Φασματική ανίχνευση νηματωδών σε σόγια

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 20:00, 16 Ιανουαρίου 2022

Φασματική ανίχνευση νηματωδών σε σόγια κατά την άνθιση με τη χρήση ΣμηΕΑ

Πρωτότυπος τίτλος: Spectral detection of nematodes in soybean at flowering growth stage using unmanned aerial vehicles

Συγγραφείς: Bruno Henrique Tondato Arantes, Victor Hugo Moraes, Alaerson Maia Geraldine, Tavvs Micael Alves, Alice Maria Albert, Gabriel Jesus da Silva, Gustavo Castoldi

Δημοσιεύθηκε: Ciência Rural

Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου: [1]

Εισαγωγή

Η σόγια καλλιεργείται από αρχαιοτάτων χρόνων, πλέον σε όλο τον κόσμο για την ανθρώπινη διατροφή, την κτηνοτροφία και ως βιοκαύσιμο. Σημαντικοί εχθροί του φυτού είναι οι νηματώδεις Heterodera glycines και Pratylenchus brachyurus. Το πρώτο είναι υποχρεωτικό ενδοπαράσιτο των ριζών και προκαλεί νανισμό, χλώρωση των φύλλων, πρόωρη γήρανση, μείωση του βάρους του σπόρου και εν τέλει επιφέρει τον θάνατο, ενώ το δεύτερο δημιουργεί καστανέρυθρα έλκη, τα οποία εξελίσσονται σε νέκρωση των ριζών. Η ανίχνευση των νηματωδών στο έδαφος είναι κοστοβόρα, καθώς απαιτούνται πολλές δειγματοληψίες. Η Τηλεπισκόπηση αποτελεί μια σοβαρή εναλλακτική, καθώς τα υπέργεια συμπτώματα, αλλά και οι νηματώδεις, λόγω της χαμηλής κινητικότητάς τους στο έδαφος, μπορούν αν ανιχνευτούν με φασματικές κάμερες. Αν και στη γεωργία χρησιμοποιούνται κυρίως φασματικές κάμερες, οι υπερφασματικές μπορούν να μετρήσουν διάφορα χαρακτηριστικά του φυλλώματος. Η χρήση ΣμηΕΑ, η μείωση του μεγέθους των φασματικών δεκτών, αλλά και οι νέοι αλγόριθμοι δίνουν τη δυνατότητα για διάφορες εφαρμογές ανίχνευσης και χαρτογράφησης, μετρώντας την ανακλαστικότητα των φύλλων. Σε παλαιότερες μελέτες, έχουν χρησιμοποιηθεί RGB φασματικές και υπερφασματικές εικόνες για την ανίχνευση κυστικών και νηματωδών που προκαλούν έλκη, με μεγάλη ακρίβεια. Η παρούσα μελέτη στοχεύει στον καθορισμό του καλύτερου φασματικού καναλιού, για την ανίχνευση των δύο αυτών νηματωδών, με τη χρήση μοντέλων γραμμικής παλινδρόμησης και των καθορισμό μοντέλων πολλαπλής γραμμικής παλινδρόμησης, για την έγκαιρη ανίχνευσή τους στην αρχή της άνθισης.

Μεθοδολογία

Η περιοχή μελέτης έχει έκταση 330 εκτάρια και βρίσκεται κοντά στην πόλη του Rio Verde. Η πειραματική διαδικασία πραγματοποιήθηκε την καλλιεργητική περίοδο του 2017-2018. Η προκαταρτική εξέταση έδειξε ότι υπήρχαν τα είδη H. Glycines (σε διάφορες ηλικίες, των οποίων η επίδραση στο φυτό μελετήθηκε ξεχωριστά), P. brachyurus και Helicotylenchus dihystera. Χρησιμοποιήθηκε ΣμηΕΑ Phantom 4 Advanced με δέκτες Sequoia και RGB και το ΣμηΕΑ Inspire 2 για τον δέκτη Sentera, οι οποίοι συνολικά είχαν κανάλια στο red, green, blue, δύο NIR, έναν εξειδικευμένο δέκτη για το δείκτη NDVI και red edge. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκαν δοκιμαστικές πτήσεις, για την ανίχνευση πιθανών προσβεβλημένων περιοχών και λήφθηκαν δείγματα, προκειμένου να εξαχθούν ενήλικα των νηματωδών από τις ρίζες των φυτών. Για τις πτήσεις χρησιμοποιήθηκαν προγράμματα σχεδίασης πτήσεων. Όλες οι πτήσεις έγιναν τις κατάλληλες ώρες, για να αποφευχθούν προβλήματα π.χ. σκίαση.

  Με το πρόγραμμα Pix4D δημιουργήθηκε το ορθομωσαϊκό. Στις αναλύσεις χρησιμοποιήθηκε ο ψηφιακός αριθμός των pixel. Το ορθομωσαϊκό εισήχθη στο QGIS, ώστε να γίνουν οι απαραίτητοι υπολογισμοί στα πολλαπλά φασματικά κανάλια με το raster calculator. Για κάθε σημείο όπου πραγματοποιήθηκε δειγματοληψία, δημιουργήθηκε ένα vector layer διαστάσεων 1m επί 25cm για να υπολογιστεί η μέση ανακλαστικότητα για κάθε του κάθε αισθητήρα και να γίνει η στατιστική επεξεργασία. Πραγματοποιήθηκε επιβλεπόμενη ταξινόμηση, η οποία αφαίρεσε τα μη απαραίτητα pixel. Τα εναπομείναντα χρησιμοποιήθηκαν για τη στατιστική επεξεργασία 

Λόγω του μεγάλου όγκου των δεδομένων, πραγματοποιήθηκε απλή και πολλαπλή γραμμική παλινδρόμηση. Με την πρώτη βρέθηκαν τα φασματικά κανάλια που επιτρέπουν την καλύτερη ανίχνευση των νηματωδών, ενώ η δεύτερη ανάλυση υπέδειξε ποιος είναι ο καλύτερος συνδυασμό των καναλιών αυτών. Πραγματοποιήθηκε η ανάλυση forward model selection, ώστε να επιτευχθεί ο βέλτιστος συνδυασμός που να αποτυπώνει τις διαφορετικές πληθυσμιακές πυκνότητες. Τέλος, καταρτίστηκαν μοντέλα απλής και πολλαπλής παλινδρόμησης με ανεξάρτητη μεταβλητή την ανακλαστικότητα των φυτών και εξαρτημένη μεταβλητή των αριθμό των νηματωδών.

Συμπεράσματα

Τα νάνα φυτά και το μολυσμένο έδαφος ήταν ορατά σε σχέση με τα υπόλοιπα στο χωράφι. Οι νεαρότερες ηλικίες του H. glycines δεν συσχετίστηκαν με υπέργεια συμπτώματα και διαφορετικές φασματικές αποκρίσεις. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι είναι εφικτή η εφαρμογή νηματωδοκτόνων τοπικά. Τέλος, παρατηρήθηκε ότι υπάρχει σχέση μεταξύ της ανακλαστικότητας του φυλλώματος και του αριθμού των νηματωδών. Κρίνεται κατάλληλη η χρήση φασματικών αισθητήρων για την ανίχνευση του H. glycines, αλλά απαραίτητη η χρήση πολυφασματικών αισθητήρων για την ανίχνευση του P. brachyurus. Το H. dihystera αποκλείστηκε, καθώς είναι εκτοπαράσιτο και δεν προκαλεί σημαντική ζημιά στο φυτό.