“倘若有什么植物妨礙了我們的計(jì)劃，或是擾亂了我們干凈整齊的世界，人們就會(huì)給它們冠上雜草之名。可如果你本沒什么宏偉大計(jì)或長(zhǎng)遠(yuǎn)藍(lán)圖，它們就只是清新簡(jiǎn)單的綠影，一點(diǎn)也不面目可憎?！?nbsp;    ——《雜草的故事》

清新簡(jiǎn)單的綠影自然面目可愛，惹人注目，但人類生存之下，繁多冗雜的一片蔓延，確是明目張膽地?fù)屃宿r(nóng)作物的地盤，傷了農(nóng)業(yè)發(fā)展。

世界上的雜草有1000多種，它們通常生長(zhǎng)迅速、繁殖能力強(qiáng)，會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)生一定的影響。雜草不僅會(huì)與農(nóng)作物爭(zhēng)奪土壤養(yǎng)分和水分，傳播病蟲害，從而影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量，含有毒素的雜草還會(huì)影響農(nóng)作物品質(zhì)。

因此，對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來說，防治雜草對(duì)保證農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)和產(chǎn)量至關(guān)重要。

IRIS機(jī)載一體式激光雷達(dá)高光譜成像儀在評(píng)估雜草抗性方面的應(yīng)用

雜草防治是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的重要組成部分。然而，過度依賴常用除草劑進(jìn)行化學(xué)防治已導(dǎo)致大量抗性雜草的出現(xiàn)，對(duì)可持續(xù)農(nóng)業(yè)構(gòu)成重大威脅。因此，開發(fā)一種大面積準(zhǔn)確評(píng)估和量化田間雜草抗性的方法對(duì)于農(nóng)場(chǎng)管理和可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。目前的方法，例如目視檢查，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。酶測(cè)定雖然準(zhǔn)確，但只能在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行。熱成像技術(shù)可能會(huì)受到環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致在室外使用時(shí)精度較低。因此，無法大規(guī)模應(yīng)用。無人機(jī)（UAV）和各種傳感器已經(jīng)成為植物表型研究中不能缺少的工具。

在這項(xiàng)研究中，作者于2021年6月7日在中國(guó)黑龍江省哈爾濱市向陽(yáng)農(nóng)場(chǎng)（位于北緯45°61′，東經(jīng)126°97′）使用LR 1601-IRIS 機(jī)載一體式激光雷達(dá)高光譜成像儀（北京理加聯(lián)合科技有限公司）進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)。旨在（1）根據(jù)雜草表型和鮮重提出新的抗性指數(shù)，來有效地量化田間雜草的抗性；(2) 利用高光譜傳感器識(shí)別抗性雜草和敏感雜草之間的內(nèi)在差異和敏感光譜區(qū)域；（3）通過多模態(tài)數(shù)據(jù)融合和深度學(xué)習(xí)研究光譜、結(jié)構(gòu)和紋理信息及其組合在抗性評(píng)估中的貢獻(xiàn)；（4）評(píng)估所提出的模型針對(duì)不同雜草密度和繪制抗性雜草的能力。

結(jié)果

（a） 不同抗性和密度的高光譜反射率曲線；（b）高光譜一階導(dǎo)數(shù)。虛線代表抗性雜草，實(shí)線代表敏感雜草，顏色代表雜草密度。

CRS測(cè)量和預(yù)測(cè)值散點(diǎn)圖。

結(jié)論

（1）敏感雜草和抗性雜草的光譜響應(yīng)存在明顯差異，連續(xù)投影算法（SPA）選擇的最佳波段與抗性表達(dá)波段的最佳波段相吻合；（2）通過多模態(tài)數(shù)據(jù)融合提高了抗性評(píng)估的準(zhǔn)確性，后期深度融合網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出最佳的準(zhǔn)確性，R2為0.777，RMSE為0.547；（3）多模態(tài)融合網(wǎng)絡(luò)模型在不同密度的抗性評(píng)估中表現(xiàn)出強(qiáng)大的適應(yīng)性，并有效地生成雜草抗性圖。總的來說，這項(xiàng)研究證明了使用多模態(tài)數(shù)據(jù)融合和CRS，結(jié)合深度學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確和可靠的農(nóng)田雜草抗性評(píng)估的有效性。本研究為農(nóng)田抗性雜草管理提供了一種更有效、更準(zhǔn)確的方法，并為可持續(xù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供助力。