信息技术在植物保护方面的发展与展望2

信息技术在植物保护方面的发展与展望（论文）信息技术在植物保护方面的发展与展望摘要：21世纪是信息时代,谁掌握了信息技术谁就具有竞争优势。将计算机网络信息技术和人工智能、系统工程及多媒体等技术与昆虫学、植物病理学、农药学和植物保护科学等相结合而发展起来植物保护信息技术,是近年发展起来的植保领域最具活力的新兴边缘学科之一。它和生物技术一起,将传统的植物保护推向了一个新的高度,必将推动新的农业科技革命蓬勃向前发展。植物病虫害的发生危害受作物布局、栽培耕作条件、品种抗性、害虫的迁飞、滞育规律、病害的流行变异规律、农田小气候及气象条件等诸多因素的影响。多年来植保科技工作者利用计算机信息技术对植物病虫害的发生危害规律进行了大量研究,在植物病虫害预测预报和综合防治决策等方面所取得大量研究成果,成为植物病虫害综合防治研究的重要支柱学科。近年来发展起来的/信息高速公路0、计算机人工智能和多媒体技术,为我国植保科技工作者及时预测植物病、虫、草、鼠等自然灾害、指导农、林业生产提供了有力的手段。在21世纪新的农业科技革命中,信息技术和生物技术将是主要的动力。作为我们植保科技工作者和有关领导对此应引起高度重视,抓住这一大好机遇,迎接历史给我们带来的新的挑战。关键词：信息技术植物保护植物病虫害预测预报地理信息系统1信息技术在植保领域的应用1.1信息技术是研究信息的产生、采集、存储、变换、传递、处理过程及广泛利用的新兴科技领域。半个世纪以来，信息技术以其广泛的影响和巨大的生命力，成为当代世界发展最为迅疾的科技领域。信息技术已广泛用于人类社会的各个方面，也正向植保领域渗透，信息技术的突破性进展为植保技术的飞跃发展带来了契机。将计算机网络信息技术和人工智能、系统工程及多媒体等技术与昆虫学、植物病理学农药学和植物保护科学等相结合而发展起来的植物保护信息技术,是近年发展起来的植保领域最具活力的新兴边缘学科之一。它和生物技术一起,将传统的植物保护推向了一个新的高度,必将推动新的农业科技革命蓬勃向前发展。1.2信息技术的发展过程世界信息技术的发展大致经历了三个阶段：第一阶段是50～60年代的科学计算；第二阶段是70～80年代的数据处理和知识处理；第三阶段是进入90年代以来，随着计算机技术的飞速发展，也带动了人工智能技术、网络技术和多媒体技术的迅速发展，使信息技术进入了一个新的发展时期。数据库、系统模拟、人工智能、管理信息系统、决策支持系统、计算机网络、多媒体技术以及包括建立在航空航天技术基础上的“3S”（遥感、地理信息系统和全球定位技术）在植保领域的应用日趋成熟，各种信息技术的组合和集成，越来越受到人们的关注。在信息查询检索、病虫害识别与诊断、病虫害动态分析和研究、病虫害预测预报、病虫害防治和管理等领域已得到广泛应用。1.3数据库技术数据库技术应用广泛，专家系统、决策支持系统、地理信息系统都包含数据库技术。在植保领域，也经常构建病虫害及农药数据库，实现信息查询、检索和管理。在发达国家，有很多病虫害信息及防治方面的数据库，数据库内容丰富。美国面向用户的杀虫剂数据库的建立，用于指导用户选择和使用杀虫剂，以减少杀虫剂的负面影响，减少残留、降低抗药性、保护环境。澳大利亚植物病虫害数据库（APPD），采用分布式数据库技术，通过internet连接分布在不同地方的多个不同的数据库，包含17种植物的病虫害相关的数百万条记录，用户可以同时在不同数据库中查询检索相关信息，系统能够对多源进行汇总并以多种形式显示输出结果。我国近5年来，在植保领域建立了很多相关的病虫害数据库，但多数只是一类病虫或一个领域的害虫，如植检害虫信息系统、森林病虫害检索系统等，上海市园林科学研究所开发的绿化植物有害生物信息查询系统（VPPDIS），通过Internet方便用户在任何地点的查询与管理，该系统还建立了植物、药剂等相关数据库，为用户提供便捷的信息查询与浏览。1.4专家系统专家系统就是一个具有智能特点的计算机程序，他的智能化主要表现在能够在特定的领域内模仿人类专家思维来求解问题。