农作物重大生物灾害监测与预警技术

目　录

序

前言

绪论/1

0. 1　农作物病虫害监测预警研究现状/1

0. 2　农作物病虫害监测预警研究趋势/3

0. 3　我国农作物病虫害监测预警工作建议/3

0. 3. 1　目前农作物病虫害监测预警存在的主要问题/3

0. 3. 2　加强我国农作物病虫害监测预警工作的建议/4

第1 编　农作物重大病虫害遥感监测

第1 章　遥感技术与农作物病虫害监测/7

1. 1　遥感的概念/7

1. 2　遥感的发展历程/7

1. 2. 1　无记录的地面遥感阶段/7

1. 2. 2　有记录的地面遥感阶段/8

1. 2. 3　空中摄影遥感阶段/8

1. 2. 4　航天遥感阶段/8

1. 2. 5　电磁辐射光谱/9

1. 3　病虫害遥感监测研究现状/9

1. 3. 1　近地光谱监测病虫害/10

1. 3. 2　低空和航天遥感/11

1. 3. 3　卫星遥感/12

第2 章　数据采集与预处理/14

2. 1　小麦病虫害研究区概况/14

2. 1. 1　气候特点/14

2. 1. 2　地貌特征/14

2. 1. 3　土壤类型/14

2. 1. 4　病虫害发生情况/15

2. 2　数据调查与资料收集/15

2. 2. 1　地面光谱数据采集/15

2. 2. 2　低空遥感图像采集/16

2. 2. 3　Landsat TM 卫星图像采集/17

2. 2. 4　非遥感信息数据收集/18

2. 3　数据预处理/18

2. 3. 1　高光谱反射率数据预处理/18

2. 3. 2　遥感图像预处理/18

2. 3. 3　其他数据处理/19

第3 章　利用小麦冠层光谱变化监测麦蚜为害/20

3. 1　麦蚜简述/20

3. 2　材料与方法/21

3. 2. 1　试验材料/21

3. 2. 2　光谱测量方法/21

3. 2. 3　数据处理/21

3. 3　结果与分析/21

3. 3. 1　健康小麦冠层的基本光谱反射率特征/21

3. 3. 2　不同时期健康小麦的光谱特征/22

3. 3. 3　受麦蚜不同程度为害的小麦冠层光谱反射曲线分析/22

3. 3. 4　小麦群体反射率一阶导数光谱在麦蚜发生时的变化/23

3. 3. 5　受麦蚜不同程度为害后小麦植被指数的变化/24

3. 4　结论与讨论/26

第4 章　低空遥感监测小麦白粉病/28

4. 1　小麦白粉病简述/28

4. 2　研究方法/29

4. 2. 1　低空遥感系统介绍/29

4. 2. 2　试验设计/29

4. 2. 3　接种方法与病害调查/30

4. 2. 4　低空遥感图像采集/30

4. 2. 5　数据处理/30

4. 3　结果与分析/30

4. 3. 1　不同时期地面光谱与病情指数的相关性/30

4. 3. 2　低空遥感真彩图和波段分解/31

4. 3. 3　低空遥感各波段反射率与病情指数的相关性/31

4. 3. 4　低空遥感各波段反射率与归一化植被指数的相关性/32

4. 4　讨论/32

第5 章　TM 图像中病虫为害信息的提取/34

5. 1　材料与方法/34

5. 1. 1　麦蚜和小麦白粉病研究区位置/34

5. 1. 2　遥感数据准备/34

5. 1. 3　TM 图像预处理/34

5. 1. 4　TM 图像的主成分分析/35

5. 1. 5　麦蚜和小麦白粉病为害特征信息提取方法/36

5. 1. 6　非遥感源数据/36

5. 2　结果与分析/37

5. 2. 1　研究区6 个波段影像特征分析/37

5. 2. 2　研究区各波段影像相关性分析/37

5. 2. 3　健康小麦田和受害小麦田实测光谱分析/38

5. 2. 4　基于实测光谱曲线的麦蚜和小麦白粉病特征信息提取/38

5. 2. 5　遥感像元DN 值分析/40

5. 2. 6　基于像元DN 值的麦蚜和小麦白粉病特征信息提取/41

5. 2. 7　方法验证/42

5. 3　讨论/43

第2 编　重大迁飞性昆虫雷达遥感监测

第6 章　迁飞昆虫研究法与昆虫雷达监测技术/49

6. 1　迁飞昆虫研究法/49

6. 1. 1　昆虫迁飞与为害/49

