稻纵卷叶螟为害水稻的光谱特征
【目的】为了探讨稻纵卷叶螟对水稻不同为害程度条件下作物的表现特征，本研究拟从不同程度稻纵卷叶螟为害条件下，水稻光谱反射率的变化入手，提取受害作物光谱曲线中的光谱吸收特征，找到表征稻纵卷叶螟对水稻叶片危害程度及卷叶率的敏感波段，以此为稻纵卷叶螟为害水稻程度的遥感监测提供理论指标与方法。【方法】试验以不同受害等级的水稻田块为研究对象，利用ASD光谱仪，对田间小区内不同受害程度下水稻叶片的光谱反射率进行测定，提取能够表征稻纵卷叶螟对水稻叶片为害程度的敏感波段。【结果】在水稻扬花期，波长为721—1000nm的红光至近红外波段，受害等级与光谱反射率之间呈现出极为显著的负相关。721—1000nm波长范围可作为表征水稻叶片受稻纵卷叶螟危害程度的敏感光谱波段。其中755nm的红光是反射率与叶片受害等级间相关系数最大的波段，利用该波段处的反射率及其组合进行叶片受害程度的线性反演，可得到叶片受害程度的诊断模型。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法3
试验区水稻的生长状况及受稻纵卷叶螟为害情况3
1.1.1 试验田3
1.1.2试验水稻品种及试验设计4
1.1.3 供试虫源 4
1.1.4 罩笼设置4
1.1.5 接虫时间及测定方法4
1.2 光谱的测定 4
1.3 数据分析方法5
2 结果与分析5
2.1 不同卷叶率级别下小区水稻冠层的光谱反射率5
2.2 受害严重程度与反射率的相关性分析6
3 讨论7
致谢8
参考文献9
稻纵卷叶螟为害水稻的光谱特征
引言
引言
水稻是我国的主要粮食作物之一，其种植面积占到全国总耕地面积的1/4。水稻病虫害是引起其产量形成和品质下降的重要因素之一，其发生和为害严重威胁中国的粮食安全。稻纵卷叶螟是水稻上的一种重要害虫，它隶属于昆虫纲，鳞翅目，螟蛾科，具有远距离迁飞性的特性。稻纵卷叶螟的危害范围广，历时长，其对水稻植株上部功能叶片的危害直接影响 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
水稻灌浆物质的积累，进而影响水稻产量。受到水稻生长状况、种植制度和气候条件等的共同影响，近年来其逐渐成为热带和亚热带亚洲水稻的重要害虫。20世纪70年代以前，稻纵卷叶螟在我国稻区是一种间歇性、局部性发生的害虫；7080年代初，因高产水稻品种的不断引进，其发生程度较重；80年代末到90年代前半期，发生有减轻的趋势；90年代后半期以后，稻纵卷叶螟在我国粮食主产区的发生范围逐渐扩增，且强度明显加重，已成为水稻上的常发性重要害虫。2003、2007和2008年，稻纵卷叶螟在全国特大暴发，给水稻产量造成严重损失，对粮食生产构成重大威胁[1]。
稻纵卷叶螟幼虫为害分蘖期、孕穗期和抽穗期的水稻叶片。初孵幼虫从叶尖沿叶脉来回爬动，然后钻入心叶或者是由稻蓟马为害形成的卷叶中啃食叶肉，留下针头形状的白色透明小点，但很少结苞；2龄幼虫开始爬到叶尖或者稻叶中上部吐丝为害，将叶片缀连形成小虫苞，多为单苞，称为“卷尖期”，在虫苞内为害，受害处呈白色透明条斑；3龄开始转苞为害，幼虫行动活跃，转苞多在夜晚七八点或者凌晨四五点以及阴雨天时进行；4龄后转苞转株频繁，虫龄越大，虫苞越大，取食越多，转移次数越多，为害就越重。幼虫多数为5龄，前3龄食量非常小，3龄开始增长，5龄为暴食阶段，一生可取食为害59个叶片。水稻受害后，叶片光合作用减弱，导致千粒重降低，空秕率升高，造成水稻减产，严重时虫苞累累，白叶满田甚至颗粒无收。据统计，我国曾因稻纵卷叶螟为害损失稻谷重量达5亿7.5亿kg[2]。
稻纵卷叶螟在我国分布广泛，东自台湾，西起西藏，南达广东、海南岛，北至黑龙江、内蒙，遍及二十八个省市、自治区，其中秦沂山区到秦岭一线以南各省稻区，华北东北渤海湾沿岸地区为其主要为害区。
