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高光谱相机可对植物病原体监测

发布时间:2023-06-16
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真菌病原体对全球农作物的产量和质量造成严重损失。仅在美国,据报道植物病原体每年造成 330 亿美元的经济损失。在田间及早发现植物病害可以让生产者快速处理受影响的区域并更准确地预测产量损失。传统的检测方法依赖于侦察和目视检查,通常会在最佳控制时间过后进行检测。

真菌病原体对全球农作物的产量和质量造成严重损失。仅在美国,据报道植物病原体每年造成 330 亿美元的经济损失。在田间及早发现植物病害可以让生产者快速处理受影响的区域并更准确地预测产量损失。传统的检测方法依赖于侦察和目视检查,通常会在最佳控制时间过后进行检测。


除了防止个体生产者遭受损失外,早期发现还可以防止传播到邻近的田地或作物。利用病原体的诊断症状,如叶片色素、叶片结构和水分含量的变化,高光谱和多光谱成像可以帮助绘制植物病害管理领域的地图。


例如,真菌病原体会导致小麦锈病,其特征是叶表面出现棕色小脓疱。在一项温室研究中,对小麦植株进行了接种,然后比较了高光谱和多光谱成像技术在区分处理过的植物和未处理过的植物方面的准确性。据报告高光谱和多光谱成像证明在接种后短短五天即可有效检测叶锈病。


在一项研究中,高光谱相机能够在小麦叶锈病肉眼可见前几天检测到它。早期检测可以提高应用特定地点杀菌剂的效率


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比较健康小麦和感染叶锈病小麦的 400-1000 nm 光谱特征之间的相对反射率表明,受感染小麦在可见光谱的蓝色和绿色区域的反射率降低,近红外反射率平稳段明显降低

与多光谱成像相比,高光谱相机的高光谱灵敏度在病原体发展的早期阶段产生了更好的检测,当时只有轻微的视觉症状明显。此外,与多光谱成像相比,高光谱相机对光照条件等外部因素的敏感度要低得多。这防止了在多光谱成像数据集中发现的分类精度差的问题。


真菌病原体是造成苹果树苹果黑星病的病原体。感染首先表现为叶子上的黄色或褪绿斑点,然后发展为更深的斑点和叶子变黄。经济损失主要是由果实表面的损坏造成的。使用高光谱相机和统计程序进行分类,在人眼看到症状之前,能够检测到苹果黑星病引起的压力。


在受控条件下,高光谱相机不仅适用于检测,还适用于叶级甜菜真菌病害的鉴定和量化。并可测甜菜的三种病原体,尾孢菌叶斑病 (Cercospora beticola (Sacc.))、白粉病 (Erysiphe betae (Vanha) Weltzien) 和甜菜锈病 (Uromyces betae (Persoon) Lev.)。高光谱成像技术能够区分这三种病原体,白粉病和叶斑病的病叶面积低至 10%。


高光谱成像的使用可以在更大范围内成功应用。甘蔗橙锈病(由 Puccinia kuehnii 引起)是一种真菌病害,会产生破裂的病斑,使水从植物中溢出。根据在现场拍摄的图像,通过检测叶片色素的变化,成功地从未受影响的地区辨别出甘蔗橙锈病斑块。并证明了高光谱成像在现场检测疾病方面的有效性。

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