6. 1. 2　昆虫迁飞的研究现状/49

6. 1. 3　昆虫迁飞研究方法/50

6. 1. 4　传统研究方法的局限性/52

6. 2　雷达昆虫学概述/52

6. 2. 1　昆虫雷达简介/52

6. 2. 2　雷达昆虫学的起源/53

6. 2. 3　国外雷达昆虫学的发展/54

6. 2. 4　我国雷达昆虫学的发展/55

6. 3　昆虫雷达技术/56

6. 3. 1　垂直监测昆虫雷达技术/56

6. 3. 2　毫米波扫描昆虫雷达监测技术/59

第7 章　雷达遥感监测技术平台/61

7. 1　研究区概况/61

7. 1. 1　东北和华北研究区概况/61

7. 1. 2　华南研究区概况/63

7. 2　昆虫雷达监测系统/63

7. 2. 1　垂直监测昆虫雷达系统/63

7. 2. 2　毫米波扫描昆虫雷达系统/66

7. 3　虫情资料收集/68

7. 3. 1　地面虫情资料的收集/68

7. 3. 2　空中虫情资料的收集/69

7. 3. 3　虫情资料的处理/70

7. 4　气象数据分析/71

7. 4. 1　地面气象资料的测定/71

7. 4. 2　空中风温场气象数据的获取/71

7. 4. 3　气象数据处理/72

7. 5　雷达遥感系统平台的建立/73

7. 5. 1　雷达及相关辅助设备的观测/73

7. 5. 2　雷达回波的识别/73

7. 5. 3　不同昆虫种类的辨别/73

7. 5. 4　迁飞路线的轨迹分析/74

7. 5. 5　统计分析/74

第8 章　草地螟迁飞行为与虫源分析/75

8. 1　草地螟简述/75

8. 2　诱虫结果/76

8. 3　雷达观测结果/81

8. 3. 1　雷达目标回波判别/81

8. 4　迁飞与气流的关系/82

8. 4. 1　季节性迁飞高度/82

8. 5　草地螟迁飞虫源分析/84

8. 5. 1　2005年草地螟迁飞虫源分析/84

8. 5. 2　2006年草地螟迁飞虫源分析/86

8. 5. 3　2007年草地螟迁飞虫源分析/88

8. 6　讨论/92

8. 6. 1　草地螟季节性迁飞/92

8. 6. 2　草地螟迁飞行为研究/93

8. 6. 3　草地螟迁飞的虫源分析/94

第9 章　旋幽夜蛾迁飞的证实及迁飞行为观测/95

9. 1　旋幽夜蛾简述/95

9. 2　2005 年旋幽夜蛾的虫源分析/96

9. 2. 1　诱虫灯诱集结果/96

9. 2. 2　雷达监测结果/96

9. 2. 3　气象数据分析/98

9. 2. 4　1980—2002年5月中旬20 cm 土层平均地温分析/98

9. 2. 5　夏季迁飞的轨迹分析/100

9. 3　2007 年旋幽夜蛾迁飞的雷达观测/100

9. 3. 1　2007年北京延庆地区诱虫灯内虫情/100

9. 3. 2　旋幽夜蛾活动高峰期雷达回波的时空变化/102

9. 3. 3　雷达观测点低空气流与大区气流分析/102

9. 4　讨论/103

第10 章　稻飞虱夜间迁飞的毫米波扫描雷达观测/105

10. 1　稻飞虱简述/105

10. 2　虫情信息/106

10. 2. 1　灯下白背飞虱和褐飞虱数量动态分析/106

10. 2. 2　稻飞虱大田起飞观察/108

10. 2. 3　稻飞虱迁飞中的性比和卵巢发育进度/108

10. 2. 4　稻飞虱与天敌的关系/110

10. 3　雷达监测结果/110

10. 3. 1　目标识别/110

10. 3. 2　2007年第4代稻飞虱成虫的迁飞/110

10. 3. 3　2007年第5代稻飞虱成虫的迁飞/112

10. 3. 4　2007年稻飞虱回迁代的雷达监测/114

10. 4　气象数据/114

10. 4. 1　低空单点气流/114

10. 4. 2　大气动力场分析/114

10. 5　稻飞虱北迁南回的轨迹分析/116

10. 6　讨论/118

第11 章　稻纵卷叶螟夜间迁飞的毫米波扫描雷达观测/121

11. 1　稻纵卷叶螟简述/121

11. 2　雷达观测期间灯下诱蛾情况/122

11. 3　稻纵卷叶螟迁出的雷达观测/122