专家系统必须包含领域专家的大量知识，拥有类似人类专家思维的推理能力，并能用这些知识来解决实际问题。主要用于病虫害诊断。目前，我国也研制出了多个专家系统，如由中国农大研制了蔬菜害虫多媒体辅助鉴定专家系统（PestDiag）、植检害虫鉴定多媒体专家系统（PQ-PickBugs）等，用于不同领域害虫诊断。1.5决策支持系统决策支持系统：决策支持系统（DSS）就是从数据库中找出必要的数据，并利用数学模型的功能，为用户生成所需信息的系统。为决策者提供分析问题、建立模型、模拟决策过程和方案的环境，调用各种信息资源和分析工具，帮助决策者提高决策水平和质量。瑞士建立了基于WEB浏览器的决策支持系统：支持在线病害发生发展的风险评价。用户需要提供作物播种日期和自动气象站逐时的天气数据，系统根据内部的模型进行作物气候条件模拟，结合病害的潜伏期特征，预测病害侵染日期。系统可以有文本、数字和图形等多种输出形式。用实际的微气候条件和模拟的微气候条件比较，对模型进行验证，精度达80%。澳大利亚建立基于WEB浏览器的决策支持系统：用于草地蝗虫的管理。系统不是简单的知识库，针对用户的具体问题，给出相应的答案。并且辅以图片、历史案例等辅助决策。1.6地理信息系统\[GeographiclnformationSystem\]简称GIS地理信息系统是一个用于输入、存储、检索、分析处理和表达地理空间数据的计算机软件平台。地理信息系统(GIS)与计算机技术有机结合起来，对作物生长过程中出现的病虫害进行动态的预测和诊断，进而达到综合治理的目的。主要用于病虫害监测、管理和决策。地理信息系统能够建立空间数据库，实现对空间数据的采集、查询检索、分析处理和决策支持等作用。国外发达国家地理信息系统技术应用较早，也比较完善，有很完整的病虫害空间数据库，有效地用于病虫害空间分布和管理。80年代末，国外已开始应用GIS和RS等技术对草地蝗虫的种群动态进行监测，并对其大面积发生做出预测和报警的研究。澳大利亚专家Bryceson用Landsat卫星的多光谱数据鉴别新南威尔士省的蝗虫发生地。采用NDVI(植被正态化差分指标)和最大似然分类等方法，发现三月份的降水量会导致NDVI值的变化，而通过这种变化可以预测蝗蝻滋生带的地点，建立了基于GIS的草地蝗虫决策支持管理系统。在国内这方面的研究刚刚起步，技术还不很成熟。这方面的研究工作也有报道。南京师范大学在遥感与GIS支持下，进行了环青海湖地区草地蝗虫测报方法与模型研究，以环青海湖地区这一蝗灾高频发生的生态脆弱区作为研究区，用遥感、GIS等现代技术手段，对影响蝗虫发生的主要生境因子进行动态监测，并建立多级模糊综合评判预测模型，实现对草地蝗虫发生的预测。1.7遥感技术应用遥感技术监测植物病虫害，主要通过以下3条途径：1)应用遥感手段探测病虫害对植物生长造成的影响，跟踪其发生演变状况。2)应用遥感手段监测病虫害生境，即虫源或寄主基地的分布及环境要素变化来推断病虫害爆发的可能性。3)应用遥感技术直接研究害虫的活动行为。前两种途径即探测植物生长和病虫害生境应用的是可见光和红外遥感——航天、航空、地面遥感（被动遥感）。第三种途径直接监测害虫活动行为应用的是微波遥感——雷达遥感（主动遥感）。遥感技术在植保领域主要用于病虫害动态监测。1）早期预报，即通过遥感图像提取生境中与病虫害暴发有关的主要环境要素及其变化，来推断病虫害最有可能发生的区域；2）灾情监测和评估，即当病虫害已经在局部区域造成危害时，从遥感图像上提取受害植被相关信息，快速、准确地判断出灾情发生状况(分布、面积和程度)，及时采取针对性的点、片防治措施。微波遥感——雷达遥感（植物害虫活动行为的遥感监测）。应用雷达装置研究昆虫活动的实例很多。美国学者用雷达对蝗虫、飞蛾的夜间飞行进行了长期研究。观察到这些昆虫在黄昏时成群起飞，记录了它们的升空速度、分层情况，并剖析了它们的飞行方向与地理方位及风向等的关系。