周 齡

（赤峰學(xué)院 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

近年來，“3S”技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，人們不僅能夠準(zhǔn)確地辨別地面植被類型和環(huán)境情況，而且能夠?qū)θ说幕顒臃秶头课萁ㄖ姆植歼M(jìn)行動態(tài)觀測，在自然界中“3S”技術(shù)與農(nóng)業(yè)病蟲害相結(jié)合在病蟲害的預(yù)防和控制中可以起到空間決策作用，從而給人們提供了更加豐富有效的信息.長期以來，我國北方部分地區(qū)遭受到蟲災(zāi)不同程度的威脅，赤峰市受到蝗災(zāi)威脅最為嚴(yán)重，人們愈來愈意識到必須對自己賴以生存的空間環(huán)境進(jìn)行有計劃的開發(fā)、保護(hù)與管理.農(nóng)業(yè)資源的合理開發(fā)與利用，農(nóng)業(yè)高效生產(chǎn)與病蟲害的防治等研究更加受到廣泛關(guān)注.

1 “3S”技術(shù)及其在病蟲害監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用研究概況

1.1 “3S”技術(shù)簡介

所謂“3S”技術(shù)，即地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，簡稱GIS），全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，簡稱 GPS）和遙感技術(shù)（Remote Sensing，簡稱 RS）相互結(jié)合并相互獨立發(fā)展起來的新興學(xué)科.

1.1.1 地理信息系統(tǒng)（GIS）

地理信息系統(tǒng)是一種采集、存儲、管理、分析、顯示與應(yīng)用整個或部分地球表面與空間和地理分布有關(guān)數(shù)據(jù)的計算機(jī)系統(tǒng)[1]，是處理和分析海量數(shù)據(jù)的通用技術(shù)，它能夠?qū)臻g及地球表面相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析、整理和描述，通過建立相應(yīng)的模型，來解決較為復(fù)雜的問題，并能用直觀方式的表現(xiàn)出來.

在病蟲害預(yù)防控制領(lǐng)域，GIS系統(tǒng)能夠直觀、準(zhǔn)確地將病蟲害影響因素的空間分布呈現(xiàn)出來[2].它利用二維地面數(shù)據(jù)和三維空間數(shù)據(jù)，分析研究特定地理位置中影響病蟲害分布的各類影響因子，并估計出各影響因子之間存在的相關(guān)性.

1.1.2 遙感技術(shù)（RS）

遙感技術(shù)是運用各種傳感器獲取地球表面信息，來研究地面物體大小、形狀、位置、性質(zhì)及環(huán)境相互關(guān)系[3].對于農(nóng)業(yè)病蟲害的防治工作，RS技術(shù)能夠準(zhǔn)確、快速的獲取病蟲害的種類及其相關(guān)影響因素的分布.

1.1.3 全球定位系統(tǒng)（GPS）

全球定位系統(tǒng)是一種高精度的全球三維實時導(dǎo)航的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)[4]，它利用空間導(dǎo)航衛(wèi)星、地面監(jiān)控站和用戶設(shè)備等給用戶提供各種不同精度的離線或在線的空間定位數(shù)據(jù).

隨著技“3S”技術(shù)的相互結(jié)合、相互滲透和快速發(fā)展，已經(jīng)形成了3S集成化技術(shù)系統(tǒng).GPS、RS、GIS集成應(yīng)用在蝗蟲的監(jiān)控領(lǐng)域中已經(jīng)取得了較好的發(fā)展，并在我國部分地區(qū)都有不同程度的應(yīng)用.例如吉林省地方病研究所同北京臺眾思壯科技有限責(zé)任公司合作建設(shè)GPS工作站，將“3S”技術(shù)與蝗災(zāi)的專業(yè)信息有機(jī)的結(jié)合起來，同時利用GPS對蝗災(zāi)的分布信息進(jìn)行準(zhǔn)確定位.

1.2 “3S”技術(shù)在病蟲害監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用研究概況

20世紀(jì)70年代初，“3S”技術(shù)逐步應(yīng)用于農(nóng)作物病蟲害監(jiān)控領(lǐng)域，經(jīng)過多年的技術(shù)研究和野外實踐，“3S”技術(shù)在病蟲害的遷飛及爆發(fā)等方面取得了一些進(jìn)展，尤其在蝗蟲的動態(tài)監(jiān)測方面呈現(xiàn)出美好的前景.這里以蝗蟲為例，分析其在國內(nèi)外的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀.

