这手稿描述了有效地检测到早季棉与二斑叶螨种群的不同密度人工侵染损伤多光谱光学传感器。
The objective of this study was to evaluate a ground-based multispectral optical sensor as a remote sensing tool to assess foliar damage caused by the two-spotted spider mite (TSSM), Tetranychus urticae Koch, on greenhouse grown cotton. TSSM is a polyphagous pest which occurs on a variety of field and horticultural crops. It often becomes an early season pest of cotton in damaging proportions as opposed to being a late season innocuous pest in the mid-southern United States. Evaluation of acaricides is important for maintaining the efficacy of and preventing resistance to the currently available arsenal of chemicals and newly developed control agents. Enumeration of spider mites for efficacy evaluations is laborious and time consuming. Therefore, subjective visual damage rating is commonly used to assess density of spider mites. The NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) is the most widely used statistic to describe the spectral reflectance characteristics of vegetation canopy to assess plant stress and health consequent to spider mite infestations. Results demonstrated that a multispectral optical sensor is an effective tool in distinguishing varying levels of infestation caused by T. urticae on early season cotton. This remote sensing technique may be used in lieu of a visual rating to evaluate insecticide treatments.
二斑叶螨, 二斑叶螨 (科赫)是许多领域和园艺植物1,2的多食性和国际化的有害。它生活在植物3,4的底部表面上的菌落里面织带。它已经从一个季节晚期到赛季初的害虫中期,美国南部在过去十年5进化而来的。 TSSM是棉的第 5 个最具破坏性的害虫和在2011年6,7引起的棉花和减少0.167%在美国产量57441包损失估计。它的生命周期短,高繁殖力和单倍体二倍体性别决定与消化和解毒外源性化学物质的能力相结合加剧了耐药性的发展,农药8。目前,杀螨剂保持为邻NLY可靠的控制机制T.螨的抑制。因此,现场昆虫学家不断评估疗效现有和新开发的杀螨剂。
通过叶螨损害的估计通常是通过计分在因为在手动计数螨遇到的困难的主观尺度的损伤进行。一些进行二项式采样,其中感染的叶子的唯一的比例进行评分而不是每叶9叶螨的数目。叶变红索引标尺,其从点画和发红变化以植被的广泛发红,被用来作为在估计损害的标准。对棉花T.螨的空间分布图案符合一个集群分布图案9。螨分布在棉花叶子由疏到大量聚集和现场条件下,依然如此。这种分布格局腠以其体积小,移动性和多产再现PLED使TSSM的枚举困难。为了定量地评价针对TSSM杀螨剂的效力需要用于螨密度的评估可靠的替代技术。
本研究的目的是通过使用光学传感器的多光谱由TSSM的不同密度损坏棉花植物中分离出来。我们的目的是确定地面光学传感器可以进行分类,并从那些由红蜘蛛损坏分开健康棉花植株。
在该领域中进行以往,杀虫剂效力测试包括以不同速率施加,并与未经处理的支票的化学的几种治疗方法。用针对TSSM的龄和成虫阶段变化的毒性特征杀螨剂评估,以确定是否由它们引起的损害可以通过化学处理来减少。 TSSM收集样品并带到其中它们在显微镜下检查和TSSM的不同阶段进行计数并记录的实验室。采取宿主植物的足够样本以确定在每个治疗的损伤和具有统计学上可接受的精度区分它们是非常重要的。所需要的彼此区分处理的样本的数目取决于生物体的分布轮廓。在TSSM的高度片状分布导致了相当数量的样本地区之间的差异,许多工厂必须进行采样为了确保人口估计的重现性。然而,预算,人力,时间和统计精度是在采样技术,冲击的重要因素。它理应研究者以最佳地分配可用资源,用最少的成本,但与大多数的精度进行采样。