准确预测稻纵卷叶螟的发生量和时间并及时采取防控措施，能够在很大程度上减轻水稻的损失。
高光谱技术是21世纪初对地物观测技术的重要突破之一，它拥有多波段、信息量丰富的特点，它利用很多连续并且很窄的电磁波从目标物获取一条完整而连续的光谱特征曲线，进而得到反射物的精准信息[7]。而农作物的特征信息主要集中在作物叶片中生理生化特性的改变而形成的吸收波形中，通过对光谱数据的处理和分析就可以反映出作物内部吸收波形的变化特征。
研究发现水稻叶片受稻纵卷叶螟危害后，由于其细胞色素、叶面积指数、地面生物量及外部形状等会发生变化，并且这种变化可在可见光波段和近红外波段的反射率上表现出来[8]。分析收集水稻光谱特征，建立光谱模型，通过光谱特征来获取水稻的生长信息，开展水稻光谱反射特征的研究，进行农业遥感数据的收集是十分重要的。它不但能为区别水稻和其他农作物提出依据，而且还可以确定区别它们的最佳遥感波段和时间。同时，根据水稻的光谱特征，我们能了解其生长状况与施肥、光合速率、生物量、产量的关系，进而了解水稻的生长发育过程，进行产量预估和生长时期的预报[9]。
近年来利用高光谱技术对水稻病虫害的监测也涉及了许多方面。吴昊等[10]和邱白晶等[11]分别对白背飞虱为害后的水稻冠层和单叶的光谱特性进行了研究，并且得到了反演为害程度的敏感波段及相应的预测模型。熊勤学等[12]应用MODIS数据分析了水稻受稻飞虱为害后的光谱特性，发现植被指数NDVI在正常年份与受害严重年份之间的差异显著，并验证了NDVI可以反映稻飞虱的为害程度。Yang等[13]指出水稻受褐飞虱危害后NDVI、R75和R890可反演出褐飞虱虫量等级；同时研究了分蘖盛期水稻受稻纵卷叶螟危害后的冠层光谱特征，提出R757和RnirRred能较好地反演虫害水平。石晶晶等[14]采用基于支持向量机 (SVM)方法，对稻纵卷叶螟危害的水稻单叶的高光谱反射率特征进行了分析，认为该方法可识别出健康叶片与受害初期的虫害叶片。Gregory和Carter[15]研究了植物在受到8 种胁迫时的反射率比值与不受胁迫时的反射率比值，以及它们的相关性，发现在可见光到近红外光谱区与无胁迫的植物叶片相比，受胁迫的叶片中R695/R420、R695/R760是最显著相关的。吴曙雯[16]等人通过对4个感染不同等级稻叶瘟的水稻冠层反射光谱进行测试，并对光谱反射曲线进行微分分析，研究了绿光区、红光区和近红外区反射光谱的变异特征。得出绿光区、红光区和近红外区的水稻冠层光谱反射率随病情程度的加重分别呈现下降、上升和下降的趋势；绿光吸收边缘的特征波长值发生红移，红光吸收边缘和近红外吸收边缘的特征波长值发生蓝移。受害轻时近红外区反射率变化幅度大，受害重时绿光区和红光区反射率变化幅度大。
近年来，利用高光谱方法监测稻纵卷叶螟的研究也开始兴起，许多学者采用光谱仪在近距离的范围内获取作物的光谱数据，通过光谱与虫害程度之间的关系间接地监测水稻受稻纵卷叶螟为害的水平，并获得了不错的成果。黄建荣[17]等人采用便携式光谱仪在叶片、小区和大田水平上测定不同生育期水稻受稻纵卷叶螟为害的光谱反射率，建立了光谱反射率与虫害程度之间的线性回归模型，并利用径向基函数神经网络方法监测卷叶率。结果表明用基于光谱指数的一元线性回归模型对稻纵卷叶螟进行监测，对分蘖期、孕穗期和扬花期叶片的受害程度监测的准确率分别为90%、76%和69%。用基于光谱指数的平铺组合叶片卷叶率监测的一元线性回归模型，对分蘖期和孕穗期叶片监测的准确率分别为86%和79%。