1.2.1 “3S”技術(shù)在國外蝗蟲監(jiān)控領(lǐng)域的研究

20世紀(jì)90年代，“3S”技術(shù)在蝗災(zāi)的監(jiān)控上取得了較快的發(fā)展.例如，20世紀(jì)90年代初期北非蘇丹紅海一帶是非常有代表性的沙漠蝗蟲繁殖地區(qū)之一，在沙漠蝗蟲的生存環(huán)境方面利用GIS技術(shù)對相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行入庫、分析、整理并繪制出成圖，并把遙感生存環(huán)境分類并繪制出成圖跟其GIS繪制出的成圖進(jìn)行復(fù)合研究，從而獲得此區(qū)域的“蝗蟲繁殖區(qū)域分布圖”[5].對于沙漠蝗蟲的繁殖、遷徙和群聚的各種生存環(huán)境的可能性評價結(jié)果在圖上都能準(zhǔn)確的呈現(xiàn)出來，并將評價圖用于有針對性的地面沙漠蝗蟲防治的隊伍中.聯(lián)合國糧農(nóng)組織和澳大利亞疫蝗委員會（APLC）開發(fā)的“沙漠蝗蟲監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)”和“澳大利亞蝗蟲決策支持系統(tǒng)”，對澳大利亞沙漠蝗蟲危害的有效控制起了關(guān)鍵性的作用.

由于GIS的空間數(shù)據(jù)處理功能格外突出，能夠定點管理數(shù)據(jù)資料.因此將若干種蝗蟲發(fā)生的預(yù)測結(jié)果及模型進(jìn)行綜合分析，以科學(xué)的手段對蝗蟲種群的產(chǎn)卵分布、遷徙路徑及發(fā)生發(fā)展預(yù)測分析，并將蝗蟲防治和發(fā)生實況以圖形形式顯示，更能直觀、精確的對蝗蟲進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測.另外，GPS能在經(jīng)緯度上對蝗蟲的調(diào)查數(shù)據(jù)資料自動定位，從而能夠準(zhǔn)確的在電子地圖上呈現(xiàn)出田間蝗蟲實時發(fā)生的狀況.

1.2.2 “3S”技術(shù)在我國蝗蟲監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的變革、生態(tài)環(huán)境和氣候條件的變化，人們愈來愈意識到必須對自己賴以生存的空間環(huán)境進(jìn)行有計劃的開發(fā)、保護(hù)與管理，農(nóng)業(yè)病蟲害的預(yù)防和控制等研究更加受到人們的關(guān)注.

20世紀(jì)末，我國科學(xué)家開始從事“3S”技術(shù)在蝗蟲監(jiān)測領(lǐng)域方面上的研究.“稻縱卷葉螟的動態(tài)變化顯示系統(tǒng)”由汪四水等人利用地理信息系統(tǒng)首先建立了起來，為我國在全國范圍內(nèi)建立病蟲害預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)奠定了堅實的基礎(chǔ)[7].馬建文、韓秀珍等人通過在野外持續(xù)觀察和試驗研究以及對衛(wèi)星數(shù)據(jù)同時段的對比分析，提出了“遙感飛蝗生育過程監(jiān)測”，分析在蝗蟲的蟲卵期、幼蟲的生長期和成蟲的遷移期三個不同階段的遙感調(diào)查指標(biāo)和監(jiān)測特征數(shù)據(jù)，對蝗蟲的發(fā)生進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測[6].自1996年以來，南京師范大學(xué)倪紹祥教授利用“3S”技術(shù)在青海湖地區(qū)對草地蝗蟲的發(fā)生、遷飛、預(yù)測模型、蝗群的變化規(guī)律、監(jiān)測系統(tǒng)等層次做出了不懈的研究和探索[8].然而，從客觀上來說這些研究只能說是初探，沙漠蝗蟲和田間蝗蟲在發(fā)生規(guī)律、種群分布、生態(tài)習(xí)性和預(yù)防與控制等方面都存在明顯的差異,因此,在蝗災(zāi)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域運用“3S”技術(shù)越來越能夠顯示出其獨特的優(yōu)越性.

