تقييم استشعار عن بعد رصدت اثنين من الأضرار العنكبوت العثة على القطن الاحتباس الحراري
Summary
توضح هذه المخطوطة جهاز استشعار بصري متعدد الأطياف أن الكشف عن فعالية الأضرار التي لحقت القطن في بداية الموسم تنتشر فيها بشكل مصطنع مع كثافة متفاوتة من السكان العنكبوت سوس-رصدت اثنين.
Abstract
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.
Introduction
يومين رصدت العنكبوت سوس، الخاشية urticae (كوخ) هو آفة متعددة العائل وعالمية من العديد من الميدان والنباتات البستانية 1 و 2. فهي تعيش في مستعمرات داخل التنجيد على السطح السفلي للمصنع 3، 4. وقد تطورت من كونها الموسم في وقت متأخر إلى آفة في بداية الموسم في الولايات المتحدة منتصف الجنوبية على مدى العقد الماضي 5. كان TSSM 5 تشرين الآفات الأكثر ضررا من القطن وتسبب في خسائر تقدر 57441 بالة من القطن والحد من 0.167٪ في العائد في الولايات المتحدة في عام 2011 6 و 7. لها دورة حياة قصيرة، الخصوبة العالية وتحديد الجنس فرداني-مضاعفا جنبا إلى جنب مع القدرة على الهضم وإزالة السموم الاكسيوبيوتك ساهمت في تفاقم تطور مقاومة للمبيدات الحشرية 8. في الوقت الحاضر، لا تزال مبيدات كما سآلية مراقبة يمكن الاعتماد عليها نلي لقمع T. urticae. ولذلك، علماء الحشرات الميدانية تقييما باستمرار مبيدات المتاحة حاليا والتي تم تطويرها حديثا للفعالية.
وعادة ما يتم إجراء تقدير الضرر من قبل العناكب بتسجيله الضرر على نطاق شخصي بسبب صعوبة واجهتها في عد العث يدويا. أجريت بعض العينات ذات الحدين، حيث يسجل سوى نسبة الأوراق المصابة بدلا من عدد من العناكب في ورقة 9. مقياس مؤشر رقة احمرار، والتي تختلف من التنقير واحمرار إلى احمرار واسعة من الغطاء النباتي، وكان يستخدم كمعيار لتقدير الأضرار. نمط التوزيع المكاني للT. urticae على القطن يتفق مع نمط توزيع تجمعت 9. يتم توزيع العث على أوراق الشجر القطن من متفرق لتتجمع بشكل كبير ويبقى ذلك تحت الظروف الحقلية. هذا التوزيع نمط فصول التوجيه الجامعيأقر مع حجمها الصغير والتنقل والاستنساخ وافرة يجعل تعداد TSSM صعوبة. وهناك حاجة إلى تقنيات بديلة يمكن الاعتماد عليها لتقييم كثافة سوس من أجل تقييم كمي فعالية مبيدات ضد TSSM.
وكان الهدف من هذه الدراسة لفصل نباتات القطن التي تضررت من كثافة متفاوتة من TSSM باستخدام جهاز استشعار متعدد الأطياف الضوئية. وكان لدينا نية لتحديد ما إذا كانت أجهزة الاستشعار البصرية الأرضية يمكن تصنيف وفصل نباتات القطن صحية من تلك التي تضررت من العناكب.
Protocol
Representative Results
Discussion
وتشمل تقليديا، اختبارات الحشرات فعالية التي أجريت في هذا المجال العديد من العلاجات للمادة الكيميائية تطبيقها بمعدلات مختلفة ومقارنة مع الاختيار غير المعالجة. ويتم تقييم مبيدات مع اختلاف التشكيلات سمية ضد الطور والكبار مراحل TSSM لتحديد ما إذا كان الضرر الذي تسببه لهم يمكن تخفيض علاج الكيميائي. يتم جمع عينات TSSM وتقديمهم إلى المختبر حيث يتم فحصها تحت المجهر ويتم عد مراحل متفاوتة من TSSM وتسجيلها. ومن المهم جدا لأخذ عينات كافية من النبات المضيف لتحديد الضرر في كل معاملة وتمييزها بدقة مقبولة إحصائيا. يعتمد عدد العينات المطلوبة للتمييز بين العلاجات عن بعضها البعض على تعريف التوزيع الكائن الحي. التوزيع غير مكتمل للغاية من TSSM يؤدي إلى قدر كبير من الاختلاف بين مناطق العينة، ويجب أخذ عينات العديد من النباتات فيالطلب للتأكد من استنساخ تقديرات السكان. ومع ذلك، والميزانية، والقوى العاملة، والوقت والدقة الإحصائية من العوامل الهامة التي تؤثر على أساليب أخذ العينات. ويتعين على الباحث أن تخصيص الموارد المتاحة على النحو الأمثل لإجراء أخذ العينات مع أقل تكلفة ولكن مع معظم الدقة.