孙启花[1819]等人利用便携式光谱仪测定不同卷叶率小区水稻的冠层光谱反射率，同时在不同卷叶率小区内采集未受害展开叶和已卷叶带回实验室进行室内单叶的光谱反射率测定，同时采用相关分析与回归建模方法组建了稻纵卷叶螟为害程度的光谱诊断模型，其研究发现，受害区域内水稻冠层在738—100nm处和未受害叶片在512—606和699—1000nm处的光谱反射率，以及红边幅值和红边面积均可较好地表征水稻受稻纵卷叶螟为害后的卷叶率级别，可利用这两层次的光谱指标分别对小区水稻的受害程度进行诊断。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法3
试验区水稻的生长状况及受稻纵卷叶螟为害情况3
1.1.1 试验田3
1.1.2试验水稻品种及试验设计4
1.1.3 供试虫源 4
1.1.4 罩笼设置4
1.1.5 接虫时间及测定方法4
1.2 光谱的测定 4
1.3 数据分析方法5
2 结果与分析5
2.1 不同卷叶率级别下小区水稻冠层的光谱反射率5
2.2 受害严重程度与反射率的相关性分析6
3 讨论7
致谢8
参考文献9
稻纵卷叶螟为害水稻的光谱特征
引言
引言
水稻是我国的主要粮食作物之一，其种植面积占到全国总耕地面积的1/4。水稻病虫害是引起其产量形成和品质下降的重要因素之一，其发生和为害严重威胁中国的粮食安全。稻纵卷叶螟是水稻上的一种重要害虫，它隶属于昆虫纲，鳞翅目，螟蛾科，具有远距离迁飞性的特性。稻纵卷叶螟的危害范围广，历时长，其对水稻植株上部功能叶片的危害直接影响 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
水稻灌浆物质的积累，进而影响水稻产量。受到水稻生长状况、种植制度和气候条件等的共同影响，近年来其逐渐成为热带和亚热带亚洲水稻的重要害虫。20世纪70年代以前，稻纵卷叶螟在我国稻区是一种间歇性、局部性发生的害虫；7080年代初，因高产水稻品种的不断引进，其发生程度较重；80年代末到90年代前半期，发生有减轻的趋势；90年代后半期以后，稻纵卷叶螟在我国粮食主产区的发生范围逐渐扩增，且强度明显加重，已成为水稻上的常发性重要害虫。2003、2007和2008年，稻纵卷叶螟在全国特大暴发，给水稻产量造成严重损失，对粮食生产构成重大威胁[1]。
稻纵卷叶螟幼虫为害分蘖期、孕穗期和抽穗期的水稻叶片。初孵幼虫从叶尖沿叶脉来回爬动，然后钻入心叶或者是由稻蓟马为害形成的卷叶中啃食叶肉，留下针头形状的白色透明小点，但很少结苞；2龄幼虫开始爬到叶尖或者稻叶中上部吐丝为害，将叶片缀连形成小虫苞，多为单苞，称为“卷尖期”，在虫苞内为害，受害处呈白色透明条斑；3龄开始转苞为害，幼虫行动活跃，转苞多在夜晚七八点或者凌晨四五点以及阴雨天时进行；4龄后转苞转株频繁，虫龄越大，虫苞越大，取食越多，转移次数越多，为害就越重。幼虫多数为5龄，前3龄食量非常小，3龄开始增长，5龄为暴食阶段，一生可取食为害59个叶片。水稻受害后，叶片光合作用减弱，导致千粒重降低，空秕率升高，造成水稻减产，严重时虫苞累累，白叶满田甚至颗粒无收。据统计，我国曾因稻纵卷叶螟为害损失稻谷重量达5亿7.5亿kg[2]。
稻纵卷叶螟在我国分布广泛，东自台湾，西起西藏，南达广东、海南岛，北至黑龙江、内蒙，遍及二十八个省市、自治区，其中秦沂山区到秦岭一线以南各省稻区，华北东北渤海湾沿岸地区为其主要为害区。
准确预测稻纵卷叶螟的发生量和时间并及时采取防控措施，能够在很大程度上减轻水稻的损失。
高光谱技术是21世纪初对地物观测技术的重要突破之一，它拥有多波段、信息量丰富的特点，它利用很多连续并且很窄的电磁波从目标物获取一条完整而连续的光谱特征曲线，进而得到反射物的精准信息[7]。而农作物的特征信息主要集中在作物叶片中生理生化特性的改变而形成的吸收波形中，通过对光谱数据的处理和分析就可以反映出作物内部吸收波形的变化特征。