11. 3. 1　稻纵卷叶螟迁出的时间动态/123

11. 3. 2　稻纵卷叶螟密度的垂直分布/124

11. 4　稻纵卷叶螟迁出的轨迹分析/125

11. 5　讨论/128

第3 编　重大外来入侵物种预警与风险分析

第12 章　外来入侵物种与风险分析/131

12. 1　外来物种入侵预警和风险分析研究状况/132

12. 2　入侵有害生物物种空间分析技术体系概况/132

12. 3　建模思想与分析软件研发/133

12. 3. 1　建模思想分类/133

12. 3. 2　软件实体的类型/134

12. 3. 3　数据处理类型分类/134

12. 4　预测物种分布研究进展/135

12. 5　预测物种分布研究展望/136

第13 章　生物入侵预警和风险分析通用技术体系的构建/138

13. 1　外来入侵物种预警和风险分析: 问题与不足/138

13. 2　外来入侵物种风险预警分析系统原理/139

13. 2. 1　CLIMEX 模型原理、参数与算法/139

13. 2. 2　广义可加模型(GAM)原理与方法/142

13. 3　外来入侵物种风险预警分析数据及其处理方法/148

13. 3. 1　基础地理数据/148

13. 3. 2　气象数据及其处理/149

13. 3. 3　WorldClim 生物气象变量数据及其处理/151

13. 3. 4　植被数据及其处理/151

13. 3. 5　土地利用数据及其处理/151

13. 3. 6　高程数据及其处理/152

第14 章　基于CLIMEX 与种群动态模型的红火蚁潜在分布分析/153

14. 1　红火蚁简述/153

14. 2　材料与方法/154

14. 2. 1　材料/154

14. 2. 2　方法/154

14. 3　结果与分析/156

14. 3. 1　CLIMEX 模型大尺度分析结果/156

14. 3. 2　CLIMEX 局部地区限制因素分析结果/161

14. 3. 3　种群动态模型分析结果/165

14. 3. 4　模型分析与实际发生情况对比分析结果/167

14. 4　讨论与结论/167

14. 4. 1　气温和降水对红火蚁定殖的影响/167

14. 4. 2　高山对红火蚁定殖的影响/169

14. 4. 3　CLIMEX 与种群动态模型预测结果的差异/169

14. 4. 4　结论/170

第15 章　基于空间统计模型的红火蚁潜在分布分析/171

15. 1　材料与方法/171

15. 1. 1　材料/171

15. 1. 2　方法/172

15. 2　建模过程及结果分析/173

15. 2. 1　数据探索/173

15. 2. 2　模型筛选/175

15. 2. 3　模型预测能力检验/180

15. 2. 4　基于GAM 模型的红火蚁在中国的适生性分析结果/182

15. 2. 5　GAM 模型分析结果的精确性假定判断/183

15. 3　讨论与结论/184

15. 3. 1　CLIMEX、CDM 和GAM 3 种模型的建模理论对比分析/184

15. 3. 2　GAM 模型讨论/184

15. 3. 3　结论/185

第16 章　基于空间统计模型的马铃薯甲虫潜在分布分析/186

16. 1　马铃薯甲虫简述/186

16. 2　马铃薯甲虫在中国的适生区分析/187

16. 2. 1　环境数据/187

16. 2. 2　地图资料/188

16. 2. 3　分布数据资料及其处理/188

16. 2. 4　方法/189

16. 2. 5　DK-GARP 模型预测结果/190

16. 2. 6　MaxEnt 模型预测结果/190

16. 2. 7　GAM 模型预测结果/193

16. 3　DK-GARP、MaxEnt 和GAM 3 种模型预测结果比较/197

16. 3. 1　评估指标相互间关系的分析结果/197

16. 3. 2　模型预测能力对比分析结果/198

16. 3. 3　模型预测精度来源分析结果/199

16. 3. 4　适生区的划分及风险等级/202

16. 4　讨论/203

参考文献/204