英国应用VLR昆虫雷达，结合诱捕设备监测风载昆虫的迁移取得较好的效果。1.8模型和模拟技术主要用于预测预报，在IPM中，模型与模拟是认识复杂有害生物生态系统本质及其动态发展规律、预测系统发展趋势、优化系统管理的重要方法。美国主要是应用GIS将不同年度、不同地域间的信息包括气象、农作物品种抗性、有益有害生物、生态变化等信息集合在一起分析处理，建立模型对病虫害的发生做出预测。密歇根州立大学的StustrtGage博士建立了当地一些病虫害发生预测的IPM模型，并通过Internet，免费供农场主查询。保加利亚的DimitrovA.根据日平均气温、相对湿度和日照时数以及当前和前一段时间烟蓟马的群体数量，建立了烟蓟马的发生量和发展趋势的预测模型，可用来预测和确定烟蓟马和番茄斑萎病毒病（TSWV）的最佳防治期。希腊与英国和意大利合作进行了“利用生态协调技术治理烟草害虫和病毒病研究”，内容之一是对烟草蚜虫种群进行长期监测，发现当地无翅蚜的种群密度与有翅蚜的迁飞高峰相吻合。河南农业大学对影响烟草花叶病（CMV）的主要气象因子进行了研究，筛选出了10个气象因子，依据这些气象因子可以对烟草CMV进行短期和中长期测报。2植保信息技术2.1植保信息技术的概念所谓“植保信息技术”,目前还不是一个固定的专有名词,而是泛指在植保领域中使用的信息技术群从技术本质上讲,它和一般信息技术并无不同,能够扩展植保相关人员信息器官功能。但从概念内涵或者说从包含的信息技术种类上讲,植保信息技术并不等同于信息技术,而只是后者的一种应用形式,是信息技术结合了植保学科的特点及知识等而形成的一个新的学科分支。因此,植保信息技术就是利用现代信息技术中的传感器技术、数据库技术、人工智能与专家系统技术、“3S”(地理信息系统GIS、遥感RS和全球地面定位GPS的统称)技术、计算机图像处理与视觉技术、网络和通信技术及控制技术等来解决植保工作中诸如农作物有害生物信息咨询、诊断、监测、数据管理、预测预报、防治决策与防治措施实施等问题的一门交叉性应用学科,目的是为了提高植保工作的效率,为农业生产中有害生物的防治提供准确、及时的信息咨询及决策服务等信息处理工具。2.2植保信息技术各部分的功能从大的方面来看,传感技术是承担信息采集功能的技术,在植保工作中主要承担有害生物监测过程中的信息采集工作,如采集并记录有害生物发生危害的环境及其本身的信息;通信技术是承担信息传递功能的技术,主要承担植保工作中相关数据信息的传输,提高监测数据和预报信息传输的时效性等;计算机技术是承担信息处理和存储功能的技术,用于有害生物监测数据的模型计算和知识处理,产生预警信息并进行相关决策;控制技术是信息的使用技术,有害生物发生危害环境的自动调节等2.3植保信息技术的研究重点植保信息技术的研究重点是如何将信息技术中的相关技术应用于解决植保问题,而不是着重于信息技术本身的研究。因此,植保信息技术的最终目的归结于信息技术的应用,并且要符合植保学科的规律。随着植保科学实践和信息化建设的发展进步,越来越多的信息技术被应用到植保领域,植保信息技术的范围也不断扩展,在我国的农业现代化发展中及保障农业生产安全性等方面发挥其积极的作用。2.4植保信息技术的特点植保信息技术作为一门应用性学科,主要是利用现代信息技术来解决植保中诸如病虫害诊断、监测、数据管理、预测预报、风险分析、防治决策和防治措施实施等问题,因而其具有自身的特点。2.5植保信息技术的作用根据上述概念可知,植保信息技术实际上就是利信息技术为工具解决植保问题,是一门应用性学科。植保信息技术的作用主要体现在以下几个方面:一、改进农作物有害生物监测手段,为有害生物监测工作者提供方便快捷的应用工具,以提高农作物病虫害及其生态环境监测数据获取的效率、传输的速度、数据准确性和实时性等,减轻植保测报人员的工作量。如基于PDA的数据采集实现了有害生物监测调查中的无纸化和半自动化,可显著减少数据记录的中间环节,减轻工作人员的工作量,并减少数据录入过程的人为错误,提高