Dit manuscript beschrijft een multispectrale optische sensor die effectief schade aan begin van het seizoen katoen kunstmatig besmet met variërende dichtheden van de dubbel-gevlekte spint populaties gedetecteerd.
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.
Twee gevlekte spin mijt, spint (Koch) is een polyfage en kosmopolitische plaag van vele veld en tuinbouwgewassen 1, 2. Het leeft in spanbanden in kolonies op het bodemoppervlak van de plant 3, 4. Het heeft zich ontwikkeld van een late seizoen om een vroege seizoen plaag in het midden van de zuidelijke Verenigde Staten de afgelopen tien jaar 5. TSSM was de 5e meest schadelijke ongedierte van katoen en veroorzaakte een geschat verlies van 57.441 balen katoen en 0,167% reductie van de opbrengst in de Verenigde Staten in 2011 6, 7. De korte levenscyclus, hoge vruchtbaarheid en haploid-diploïde geslachtsbepaling, gecombineerd met het vermogen om te verteren en ontgiften xenobiotics hebben de ontwikkeling van resistentie tegen pesticiden 8 verergerd. Momenteel acariciden blijven zoals het only betrouwbare controlemechanisme voor de onderdrukking van T. urticae. Daarom veld entomologen voortdurend evalueren momenteel beschikbare en nieuw ontwikkelde acariciden voor werkzaamheid.
De schatting van de schade door de spintmijten wordt meestal uitgevoerd door het scoren van de schade op een subjectieve schaal als gevolg van de moeilijkheid in de mijten handmatig tellen. Sommige uitgevoerd binomiale sampling, waarbij alleen het aandeel van de aangetaste bladeren in plaats werd gescoord dan het aantal van spintmijten per blad 9. Een blad roodheid indexschaal, die varieerde van meanderen en roodheid uitgebreide roodheid van de plantengroei, werd gebruikt als criterium bij het schatten van schade. De ruimtelijke verdelingspatroon van T. urticae op katoen gelijkvormig een geklonterd verdelingspatroon 9. Mijten zijn verdeeld over katoen loof van schaars zwaar geclusterde en blijven onder veldomstandigheden. Zoals verspreidingspatroon coupled met zijn kleine omvang, mobiliteit en vruchtbare reproductie maakt kwantificering van TSSM moeilijk. Betrouwbaar alternatief technieken nodig voor de beoordeling van de dichtheid aan mijten teneinde de werkzaamheid van acariciden tegen TSSM kwantitatief te evalueren.
Het doel van deze studie was om katoenplanten beschadigd door verschillende dichtheden van TSSM scheiden met behulp van een optische sensor multispectrale. Onze bedoeling was om te bepalen of de grond gebaseerde optische sensor kunnen classificeren en scheiden gezonde katoenplanten van die beschadigd door de spintmijten.
Gewoonlijk insecticide werkzaamheid tests op het gebied omvatten verschillende behandelingen van de verschillende tarieven gelden en vergeleken met een onbehandelde controle chemische. Acariciden met variërende toxiciteitsprofielen tegen stadium en volwassen stadia van TSSM wordt beoordeeld of de door hen veroorzaakte schade kan worden verminderd door chemische behandeling. TSSM monsters worden genomen en naar het laboratorium waar ze onder de microscoop onderzocht en de verschillende stadia van TSSM geteld en geregistreerd gebracht. Het is uiterst belangrijk om voldoende monsters van de gastheerplant naar de schade elke behandeling te bepalen en ze onderscheiden met statistisch aanvaardbare nauwkeurigheid. Het aantal monsters die nodig zijn om de behandelingen van elkaar te onderscheiden hangt af van het verdelingsprofiel van het organisme. Zeer onregelmatige verspreiding van de TSSM tot een aanzienlijke variatie tussen monstergebieden, en vele planten moeten worden bemonsterdgelasten reproduceerbaarheid van de schattingen van de populatie te garanderen. Echter, budget, mankracht, tijd en statistische precisie zijn belangrijke factoren die van invloed zijn op de bemonstering technieken. Het betaamt de onderzoeker om de beschikbare middelen optimaal toe te wijzen aan de bemonstering uit te voeren met de minste kosten, maar met de meeste precisie.
Entomologen in plaats van het tellen van TSSM stadia visueel scoren de schade op basis van een schaal van geen schade aan verschillende niveaus van schade. Bijvoorbeeld, sommige onderzoekers voorgesteld binomiale sampling, waarbij alleen het aandeel van de aangetaste bladeren in plaats werd gescoord dan het aantal van spintmijten per blad 9, 19. Anderen geschatte schade door TSSM op katoen gebaseerd op een blad roodheid indexschaal, die varieerde van meanderen en roodheid uitgebreide roodheid van vegetatie luifel 19. Deze methoden zijn arbitrair, anekdotisch en vertekend door individuele perceptie van de omvang van de schade.Een meer robuuste en kwantitatieve beoordeling van de schade veroorzaakt door TSSM is vereist om te evalueren en te scheiden van de behandelingen met statistische precisie.