علماء الحشرات بدلا من عد مراحل TSSM بصريا يسجل الضرر استنادا إلى مقياس من أي ضرر إلى مستويات متفاوتة من الضرر. على سبيل المثال، اقترح بعض الباحثين أخذ العينات ذات الحدين، حيث يسجل سوى نسبة الأوراق المصابة بدلا من عدد من العناكب في ورقة 9 و 19. وقدرت الأضرار التي الآخرين TSSM على القطن على أساس جدول مؤشر ورقة احمرار، والتي تختلف من التنقير واحمرار إلى احمرار واسعة من الغطاء النباتي مظلة 19. هذه الأساليب التعسفية والقصصية ومنحازة التصورات الفردية للدرجة الضرر.مطلوب تقييم أكثر قوة وكمية من الأضرار الناجمة عن TSSM لتقييم وفصل العلاجات مع الدقة الإحصائية.
يظهر جهاز استشعار بصري متعدد الأطياف الأرضية أن تكون محسنة أداة أخذ العينات لتحديد الكمية الأضرار التي لحقت TSSM ولفصل علاجات أكثر دقة من النظام الضرر التسجيل المرئي من قبل العديد من الباحثين المعتمدة. ومع ذلك، فقد أفاد باحثون بأن الاستشعار عن بعد الطيفية البيانات المكثفة قدمت العديد من طيفية لتحديد والكشف عن الضغوط المحصول وخصائص مظلة مقارنة الاستشعار عن بعد متعدد الأطياف التي هي بيانات أقل كثافة مع اثنين من موجة أطوال 20 و 21. باستخدام مطياف الطيفية، وجدت Reisig وغودفري أن NIR الانعكاس الطول الموجي ≈850 نانومتر باعتبارها الطيف بالمعلومات في التمييز المفصلية التي تنتشر فيها-من القطن عدوى طفيلية 22. في هذه الدراسة، لقد أظهرنا أن قيم الانعكاس متعددة الأطياف (الجرد قيمة الوجود ≈770 نانومتر) مع اثنين فقط من نطاقات طيفية كانت قادرة على تحديد وتوصيف نباتات القطن تعج كثافة متفاوتة من TSSM. أيضا، ونحن قد ذكرت في وقت سابق أن أجهزة الاستشعار البصرية المتعددة الأطياف ليس فقط فصل فعال نباتات القطن تعج متفاوتة على نطاق واسع فئات كثافة TSSM، ولكن أظهرت أيضا أن spiromesifen كان أكثر فعالية من أبامكتين في السيطرة على TSSM في القطن في بداية الموسم في الاحتباس الحراري في نصف معدل أدنى معدل تسمية 23.
يمكن تركيبه على جهاز استشعار بصري متعدد الأطياف على منصة أبحاث المحمولة ويمكن الحصول على هذه القيم الانعكاس من المناطق المعالجة من الستائر النباتات بدون الذاتية الإنسان. وبالتالي يمكن الحصول على بيانات فعالية المبيد للقراد دون العمل البشري بكثير. البيانات NDVI يمكن تحميلها بسهولة إلى جهاز الكمبيوتر وتحليلها باستخدام التجارية الإحصائيةالبرمجيات. وأيضا يمكن تركيبه على منصة متنقلة لجمع جهاز استقبال GPS ينسق من أجل إنشاء مخطط الضرر الحقل. باستخدام التواقيع الانعكاس متعددة الأطياف من المظلة مصنع، يوفر جهاز استشعار بصري متعدد الأطياف وسيلة سريعة وفعالة من حيث التكلفة لتحديد وقياس الإجهاد في النبات. وعلاوة على ذلك، مساحة أكبر بكثير من مجال يمكن تغطيتها في وقت أقل مع أعلى المكاني القرار المظلة مصنع مقارنة الكشفية مجال الأسلحة التقليدية. من المهم أن نتذكر أن مستوى الضرر عتبة TSSM على القطن هو متغير من منطقة إلى أخرى في الولايات المتحدة. على سبيل المثال، فإن الضرر TSSM تكون أعلى في بيئة قاحلة مثل في ولاية كاليفورنيا مقارنة بالمنطقة Midsouth حيث هطول الأمطار وارتفاع نسبة الرطوبة في كثير من الأحيان تسود 24. ولذلك، فإن فقدان العائد بسبب الضرر TSSM يكون متغير وذلك هو عتبة الضرر. بيد أن التقارير الواردة من ولاية ميسيسيبي، أركنساس وتينيسي تكشف أن مستوى عتبةلTSSM على القطن ويبدو أن عندما تنتشر فيها بين 30 و 50٪ من النباتات والسكان تتزايد بنشاط 5. وعلاوة على ذلك، تتعرض النباتات