測和預測應用需求。

黃文江說(shuō)：“當時(shí)可以使用美國陸地衛星，16天重訪(fǎng)一次，而農作物的生長(cháng)變化周期一般是5～7天，它在精度、時(shí)間上都無(wú)法滿(mǎn)足監測需求。近年來(lái)國內的高分衛星、歐盟的哨兵系列衛星等可以實(shí)現全球10米的空間分辨率，并且達到了5天左右的重訪(fǎng)周期，這樣就能定期發(fā)布全國乃至全球重點(diǎn)區域的病蟲(chóng)遙感測報專(zhuān)題圖和科學(xué)報告?！?/p>

在黃文江的帶領(lǐng)下，團隊于2015年建成了國內首個(gè)業(yè)務(wù)化運行的作物病蟲(chóng)害遙感監測和預測系統，已在線(xiàn)發(fā)布了多期全球、全國、糧食主產(chǎn)省、重點(diǎn)區域的作物病蟲(chóng)害發(fā)生區域、發(fā)生面積和發(fā)生程度的小麥、水稻、玉米主要病蟲(chóng)害發(fā)生現狀及趨勢預測報告，為病蟲(chóng)害的大范圍監測、預警和防控提供了有效技術(shù)手段。

多學(xué)科背景聯(lián)合攻關(guān)

黃文江心中一直有一個(gè)理念：植被定量遙感研究不能只靠遙感來(lái)解決問(wèn)題，應拓寬思路，綜合光學(xué)、數學(xué)、計算機科學(xué)、農學(xué)、植物營(yíng)養學(xué)等多學(xué)科知識，開(kāi)展更為廣泛且深入的科學(xué)探索。

近年來(lái)，植被定量遙感團隊以陸表植被為研究對象，圍繞植被定量遙感原理、植被輻射傳輸機理、植被與地表參數作用機制及植被定量遙感應用等主題開(kāi)展研究，并在植被遙感機理、農業(yè)遙感、森林遙感、草地遙感、生態(tài)遙感等方面取得了一系列理論和應用研究成果。

針對當前農情監測以定性為主，監測精度無(wú)法實(shí)現定量的精準變量肥水藥管理等難題，團隊改進(jìn)了作物冠層內光合有效輻射垂直分布模型，提出了基于多時(shí)相和核驅動(dòng)機理模型結合的作物株型遙感識別方法，建立了植株氮素、葉綠素、類(lèi)胡蘿卜素和水分遙感診斷模型，提出了利用類(lèi)胡蘿卜素和葉綠素比值監測作物養分虧缺狀況的新方法與遙感監測模型。

“面向農業(yè)精準管理迫切需求，我們將遙感‘面狀信息’與地面‘點(diǎn)狀信息’有機融合，在縣域、農場(chǎng)和田塊等多種尺度上開(kāi)展了面向農業(yè)精準變量肥水管理和產(chǎn)量預測研究，提出了光譜數據和作物生長(cháng)模型同化的作物精準變量施肥與效益評價(jià)方法，以及長(cháng)勢監測和產(chǎn)量預測模型?！秉S文江說(shuō)。

在科技成果轉化方面，團隊通過(guò)提供專(zhuān)題圖和遙感監測預測報告等多種模式，促進(jìn)了空間信息技術(shù)在作物生產(chǎn)布局、精準施肥、變量灌溉決策、病蟲(chóng)防治等方面的應用，研究成果在黑龍江、吉林、河北、河南、山東等多個(gè)省市及全國糧食主產(chǎn)區進(jìn)行了廣泛的推廣應用。

國際合作拓寬科研渠道

團隊在為國內農業(yè)發(fā)展解決問(wèn)題的同時(shí)，也開(kāi)展了豐富的國際合作活動(dòng)，建立了與美國、英國、意大利、加拿大、澳大利亞等國家的項目合作研究、互訪(fǎng)交流、研究生聯(lián)合培養等合作機制，成立了中英作物病蟲(chóng)害測報與防控聯(lián)合實(shí)驗室，承擔了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金國際合作重點(diǎn)項目、中科院先導項目和國際合作重點(diǎn)項目、中英牛頓基金、中意國際合作項目、中歐龍計劃等項目。

黃文江說(shuō)：“我們與國際團隊在植被理化參數遙感反演、作物病蟲(chóng)遙感監測與預測、農業(yè)與生態(tài)應用等領(lǐng)域展開(kāi)了廣泛深入的合作交流，取得了系列創(chuàng )新研究成果?！?/p>

團隊成員董瑩瑩博士告訴記者：“在此次全球小麥病蟲(chóng)害遙感監測報告的發(fā)布中，我們與英國、意大利等研究團隊開(kāi)展了良好合作。對2018年4月至5月進(jìn)入小麥中后期生長(cháng)階段的10個(gè)主產(chǎn)國的小麥銹病、赤霉病和蚜蟲(chóng)等發(fā)生發(fā)展狀況進(jìn)行定量監測預警，提取并分析了其空間分布、危害程度和發(fā)生面積?！?/p>

在全體成員的共同努力下，研究團隊近年來(lái)獲得國家科技進(jìn)步獎二等獎、測繪科技進(jìn)步獎一等獎、中科院杰出科技成就獎等獎項。黃文江說(shuō)：“我們科研工作者需要國家穩定科研支持、需要沉下心刻苦鉆研，積累本領(lǐng)域的科研成果，不能浮躁。未來(lái)我們將不斷擴充作物病蟲(chóng)害遙感監測和預測的作物種類(lèi)，提高監測和預測精度，服務(wù)國家宏觀(guān)決策和社會(huì )經(jīng)濟的可持續發(fā)展?！?/p>

摘自《中國科學(xué)報》