代替计数TSSM阶段昆虫学家视觉评分基于损坏的不同水平的无损伤的分的损坏。例如,一些研究人员提出二项抽样,其中感染的叶子只有比例进行评分,而不是每个叶片9,19叶螨的数量。其他基于叶子变红索引标尺,其从点画和变红到植物冠层19的广泛变化变红棉花由TSSM估计的损害。这些方法是任意的,轶事和损伤的程度的个体感知偏置。造成TSSM损害的更强大和定量评估,需要评估和处理与统计精度分开。
基于地面的多光谱光学传感器似乎是一种改进的采样工具以定量测定由TSSM造成的损害和对治疗不是由许多研究人员采用的视觉损害评分系统更精确地分离。然而,研究人员已经报道了数据密集型光谱遥感提供了许多光谱特征来识别和比较多光谱遥感这是较少的数据密集的带有两个波长度20,21检测的作物的应力和冠层的特性。使用高光谱仪,Reisig和戈弗雷发现NIR反射波长≈850纳米,在区分一个信息从频谱未侵染的棉花22节肢动物侵染的。在这项研究中,我们已经表明,多光谱反射率值(NIR值为≈770纳米)仅使用两个光谱带能够鉴定和表征与TSSM的不同密度侵染的棉花植物。此外,我们先前报道,多光谱光学传感器不仅能有效分离出没TSSM的广泛不同密度类别棉花植物,但也显示,螺甲螨是比一半在温室早季棉控制TSSM阿维菌素更有效最低的标示率23的速度。
多谱光传感器可以被安装在移动的研究平台和反射率值可以从植被檐处理区域没有人的主观性而获得。杀螨效力数据因此可以被没有太多的人力劳动获得。该NDVI数据可以轻松上传到计算机,并使用商业统计进行分析软件。 GPS接收器也可安装到所述移动平台来收集GPS为了产生场的损坏地图坐标。从植物冠层使用多光谱反射特征,所述多光谱光学传感器提供了鉴定和定量植物胁迫的快速和成本有效的手段。此外,该字段的一个大得多的区域可以在更短的时间内覆盖有植物冠层的空间分辨率更高的相对于传统的字段侦察。重要的是要记住的门槛损害水平TSSM棉花是从区域到美国区域变量是很重要的。例如,TSSM损伤将是干旱环境下更高如在加州相比中南部区域降雨量和高湿度经常为准24。因此,为了TSSM损坏由于产量损失将是可变的,所以是损伤阈值。然而,来自密西西比州,阿肯色州和田纳西州的报告显示,阈值水平对棉花TSSM似乎是当植物的30〜50%侵染和人口正在积极增加5。此外,田间生长的植物暴露于多种胁迫,包括水应力和节肢动物食草动物喂养和这些活动之间的相互作用可以显着减少工厂生产力和可能影响损伤阈值。该TSSM可降低气孔导度,光合作用和蒸腾速率棉花25。在温室中生长的植物通过UV光照射的影响,它不影响显著气孔功能,光合作用和篷形态26,27和很可能对植物胁迫的添加剂的效果。然而,TSSM能够避免UV辐射由具有访问栖植物冠层28,29 <的下表面上保护免受太阳辐射/ SUP>,30,在那里它驻留。
目标篷和相对于目标的传感器的方位上述光学传感器的高度是显著受多光谱光学传感器31所获得的反射率值的重要因素。例如,当移动的研究平台通过一排农作物字段遍历诸如当棉篷打开时,传感器可能产生,这取决于传感器的取向不同的结果,或者平行于或者垂直于该行。它也可能是土壤和其它背景材料可极大地影响传感器读数,特别是当所述传感器被垂直于行方向。为了获得从传感器最大响应,传感器头应线被定向以与直接的行之上。虽然垂直定向的光束将行更容易拿起回地面土壤反射,这可以,是可以接受的,然而,当棉花篷与茂密的植被关闭。此外,运营商应当遵循的81-122厘米的操作高度范围制造商的建议和定向在线传感器头与所述目标,以获得最大信号的响应。重要的是要在使用前的传感器电池充电是很重要的,或者它应保持插入到避免故障排除。低电池电量可能会产生错误的读数。
The authors have nothing to disclose.
We appreciate the assistance of Chris Parker who daily scanned the plants and Curtis Hubbard who maintained the plants in the greenhouse.
GreenSeeker | Trimble Ag. Division | Model 505 | Red NDVI sensor |
Westminster, CO | |||
Pinto beans | Producer's Co-op., Bryan, TX | Not applicable | Free choice item |
Deltapine cotton seeds | Brazos Bottom Crop Care, Caldwell, TX77836 | Not applicable | 436 RR; NonBt & RoundUp |
Ready | |||
Plastic trays | BWI, Schulenberg, TX | FG1020NL7 | 56 x 28 cm |
Label sticks | Gempler's, Janesville, WI 53547 | Item # 151276 | Durable spike-style pot markers |
4-wheel Garden push cart | Farm Tek, Dyersville, IA 52040 | Item # 108676 | 61 x 122 cm |