الحقل نمت لضغوط متعددة بما في ذلك من أزمات المياه وتغذية الحيوانات العاشبة المفصلية والتفاعلات بين هذه الأنشطة يمكن أن تقلل إلى حد كبير إنتاجية النبات ومن المحتمل أن تؤثر على عتبة الضرر. وTSSM يمكن أن تقلل من تصرف خلايا الثغور، التمثيل الضوئي ومعدل النتح في القطن 25. تتأثر النباتات التي تزرع في الدفيئة بنسبة إشعاع الأشعة فوق البنفسجية وأنها لا تؤثر تأثيرا كبيرا على وظيفة الثغور، التمثيل الضوئي والمظلة التشكل 26 و 27 و يمكن أن ربما يكون لها تأثير المضافة على الإجهاد في النبات. ومع ذلك، TSSM قادر على تجنب الأشعة فوق البنفسجية عن طريق الحصول على الموائل الحماية من الإشعاع الشمسي على السطح السفلي من المظلة مصنع 28، 29 </ سوب> (30 عاما) حيث يقيم.
ارتفاع استشعار بصري فوق مظلة الهدف والتوجه من أجهزة الاستشعار المتعلقة الهدف من العوامل الهامة التي أثرت بشكل كبير على القيم الانعكاس التي حصل عليها جهاز استشعار بصري متعدد الأطياف 31. على سبيل المثال، عندما تقطع منصة أبحاث الاتصالات المتنقلة من خلال حقل صفوف المحاصيل مثل القطن عندما مظلة مفتوحة، ومن المرجح أن تؤدي إلى نتائج مختلفة تبعا لاتجاه الاستشعار، وإما متوازية أو متعامدة إلى الصف أجهزة الاستشعار. ومن المرجح أيضا أن التربة وغيرها من المواد الأساسية قد تؤثر بشكل كبير على قراءات أجهزة الاستشعار، وخصوصا عندما يكون موجها للاستشعار عمودي على التوالي. من أجل الحصول على أقصى قدر من الاستجابة من أجهزة الاستشعار، يجب أن تكون موجهة لرئيس جهاز استشعار في خط مع ومباشرة فوق الصفوف. وعلى الرغم من توجيه شعاع ضوء عمودي على الصفوف هو أكثر عرضة لالتقاط الظهرالانعكاس التربة الأرض، وهذا قد يكون مقبولا، ولكن عندما يتم إغلاق المظلة القطن مع النباتات المورقة. وبالإضافة إلى ذلك، يجب على المشغلين متابعة توصيات الشركة الصانعة على نطاق ارتفاع التشغيل من 81-122 سم، وتوجيه رئيس جهاز استشعار تماشيا مع الهدف من الحصول على استجابة إشارة القصوى. ومن المهم لشحن بطارية جهاز استشعار قبل استخدام أو أنها يجب أن تبقى في الوتر لتجنب المشاكل. ومن المرجح أن تنتج قراءات خاطئة انخفاض مستوى البطارية.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We appreciate the assistance of Chris Parker who daily scanned the plants and Curtis Hubbard who maintained the plants in the greenhouse.
Materials
| 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 |
References
- Hoy, M. A. . Agricultural acarology: Introduction to integrated mite management. 7, (2011).
- Jeppson, L. R., Keifer, H. H., Baker, E. W. . Mites injurious to economic plants. , (1975).
- Brandenburg, R., Kennedy, G. Ecological and agricultural considerations in the management of twospotted spider mite (Tetranychus urticae Koch). Agric. Zool. Rev. 2, 185-236 (1987).
- Saito, Y. The concept of “life types” in Tetranychinae. An attempt to classify the spinning behaviour of Tetranychinae. Acarologia. 24 (4), 377-391 (1983).
- Gore, J., et al. Impact of two-spotted spider mite (Acari: Tetranychidae) infestation timing on cotton yields. Journal of Cotton Science. 17, 34-39 (2013).
- Adamczyk, J. J., Lorenz, G. M. . Beltwide Cotton Conference. , 981-1000 (2016).
- Williams, M. R. . Beltwide Cotton Conference. , 1013-1057 (2016).
