《表1 不同类型病虫害症状表征及其光谱响应》

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《作物病虫害高光谱遥感进展与展望》

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在条形柄锈菌侵染小麦叶片造成小麦条锈病的过程中，菌丝生长在寄主细胞间隙中，用吸器吸取小麦细胞内养料，在叶片上形成隆起的黄色夏孢子堆，到成熟期，发病部位会出现扁平的呈黑褐色的短线条状冬孢子堆（袁琳，2015）。整个过程中，由于叶绿素遭到大量破坏，光合速率明显下降，450 nm和650 nm两处吸收谷范围内的光谱反射率增强；同时由于叶片大量孢子的堆叠，亦增加了NIR波段范围内的反射率；而由于孢子堆突破表叶、麦軒的表皮，大大增加了植株的水分蒸腾，因此在1400 nm和1900 nm附近出现吸收谷反射率增加的现象（图3）。与之不同的是，水稻主要虫害稻纵卷叶螟的幼虫通过虫丝将水稻叶片卷起，在卷叶中啃食叶肉，由于破坏叶片上表皮和叶肉组织导致光合作用不能正常进行，从而影响水稻干物质的积累，最终形成灾害。这一过程中，蓝光以及红光区域吸收减少，反射率上升，而绿光和整个近红外波段的光谱反射率呈现上升趋势（周晓等，2020）。可以发现，不同的作物病虫害由于致病病原体种类、害虫本身食性和取食方式等的不同，其与寄主作物之间的相互作用过程不同，就导致了寄主植被间不同的生理和生物化学变化。这些不同的病虫害症状表征构成了高光谱技术进行作物病虫害识别监测的基础（Zhang等，2019a）。Yuan等（2014）利用ASD地物光谱仪，分别测定感染小麦条锈病、白粉病以及小麦蚜虫的叶片光谱，通过对比分析不同病虫害的原始光谱及比值光谱（病害光谱/健康光谱）的变化发现，虽然两种病害和一种虫害的主要监测敏感波段相近，相较健康叶片的光谱，在500—690 nm，1390—1520 nm，和1860—2080 nm范围内均出现了反射率增加，但各病虫害的变化方向存在明显不同，在750—1300 nm处，白粉病和蚜虫胁迫叶片的反射率减小，而条锈病的反射率在此范围内增大；此外，不同病虫害的变化程度也有显著差异，白粉病导致了整个光谱区域出现最强的光谱变化，其次是条锈病和蚜虫。通过以上分析，研究明确指出：由于白粉病产生白色蓬松的菌丝，而条锈病在叶片上产生黄色或红紫色的纵向条纹，它们的比率曲线的形状在VIS区域变化很大。相对于两种病害，蚜虫的刺吸对叶子造成的伤害不那么明显，因此在VIS区域的响应相对较弱。以上可以看出，作物病虫害光谱响应与其造成的症状相关。那么，按照病虫害症状，考虑高光谱遥感技术特点，可以将病虫害症状划分成4个主要类别（表1）。其中，由于质体或者液泡内细胞液变化造成的色素变化主要影响可见光范围内光谱反射率以及“红边”位置的变化；而由于细胞壁（膜）等的破坏造成失水而出现的萎蔫等，则主要影响短波红外范围内波谷附近反射率的变化。