2 赤峰市農(nóng)業(yè)病蟲害調(diào)查分析

2.1 農(nóng)業(yè)病蟲害防治中存在的問題

2.1.1 對預(yù)防工作不夠重視

從對赤峰市調(diào)查分析中，我們了解到病蟲害防治工作中“預(yù)防”是基礎(chǔ)，關(guān)鍵是要做好病蟲害的預(yù)測與預(yù)報工作.正確的預(yù)測與預(yù)報的關(guān)鍵是模型.田間實驗調(diào)查數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)性研究是高質(zhì)量模型的根本.在我國海量數(shù)據(jù)若不能形成一個統(tǒng)一、共享的平臺，很難對數(shù)據(jù)進(jìn)行共享，使得預(yù)防系統(tǒng)在研制中缺乏基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，在客觀上使得病蟲害防治系統(tǒng)向先進(jìn)水平發(fā)展的程度受到了限制[9].在以后的研究工作中，我們應(yīng)該格外重視對基礎(chǔ)性的研究.

2.1.2 使用“門檻”過高

在農(nóng)業(yè)病蟲害防治工作中“3S”技術(shù)使用者一般為專家、科技人員以及少數(shù)農(nóng)民.赤峰市農(nóng)民較多，而且文化水平相對低于農(nóng)業(yè)科技工作者，對技術(shù)系統(tǒng)的操作有些困難.而“3S”技術(shù)作為一種綜合性技術(shù)手段，可操作性強，在實踐中“3S”技術(shù)經(jīng)常是集成應(yīng)用的，對硬件設(shè)備和軟件要求比較高.因此，讓農(nóng)民熟練的使用“3S”技術(shù)，是農(nóng)業(yè)病蟲害防治工作中急需解決的一項問題.

2.1.3 沒有對癥下藥

赤峰市部分農(nóng)戶為圖方便省事，盲目的將幾種農(nóng)藥混合在一起使用，急于對病蟲進(jìn)行防治.在某一時期把防治病蟲害的農(nóng)藥全部用上，由于部分農(nóng)藥不適合混合使用，發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)結(jié)果造成農(nóng)藥使用效果下降，使得防治效果不理想造成浪費，有的甚至還會造成很嚴(yán)重的負(fù)面影響.在什么時期，有什么病蟲害，該用什么藥防治，都應(yīng)遵循一定的規(guī)律.

目前，在農(nóng)業(yè)病蟲害防治工作中，人們逐步開始使用多媒體技術(shù)，將農(nóng)業(yè)害蟲的發(fā)生的區(qū)域特征、形態(tài)和在某一時期發(fā)生的癥狀形象的表現(xiàn)出來，并加以實況解說，使原本難以理解的推理變得簡單、生動了起來，這為農(nóng)民解決這一難題提供了有效的方法.

2.2 農(nóng)業(yè)病蟲害控制和治理的對策

由于蝗蟲等病蟲害引發(fā)的災(zāi)害是一種極其嚴(yán)重的自然災(zāi)害,一直以來其發(fā)生、監(jiān)測及防治都受到我國政府的關(guān)注.下面以蝗蟲為例，論述其主要控制對策.

根據(jù)赤峰市近年來的氣候變化規(guī)律和蝗蟲發(fā)生的動態(tài)變化關(guān)系的研究可知,全球氣候變化，季節(jié)更替變化所引起的旱、澇災(zāi)害，都會引起蝗災(zāi)的發(fā)生，這將使頻繁發(fā)生的沙漠飛蝗和田間蝗蟲延續(xù)到21世紀(jì)末[10].

建立蝗蟲區(qū)域性地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的目的是為了減輕和控制蝗蟲災(zāi)害，盡最大可能減少經(jīng)濟(jì)損失，運用“3S”技術(shù)全面分析和評價蝗蟲發(fā)生區(qū)域的相關(guān)影響因子及其地理理特征分布情況，建立適合我國國情的蝗蟲動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；設(shè)計遺傳基因芯片,利用DNA芯片技術(shù),辨別田間飛蝗散居型與群居型的兩種不同類型的轉(zhuǎn)變,用以監(jiān)測蝗蟲發(fā)生的動態(tài)變化[11]；為了研究蝗蟲災(zāi)害的中長期檢測技術(shù)以及防治的適宜期，對不同地理區(qū)域內(nèi)蝗蟲的類別、數(shù)量、發(fā)生程度及發(fā)生期進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測；運用蝗蟲在不同空間尺度不同發(fā)育階段的空間動態(tài)模型、成災(zāi)蝗蟲的物候?qū)W模型、生存環(huán)境適宜性評價模型等，建立計算機(jī)預(yù)防控制模型，為蝗蟲的發(fā)生、遷徙范圍及蔓延趨勢等作出準(zhǔn)確預(yù)測提供了科學(xué)依據(jù).

