病虫害无处遁形！无人机高光谱如何守护万亩良田？

清晨六点，广东黄埔的稻田笼罩在薄雾中。种植负责人蹲在田埂上，指尖捏着一片卷曲发黄的稻叶，眉头紧锁——又是稻纵卷叶螟。这种仅有指甲盖大小的害虫，每年能让他的收成减少三成。过去，他们只能凭经验喷洒农药，但虫害总是“春风吹又生”，农药成本却像滚雪球般攀升。

而此刻，一架搭载银色方盒的无人机掠过稻田上空。这个不起眼的“方盒”，正是无人机载高光谱成像系统。它像一双透视眼，能透过叶片表层，捕捉到害虫啃食后叶肉细胞变化的细微光谱变化。不久，种植负责人收到一张“虫害热力图”，图中红色区域精准标注了虫害区域。只需按图施药，农药用量比往年减少了，虫害却销声匿迹。

水稻害虫发生空间分布：(A)水稻拔节期（9月28日）和(B)抽穗期（10月25日）

科研团队将这台无人机高光谱比作“农作物的CT扫描”：无人机如同移动的扫描仪，可完成全景成像；AI算法则像经验丰富的“放射科医生”，从数万条光谱曲线中揪出虫害信号。当稻纵卷叶螟幼虫啃食叶片时，叶绿素结构被破坏，在可见光-红边波段范围内，虫害叶片的反射率普遍不同于健康叶片——这种肉眼无法察觉的“光谱指纹”，正是虫害预警的关键。

遭受稻纵卷叶螟的水稻和健康水稻叶片的光谱曲线

走进上海农科院的实验室，研究团队正对着高光谱影像“破译”虫害密码。团队发现，受害叶片在690nm波段的反射率差异显著；而在南京，另一团队也发现水稻叶片受虫侵害的程度越严重，620~710nm这一波段范围内的反射率越高，720~760nm波段的反射率越低，不同虫害等级间的差异在孕穗期和灌浆期最为明显。

水稻主要生育期受不同等级虫害影响叶片的原始光谱反射率

在广州，一研究团队使用无人机高光谱成像系统（光谱范围400-1000nm，光谱分辨率3nm，图像分辨率高达4.5cm（100米飞行高度）），对两个试验田进行检测，在水稻拔节期（9月28日）和抽穗期（10月25日）分别采集光谱数据。

数据经过ENVI软件拼接、ArcGIS地理配准，并结合高光谱数据与人工智能算法（XGBoost模型），研究团队成功提取了受害水稻的光谱特征，并绘制了害虫分布图，为精准施药提供了科学依据。

广州科研团队的技术流程

2024年，作物高光谱对比试验研讨会在安徽召开，由气象探测中心组织，中国农业大学和中国林科院等11家高校和科研院所共同探讨高光谱遥感技术在作物病虫害监测中的应用。同年，气象探测中心选取7个农试站开展农作物的灾害识别对比试验，基于高光谱技术精准监测作物的长势和品质。

高光谱技术正在推动农业从“大水漫灌”转向“精准滴灌”。这种技术不仅能精准识别病虫害，还提高了农药利用率，减少了残留，实现更低的环境影响。通过科学施药，农民不仅维护了作物安全，更提升了经济效益，推动了农业的可持续发展。

案例来源：

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,班松涛,袁涛,等. 基于高光谱成像技术的水稻叶片稻纵卷叶螟虫害信息提取［J］. 上海农业学报，2022，38（1）：90-94.

3. 黄璐,包云轩,郭铭淇,等.稻纵卷叶螟危害下水稻叶片光谱特征及产量估测[J].中国农业气象,2023,44(2):154-164

4. 深耕农业气象观测现代化技术——高光谱技术为农作物“做健康体检”