De grondgebonden multispectrale optische sensor wordt een verbeterd gereedschap voor monstername voor de schade veroorzaakt door TSSM kwantitatief bepalen en de behandelingen nauwkeuriger te scheiden dan die welke door veel onderzoekers vastgesteld zichtbare beschadiging scoring systeem. Onderzoekers hebben echter gerapporteerd dat de gegevensintensieve hyperspectrale remote sensing ontvangen talrijke spectrale signaturen te identificeren en detecteren gewas spanningen en luifels kenmerken vergeleken met multispectrale remote sensing die minder gegevensintensief met twee golflengten 20, 21. Gebruik een hyperspectrale spectrometer, Reisig Godfrey en vond dat de NIR reflectie golflengte ≈850 nm als informatieve spectrum te onderscheiden arthropod-aangetaste uninfested van katoen 22. In deze studie hebben we aangetoond dat de multispectrale reflectiecoëfficiënten (NIR waarde wezen ≈770 nm) met slechts twee spectrale banden konden geïdentificeerd en gekarakteriseerd katoenplanten besmet met variërende dichtheden van TSSM. Ook hebben we al eerder gemeld dat de multispectrale optische sensor niet alleen effectief gescheiden katoenplanten besmet met sterk uiteenlopende categorieën dichtheid van TSSM, maar toonde ook aan dat spiromesifen effectiever dan abamectine bij het beheersen van TSSM in het begin van het seizoen katoen in de kas met de helft was percentage van de laagste labelhoeveelheid 23.
Multispectrale optische sensor kan worden gemonteerd op een mobiel platform onderzoek en reflectiewaarden kunnen worden verkregen uit de behandelde gebieden van de vegetatie luifels zonder menselijke subjectiviteit. Acaricide werking gegevens kan dus worden verkregen zonder veel menselijke arbeid. De NDVI gegevens kunnen eenvoudig worden geüpload naar de computer en geanalyseerd met behulp van commerciële statistischesoftware. Een GPS-ontvanger ook op het mobiele platform zijn aangebracht op de GPS coördinaten te verzamelen, resulterende in een beschadiging kaart van het gebied. Gebruik multispectrale reflectie handtekeningen van de plant luifel, multispectrale optische sensor een snelle en kosteneffectieve manier voor het identificeren en kwantificeren van stress bij planten. Bovendien kan een veel groter deel van het veld wordt behandeld in minder tijd met hogere ruimtelijke resolutie van plantaardige luifel vergelijking met conventionele gebied verkennen. Het is belangrijk om te onthouden dat de drempel schade niveau TSSM op katoen varieert van regio tot regio in de Verenigde Staten. Bijvoorbeeld, zou TSSM schade hoger in een droge omgeving, zoals in Californië in vergelijking met de Midsouth regio waar neerslag en hoge luchtvochtigheid vaak heersen 24. Daarom zal opbrengstverlies als gevolg van beschadiging TSSM variabel en dus is de schadedrempel. Echter, rapporten van de Mississippi, Arkansas en Tennessee blijkt dat de drempelwaardevoor TSSM op katoen lijkt bij 30-50% van de planten besmet en bevolking actief verhogen 5. Verder worden het veld gekweekte planten blootgesteld aan meervoudige druk waaronder water stress en voeding van geleedpotigen herbivoren en de interacties tussen deze activiteiten aanzienlijk verminderen plantenproductiviteit en waarschijnlijk schadedrempel beïnvloeden. De TSSM kan stomatale geleidbaarheid, fotosynthese en transpiratie te verlagen in katoen 25. Planten in de kas worden beïnvloed door UV-licht-straling en het heeft grote invloed stomatale functie, fotosynthese en luifel morfologie 26, 27 en kan waarschijnlijk hebben een additief effect op stress bij planten. Echter, TSSM kan voorkomen UV straling door toegang tot leefgebied beschermd tegen zonnestraling op het onderoppervlak van de plant luifel 28, 29 </ sup>, 30, waar het zich bevindt.
De hoogte van de optische sensor boven de doelstelling hemel en de oriëntatie van de sensor ten opzichte van het doelwit belangrijke factoren die de reflectiewaarden verkregen door multispectrale optische sensor 31 beïnvloed. Wanneer bijvoorbeeld het mobiele onderzoeksplatform doorkruist door een rij akker bijvoorbeeld wanneer katoen luifel is geopend, de sensor waarschijnlijk verschillende resultaten, afhankelijk van de oriëntatie van de sensor, hetzij evenwijdig of loodrecht op de rij te produceren. Het is ook waarschijnlijk dat de bodem en andere achtergrondmateriaal grote invloed kunnen de sensormetingen, vooral wanneer de sensor loodrecht op de rij. Om een maximale respons van de sensor te verkrijgen, dient de sensorkop georiënteerd in lijn met en direct boven de rijen. Hoewel het oriënteren van de lichtbundel loodrecht op de rijen is waarschijnlijk terug te halenbegane grond reflectie kan dit acceptabel zijn, echter, wanneer katoen koepel is gesloten met weelderige plantengroei. Bovendien moeten operators aanbevelingen van de fabrikant te volgen op een werkhoogte bereik van 81-122 cm en oriënteren van de sensorkop in lijn met de doelstelling om een maximale signaalsterkte respons te verkrijgen. Het is belangrijk om de sensor batterij voor gebruik op te laden of het moet worden gehouden aangesloten op het oplossen van problemen te voorkomen. Lage batterij niveau vermoedelijk foutieve metingen te produceren.
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 |