近日，中國科學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布了中英雙語全球小麥病蟲害遙感監測報告，主要聚焦全球糧食主產國在主要糧食作物關鍵生長期典型病蟲害的發生發展狀況。
團隊負責人、研究員黃文江對《中國科學報》記者說：“我們是一支涵蓋遙感科學、光學、數學、計算機科學、農學、植物營養學等多學科交叉互補的創新學術團隊。團隊經過十幾年的潛心研究和實驗驗證，建立了病蟲害遙感監測預警和損失評估技術體系，實現了災前預警—災中監測—災后評估的全鏈條農業信息服務。自2015年以來，團隊持續地對外發布全國和糧食主產省的病蟲遙感監測預警報告。”
遙感診脈病蟲害
據聯合國糧農組織估計，全世界每年由病蟲害導致的糧食減產約占總產量的1/4，中國每年因作物病蟲害導致的糧食損失約400億千克，占糧食總產量的8.8%，病蟲害已成為威脅糧食安全、制約農業生產的重要因素之一。“十三五”期間，農業農村部要求農藥施用零增長，這為如何大面積、快速實現作物病蟲害發生程度和發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害田間調查技術手段而言，能夠高效、客觀地在大尺度上對作物病蟲害發生發展狀況進行動態監測，對于病蟲害及時、高效和科學防控具有重要意義。
從2003年起，黃文江便開始鉆研如何以遙感為手段定量測報病蟲災情。他說：“明確不同作物病害、蟲害遙感典型光譜特征和敏感波段，建立作物病蟲害遙感監測光譜數據庫，與作物長勢狀況、空間分布、地表溫度、降雨等多源遙感反演結果和作物病蟲害預測模型相結合，就能實現大區域作物病蟲害遙感監測和預測預報。”
思路清晰后，黃文江著手解決最關鍵的問題之一 ——建立模型。他帶領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害高光譜、多光譜遙感監測模型；綜合考慮作物長勢和溫度、濕度等環境因素，建立了作物病蟲害遙感監測和預測模型；系統提出了作物病蟲害災前預警、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問題——衛星數據無法滿足作物病蟲害遙感監測和預測應用需求。
黃文江說：“當時可以使用美國陸地衛星，16天重訪一次，而農作物的生長變化周期一般是5～7天，它在精度、時間上都無法滿足監測需求。近年來國內的高分衛星、歐盟的哨兵系列衛星等可以實現全球10米的空間分辨率，并且達到了5天左右的重訪周期，這樣就能定期發布全國乃至全球重點區域的病蟲遙感測報專題圖和科學報告。”
在黃文江的帶領下，團隊于2015年建成了國內首個業務化運行的作物病蟲害遙感監測和預測系統，已在線發布了多期全球、全國、糧食主產省、重點區域的作物病蟲害發生區域、發生面積和發生程度的小麥、水稻、玉米主要病蟲害發生現狀及趨勢預測報告，為病蟲害的大范圍監測、預警和防控提供了有效技術手段。
多學科背景聯合攻關
黃文江心中一直有一個理念：植被定量遙感研究不能只靠遙感來解決問題，應拓寬思路，綜合光學、數學、計算機科學、農學、植物營養學等多學科知識，開展更為廣泛且深入的科學探索。
近年來，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展研究，并在植被遙感機理、農業遙感、森林遙感、草地遙感、生態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，監測精度無法實現定量的精準變量肥水藥管理等難題，團隊改進了作物冠層內光合有效輻射垂直分布模型，提出了基于多時相和核驅動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、類胡蘿卜素和水分遙感診斷模型，提出了利用類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。
“面向農業精準管理迫切需求，我們將遙感‘面狀信息’與地面‘點狀信息’有機融合，在縣域、農場和田塊等多種尺度上開展了面向農業精準變量肥水管理和產量預測研究，提出了光譜數據和作物生長模型同化的作物精準變量施肥與效益評價方法，以及長勢監測和產量預測模型。”黃文江說。
在科技成果轉化方面，團隊通過提供專題圖和遙感監測預測報告等多種模式，促進了空間信息技術在作物生產布局、精準施肥、變量灌溉決策、病蟲防治等方面的應用，研究成果在黑龍江、吉林、河北、河南、山東等多個省市及全國糧食主產區進行了廣泛的推廣應用。
國際合作拓寬科研渠道
團隊在為國內農業發展解決問題的同時，也開展了豐富的國際合作活動，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、互訪交流、研究生聯合培養等合作機制，成立了中英作物病蟲害測報與防控聯合實驗室，承擔了國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金國際合作重點項目、中科院先導項目和國際合作重點項目、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：“我們與國際團隊在植被理化參數遙感反演、作物病蟲遙感監測與預測、農業與生態應用等領域展開了廣泛深入的合作交流，取得了系列創新研究成果。”
團隊成員董瑩瑩博士告訴記者：“在此次全球小麥病蟲害遙感監測報告的發布中，我們與英國、意大利等研究團隊開展了良好合作。對2018年4月至5月進入小麥中后期生長階段的10個主產國的小麥銹病、赤霉病和蚜蟲等發生發展狀況進行定量監測預警，提取并分析了其空間分布、危害程度和發生面積。”
在全體成員的共同努力下，研究團隊近年來獲得國家科技進步獎二等獎、測繪科技進步獎一等獎、中科院杰出科技成就獎等獎項。黃文江說：“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，積累本領域的科研成果，不能浮躁。未來我們將不斷擴充作物病蟲害遙感監測和預測的作物種類，提高監測和預測精度，服務國家宏觀決策和社會經濟的可持續發展。”
摘自《中國科學報》