- Van Leeuwen, T., Vontas, J., Tsagkarakou, A., Dermauw, W., Tirry, L. Acaricide resistance mechanisms in the two-spotted spider mite, Tetranychus urticae and other important Acari: A review. Insect Biochem Mol Biol. 40 (8), 563-572 (2010).
- Wilson, L., Morton, R. Seasonal abundance and distribution of Tetranychus urticae (Acari: Tetranychidae), the two spotted spider mite, on cotton in Australia and implications for management. Bull Entomol Res. 83 (02), 291-303 (1993).
- Fernandez, F., Gepts, P., Lopez, M. Stage of development of the common bean plant. Communication Information Support Unit edn. , 32 (1986).
- Clotuche, G., et al. The formation of collective silk balls in the spider mite Tetranychus urticae Koch. PLoS. ONE. 6 (4), 1804-1807 (2011).
- Rouse, J. W., Haas, R., Schell, J., Deering, D. Monitoring vegetation systems in the Great Plains with ERTS. NASA special publication. 1 (SP-351), 309-317 (1974).
- . . SAS v.9.4. , (2012).
- . . JMP v.11. , (2013).
- Asrar, G., Fuchs, M., Kanemasu, E., Hatfield, J. Estimating absorbed photosynthetic radiation and leaf area index from spectral reflectance in wheat. Agron J. 76 (2), 300-306 (1984).
- Myneni, R. B., Hall, F. G. The interpretation of spectral vegetation indexes. Geoscience and Remote Sensing, IEEE Transactions on. 33 (2), 481-486 (1995).
- Sellers, P. J. Canopy reflectance, photosynthesis and transpiration. Int J Remote Sens. 6 (8), 1335-1372 (1985).
- Tucker, C. J., et al. Higher northern latitude normalized difference vegetation index and growing season trends from 1982 to 1999. Int. J. Biometeorol. 45 (4), 184-190 (2001).
- Wilson, L., et al. Within-plant distribution of spider mites (Acari: Tetranychidae) on cotton: a developing implementable monitoring program. Environ Entomol. 12 (1), 128-134 (1983).
- Fitzgerald, G. J., Maas, S. J., Detar, W. R. Spider mite detection and canopy component mapping in cotton using hyperspectral imagery and spectral mixture analysis. Precision Agriculture. 5 (3), 275-289 (2004).
- Herrmann, I., et al. Spectral monitoring of two-spotted spider mite damage to pepper leaves. Remote Sensing Letters. 3 (4), 277-283 (2012).
- Reisig, D., Godfrey, L. Spectral response of cotton aphid-(Homoptera: Aphididae) and spider mite-(Acari: Tetranychidae) infested cotton: Controlled studies. Environ Entomol. 36 (6), 1466-1474 (2007).
- Martin, D. E., Latheef, M. A., López, J. D. Evaluation of selected acaricides against twospotted spider mite (Acari: Tetranychidae) on greenhouse cotton using multispectral data. Exp Appl Acarol. 66 (2), 227-245 (2015).
- Boudreaux, H. B. The effect of relative humidity on egg-laying, hatching, and survival in various spider mites. J Insect Physiol. 2 (1), 65-72 (1958).
- Bondada, B., Oosterhuis, D., Tugwell, N., Kim, K. Physiological and cytological studies of two spotted spider mite, Tetranychus urticae K., injury in cotton. Southwest Entomol. 20 (2), 171-180 (1995).
- Teramura, A. H. Effects of ultraviolet B radiation on the growth and yield of crop plants. Physiol Plant. 58 (3), 415-427 (1983).
- Teramura, A. H., Sullivan, J. H. Effects of UV-B radiation on photosynthesis and growth of terrestrial plants. Photosynthesis Res. 39 (3), 463-473 (1994).
- Ohtsuka, K. Deleterious effects of UV-B radiation on herbivorous spider mites: they can avoid it by remaining on lower leaf surfaces. Environ Entomol. 38 (3), 920-929 (2009).
- Sakai, Y., Osakabe, M. Spectrum-specific damage and solar ultraviolet radiation avoidance in the two-spotted spider mite. Photochem Photobiol. 86 (4), 925-932 (2010).
- Suzuki, T., Watanabe, M., Takeda, M. UV tolerance in the two-spotted spider mite, Tetranychus urticae. J Insect Physiol. 55 (7), 649-654 (2009).
- Martin, D. E., López, J. D., Lan, Y. Laboratory evaluation of the GreenSeeker handheld optical sensor to variations in orientation and height above canopy. International Journal of Agricultural and Biological Engineering. 5 (1), 43-47 (2012).
