清晨六點(diǎn)，廣東黃埔的稻田籠罩在薄霧中。種植負責人蹲在田埂上，指尖捏著(zhù)一片卷曲發(fā)黃的稻葉，眉頭緊鎖——又是稻縱卷葉螟。這種僅有指甲蓋大小的害蟲(chóng)，每年能讓他的收成減少三成。過(guò)去，他們只能憑經(jīng)驗噴灑農藥，但蟲(chóng)害總是“春風(fēng)吹又生"，農藥成本卻像滾雪球般攀升。

而此刻，一架搭載銀色方盒的無(wú)人機掠過(guò)稻田上空。這個(gè)不起眼的“方盒"，正是無(wú)人機載高光譜成像系統。它像一雙透視眼，能透過(guò)葉片表層，捕捉到害蟲(chóng)啃食后葉肉細胞變化的細微光譜變化。不久，種植負責人收到一張“蟲(chóng)害熱力圖"，圖中紅色區域精準標注了蟲(chóng)害區域。只需按圖施藥，農藥用量比往年減少了，蟲(chóng)害卻銷(xiāo)聲匿跡。

水稻害蟲(chóng)發(fā)生空間分布：(A)水稻拔節期（9月28日）和(B)抽穗期（10月25日）

科研團隊將這臺無(wú)人機高光譜比作“農作物的CT掃描"：無(wú)人機如同移動(dòng)的掃描儀，可完成全景成像；AI算法則像經(jīng)驗豐富的“放射科醫生"，從數萬(wàn)條光譜曲線(xiàn)中揪出蟲(chóng)害信號。當稻縱卷葉螟幼蟲(chóng)啃食葉片時(shí)，葉綠素結構被破壞，在可見(jiàn)光-紅邊波段范圍內，蟲(chóng)害葉片的反射率普遍不同于健康葉片——這種肉眼無(wú)法察覺(jué)的“光譜指紋"，正是蟲(chóng)害預警的關(guān)鍵。

遭受稻縱卷葉螟的水稻和健康水稻葉片的光譜曲線(xiàn)

走進(jìn)上海農科院的實(shí)驗室，研究團隊正對著(zhù)高光譜影像“破譯"蟲(chóng)害密碼。團隊發(fā)現，受害葉片在690nm波段的反射率差異顯著(zhù)；而在南京，另一團隊也發(fā)現水稻葉片受蟲(chóng)侵害的程度越嚴重，620~710nm這一波段范圍內的反射率越高，720~760nm波段的反射率越低，不同蟲(chóng)害等級間的差異在孕穗期和灌漿期最為明顯。

水稻主要生育期受不同等級蟲(chóng)害影響葉片的原始光譜反射率

在廣州，一研究團隊使用無(wú)人機高光譜成像系統（光譜范圍400-1000nm，光譜分辨率3nm，圖像分辨率高達4.5cm（100米飛行高度）），對兩個(gè)試驗田進(jìn)行檢測，在水稻拔節期（9月28日）和抽穗期（10月25日）分別采集光譜數據。

數據經(jīng)過(guò)ENVI軟件拼接、ArcGIS地理配準，并結合高光譜數據與人工智能算法（XGBoost模型），研究團隊成功提取了受害水稻的光譜特征，并繪制了害蟲(chóng)分布圖，為精準施藥提供了科學(xué)依據。

廣州科研團隊的技術(shù)流程

2024年，作物高光譜對比試驗研討會(huì )在安徽召開(kāi)，由氣象探測中心組織，中國農業(yè)大學(xué)和中國林科院等11家高校和科研院所共同探討高光譜遙感技術(shù)在作物病蟲(chóng)害監測中的應用。同年，氣象探測中心選取7個(gè)農試站開(kāi)展農作物的災害識別對比試驗，基于高光譜技術(shù)精準監測作物的長(cháng)勢和品質(zhì)。

高光譜技術(shù)正在推動(dòng)農業(yè)從“大水漫灌"轉向“精準滴灌"。這種技術(shù)不僅能精準識別病蟲(chóng)害，還提高了農藥利用率，減少了殘留，實(shí)現更低的環(huán)境影響。通過(guò)科學(xué)施藥，農民不僅維護了作物安全，更提升了經(jīng)濟效益，推動(dòng)了農業(yè)的可持續發(fā)展。

案例來(lái)源：

1. Feng, S.; Jiang, S.; Huang, X.; Zhang, L.; Gan, Y.; Wang, L.; Zhou, C. Detection of Rice Leaf Folder in Paddy Fields Based on Unmanned Aerial Vehicle-Based Hyperspectral Images. Agronomy 2024, 14, 2660.

2. 田明璐,班松濤,袁濤,等. 基于高光譜成像技術(shù)的水稻葉片稻縱卷葉螟蟲(chóng)害信息提?。跩］. 上海農業(yè)學(xué)報，2022，38（1）：90-94.

3. 黃璐,包云軒,郭銘淇,等.稻縱卷葉螟危害下水稻葉片光譜特征及產(chǎn)量估測[J].中國農業(yè)氣象,2023,44(2):154-164

4. 深耕農業(yè)氣象觀(guān)測現代化技術(shù)——高光譜技術(shù)為農作物“做健康體檢"