研究发现水稻叶片受稻纵卷叶螟危害后，由于其细胞色素、叶面积指数、地面生物量及外部形状等会发生变化，并且这种变化可在可见光波段和近红外波段的反射率上表现出来[8]。分析收集水稻光谱特征，建立光谱模型，通过光谱特征来获取水稻的生长信息，开展水稻光谱反射特征的研究，进行农业遥感数据的收集是十分重要的。它不但能为区别水稻和其他农作物提出依据，而且还可以确定区别它们的最佳遥感波段和时间。同时，根据水稻的光谱特征，我们能了解其生长状况与施肥、光合速率、生物量、产量的关系，进而了解水稻的生长发育过程，进行产量预估和生长时期的预报[9]。
近年来利用高光谱技术对水稻病虫害的监测也涉及了许多方面。吴昊等[10]和邱白晶等[11]分别对白背飞虱为害后的水稻冠层和单叶的光谱特性进行了研究，并且得到了反演为害程度的敏感波段及相应的预测模型。熊勤学等[12]应用MODIS数据分析了水稻受稻飞虱为害后的光谱特性，发现植被指数NDVI在正常年份与受害严重年份之间的差异显著，并验证了NDVI可以反映稻飞虱的为害程度。Yang等[13]指出水稻受褐飞虱危害后NDVI、R75和R890可反演出褐飞虱虫量等级；同时研究了分蘖盛期水稻受稻纵卷叶螟危害后的冠层光谱特征，提出R757和RnirRred能较好地反演虫害水平。石晶晶等[14]采用基于支持向量机 (SVM)方法，对稻纵卷叶螟危害的水稻单叶的高光谱反射率特征进行了分析，认为该方法可识别出健康叶片与受害初期的虫害叶片。Gregory和Carter[15]研究了植物在受到8 种胁迫时的反射率比值与不受胁迫时的反射率比值，以及它们的相关性，发现在可见光到近红外光谱区与无胁迫的植物叶片相比，受胁迫的叶片中R695/R420、R695/R760是最显著相关的。吴曙雯[16]等人通过对4个感染不同等级稻叶瘟的水稻冠层反射光谱进行测试，并对光谱反射曲线进行微分分析，研究了绿光区、红光区和近红外区反射光谱的变异特征。得出绿光区、红光区和近红外区的水稻冠层光谱反射率随病情程度的加重分别呈现下降、上升和下降的趋势；绿光吸收边缘的特征波长值发生红移，红光吸收边缘和近红外吸收边缘的特征波长值发生蓝移。受害轻时近红外区反射率变化幅度大，受害重时绿光区和红光区反射率变化幅度大。
近年来，利用高光谱方法监测稻纵卷叶螟的研究也开始兴起，许多学者采用光谱仪在近距离的范围内获取作物的光谱数据，通过光谱与虫害程度之间的关系间接地监测水稻受稻纵卷叶螟为害的水平，并获得了不错的成果。黄建荣[17]等人采用便携式光谱仪在叶片、小区和大田水平上测定不同生育期水稻受稻纵卷叶螟为害的光谱反射率，建立了光谱反射率与虫害程度之间的线性回归模型，并利用径向基函数神经网络方法监测卷叶率。结果表明用基于光谱指数的一元线性回归模型对稻纵卷叶螟进行监测，对分蘖期、孕穗期和扬花期叶片的受害程度监测的准确率分别为90%、76%和69%。用基于光谱指数的平铺组合叶片卷叶率监测的一元线性回归模型，对分蘖期和孕穗期叶片监测的准确率分别为86%和79%。孙启花[1819]等人利用便携式光谱仪测定不同卷叶率小区水稻的冠层光谱反射率，同时在不同卷叶率小区内采集未受害展开叶和已卷叶带回实验室进行室内单叶的光谱反射率测定，同时采用相关分析与回归建模方法组建了稻纵卷叶螟为害程度的光谱诊断模型，其研究发现，受害区域内水稻冠层在738—100nm处和未受害叶片在512—606和699—1000nm处的光谱反射率，以及红边幅值和红边面积均可较好地表征水稻受稻纵卷叶螟为害后的卷叶率级别，可利用这两层次的光谱指标分别对小区水稻的受害程度进行诊断。
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