針對蝗蟲的發(fā)生特點，要想長期對蝗災(zāi)進(jìn)行綜合治理和持續(xù)控制，不僅要依靠技術(shù)平臺的監(jiān)測與控制，還應(yīng)該加強以下幾方面的研究.

2.2.1 蝗蟲災(zāi)害的發(fā)生規(guī)律

開展蝗蟲持續(xù)控制和綜合治理的前提是研究蝗蟲的發(fā)生規(guī)律及其成災(zāi)原因.主要從蝗蟲發(fā)生的空間位置、種群數(shù)量隨時間推移的變化規(guī)律以及與環(huán)境關(guān)鍵因子的關(guān)系；蝗災(zāi)的地理分布規(guī)律；蝗蟲暴發(fā)成災(zāi)的動態(tài)與人類生產(chǎn)活動的關(guān)系；及不同的氣候條件對蝗蟲的發(fā)生動態(tài)、蝗蟲發(fā)生地的環(huán)境變化與生態(tài)條件的影響等內(nèi)容的研究.

2.2.2 蝗蟲災(zāi)害的綜合治理

從生態(tài)學(xué)角度，對蝗蟲災(zāi)害進(jìn)行有效控制.生態(tài)學(xué)控制技術(shù)，是根據(jù)不同的蝗蟲發(fā)生區(qū)域(沿海區(qū)域、濱湖區(qū)域、河泛區(qū)域、草原區(qū)域等)的結(jié)構(gòu)、功能及其景觀特征提出來的,包括天敵的保護(hù)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)、植被恢復(fù)、水位調(diào)控、合理放牧、物種多樣性保護(hù)、資源的合理開發(fā)與利用.通過宏觀調(diào)控，充分發(fā)揮生態(tài)學(xué)控制技術(shù)，控制其種群數(shù)量在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之下，避免其暴發(fā)成災(zāi).

從化學(xué)角度，對蝗災(zāi)進(jìn)行有效控制.為了控制突發(fā)性蝗災(zāi)的發(fā)生，應(yīng)使用高效安全的化學(xué)農(nóng)藥新試劑和新品種.例如使用一些自主研發(fā)的氨基甲酸酯、溴氰菊酯、蟲酰肼和氟蟲脲、銳勁特等.

從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度，對蝗蟲的監(jiān)控進(jìn)行分析.研究蝗蟲災(zāi)害指標(biāo)體系；成災(zāi)蝗蟲的防治指標(biāo)；生態(tài)系統(tǒng)中不同種類蝗蟲對其它組分在經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中的產(chǎn)生的影響；逐漸形成適合我國的經(jīng)濟(jì)閾值體系和治蝗決策體系.

3 “3S”技術(shù)在農(nóng)業(yè)病蟲害中的應(yīng)用前景展望

隨著“3S”技術(shù)的不斷發(fā)展，它在農(nóng)業(yè)病蟲害監(jiān)控領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用范圍和深度都將得到拓展和深化.未來的研究主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

3.1 開展蝗蟲生存環(huán)境特征與遙感圖像特征關(guān)系的分析

在蝗蟲監(jiān)測方面使用遙感圖像，利用圖像特征去監(jiān)測蝗蟲的發(fā)生區(qū)域特征、繁育環(huán)境及生存條件是其主要途徑.因此，若要摸清蝗蟲的生存環(huán)境特征與種群的繁殖與發(fā)生之間的關(guān)系，就要充分發(fā)揮遙感技術(shù)在蝗蟲監(jiān)控領(lǐng)域中的作用.從客觀上說，這種關(guān)系是極其復(fù)雜的，而且模式一般不固定，是因地而異的.例如，加拿大艾伯塔省的草地蝗蟲的暴發(fā)密集程度與降水量的多少呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但北非地區(qū)的沙漠蝗蟲則相反，草地蝗蟲的密度降低的地區(qū)降雨量一般都超過其平均值，這與我國青海湖周邊的一些地區(qū)的情形相差不多[12].此外，研究蝗蟲的密度與生存環(huán)境之間的關(guān)系，還須考慮到蝗蟲產(chǎn)卵、孵化、成熟等不同生活階段，因為在這些不同生活階段,蝗卵或蝗蟲的數(shù)量變化與生境類型的關(guān)系也是有一定差別的.從總體上說，盡可能采用時間分辨率相對較高的遙感圖像(如NOAA/AVHRR)對蝗蟲進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，并對地面環(huán)境展開詳細(xì)調(diào)查，這樣對蝗蟲進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測才有可能實現(xiàn).

3.2 加強GIS技術(shù)在蝗蟲監(jiān)測中應(yīng)用的研究

GIS技術(shù)可將蝗蟲生存環(huán)境特征數(shù)據(jù)與遙感數(shù)據(jù)資料及歷史蝗蟲災(zāi)害數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和集成，顯示出其在這個領(lǐng)域的應(yīng)用潛力.未來發(fā)展應(yīng)將GIS作為蝗蟲防治決策支持系統(tǒng)的組成部分，充分加強其在這一領(lǐng)域的實用性.因此，GIS不僅可用于對蝗蟲生存環(huán)境數(shù)據(jù)資料、歷史蝗蟲災(zāi)害數(shù)據(jù)及與其有關(guān)的記錄進(jìn)行綜合分析，而且還可以與蝗蟲防治有關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，為其提供決策支持.目前，國際上正在開發(fā)新型GIS系統(tǒng)即智能地理信息系統(tǒng)，并把它作為預(yù)防蝗蟲暴發(fā)的決策支持系統(tǒng).此外，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化進(jìn)一步加強了其在病蟲害監(jiān)控領(lǐng)域的作用.同時，應(yīng)亟待探討“結(jié)構(gòu)化”的數(shù)據(jù)參數(shù)收集方法，使GIS系統(tǒng)更方便分析和處理病蟲害的歷史數(shù)據(jù)和實況資料及各類生存環(huán)境記錄.

3.3 利用“3S”技術(shù)與農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)相結(jié)合，對病蟲害進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測分析

專家系統(tǒng)是運用計算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù),在某一領(lǐng)域內(nèi)對一個或多個專家提供的技能、知識和經(jīng)驗，分析、推理和判斷，模擬專家的決策過程，是一個擁有大量的專業(yè)知識與經(jīng)驗的程序系統(tǒng)[14].它對農(nóng)作物在同一時期不同環(huán)境條件下出現(xiàn)的各種癥狀進(jìn)行診斷，并分析其可能出現(xiàn)的病蟲災(zāi)害,提出相應(yīng)的防治方案.

通過與專家系統(tǒng)結(jié)合，能夠即時反應(yīng)出病蟲害的發(fā)生動態(tài)，并能反映出專家系統(tǒng)對其的預(yù)測性.GIS技術(shù)與專家系統(tǒng)結(jié)合，對病蟲害發(fā)生的動態(tài)能夠準(zhǔn)確描述，從而使監(jiān)測結(jié)果更生動、直觀且接近實際.建立動態(tài)數(shù)據(jù)庫，可以對各地區(qū)病蟲害監(jiān)測的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行及時的更新，同時系統(tǒng)的共享性問題得到了有效解決，極大的提高了人類的工作效率.

4 結(jié)語

“3S”技術(shù)在農(nóng)業(yè)病蟲害防治領(lǐng)域中的應(yīng)用，為農(nóng)業(yè)病蟲害防治工作帶來了深遠(yuǎn)的影響.面對技術(shù)方面存在的問題，赤峰市應(yīng)該結(jié)合實際情況，努力研究自身不足之處，充分發(fā)揮“3S”技術(shù)獨有的特點，增強防災(zāi)救災(zāi)能力.由于用“3S”技術(shù)精確定位，用藥集中，極大地增加了農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量，進(jìn)一步提高了社會效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，為國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供了保障.

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