הערכת חישה מרחוק של נזק עכביש קרדית דו הבחין על כותנה חממה
Summary
כתב היד הזה מתאר חיישן אופטי multispectral כי זיהה פגיעה ביעילות כותנת עונה מוקדם שורץ מלאכותי עם צפיפויות שונות של אוכלוסיות עכביש קרדית שני-מנוקדים.
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
שני-מנוקדים קרדית העכביש, urticae Tetranychus (קוך) הוא מזיק polyphagous וקוסמופוליטית של שדה ומפעלים רבים הגננות 1, 2. הוא חי webbings בתוך במושבות על המשטח התחתון של הצמח 3, 4. זה התפתח מלהיות העונה מאוחר נודניק העונה מוקדם באמצע שנות בדרום ארצות הברית בעשור האחרון 5. TSSM היה המזיק המזיק ביותר 5 th של כותנה גרם להפסד מוערך של 57,441 צרורות כותנה ו 0.167% ירידה בתשואה בארצות הברית בשנת 2011 6, 7. מחזור חיים הקצרים שלה, נחישות הפריון הפלואידים-דיפלואידי מין גבוה בשילוב עם היכולת לעכל לטהר xenobiotics החריף את ההתפתחות עמידות לחומרי הדברה 8. נכון להיום, אקוריצידים להישאר כמו oמנגנון בקרה nly מהימן עבור דיכוי urticae ט. לכן, חוקרי חרקים שדה הזמן להעריך כרגע זמין החדש שפותח אקוריצידים עבור יעילות.
אמידת הנזק על ידי קרדית העכביש מתבצע לרוב על ידי הבקיע את הנזק בקנה מידה סובייקטיבית בשל הקושי נתקלו בספירת קרדית ידני. חלק שנערך דגימה הבינומית, שבו רק אחוז העלים השורצים הובקע ולא מספר קרדית עכביש לכל עלה 9. סולם מדד עלה אדמומי, אשר נע בין stippling ואודם כדי אדמומיות נרחבות של הצמחייה, שמש כקריטריון להערכת ניזק. דפוס הפריסה המרחבית של ט urticae על כותנה התאים למתכונת הפצת clumped 9. קרדית מופצת על עלוות כותנה מן דלילה כדי מקובצים בכבדות ולהישאר כך בתנאי שדה. cou דפוס הפצה כזוpled עם גודל, ניידות פורה העתק מוקטן שלה עושה ספירה של TSSM קשה. טכניקות חלופיות אמינות יש צורך בהערכה של צפיפות קרדית כדי להעריך את היעילות של אקוריצידים כמותית נגד TSSM.
מטרת המחקר הנוכחי הייתה להפריד צמחי הכותנה שנפגעו בצפיפויות שונות של TSSM באמצעות חיישן אופטי multispectral. כוונתנו הייתה לקבוע אם החיישן האופטי הקרקעי יכול לסווג ולהפריד צמחי כותנה בריאים מאלו שנפגעו קרדית העכביש.
Protocol
Representative Results
Discussion
כמקובל, בדיקות יעילות ההדברה שנערכו בתחום לכלול מספר טיפולים של כימיים מוטל בשיעורים שונים לעומת בדיקת מטופל. אקוריצידים עם פרופילים רעילות שונות נגד בשלבים instar והבוגר של TSSM מוערכים כדי לקבוע אם הנזק נגרם על ידי אותם יכול להיות מופחת על ידי טיפול כימי. דגימות TSSM נאספות והביאו למעבדה שבה הם נבחנים תחת מיקרוסקופ בשלבים השונים של TSSM נספרים וקליטות. חשוב ביותר לקחת דגימות נאותה של הצמח הפונדקאי כדי לקבוע את הנזק בכל טיפול ולבדל אותם עם דיוק מקובל מבחינה סטטיסטית. מספר דגימות כי נדרשים לבדל הטיפולים זה מזה תלוי פרופיל הפצה של האורגניזם. הפצה בלתי סדירה מאוד של TSSM מובילה סכום ניכר של וריאציה בין האזורים המדגמים, וצמחים רבים חייבים להיות שנדגמו בכדי להבטיח שחזור של אומדני האוכלוסייה. עם זאת, תקציב, כוח אדם, זמן ודיוק סטטיסטי הם גורמים חשובים המשפיעים על טכניקות דגימה. תתכבד חוקר להקצות את המשאבים הזמינים באופן אופטימלי לנהל דגימה עם העלות המעטה אבל עם רוב הדיוק.
אנטומולוג במקום בשלבים TSSM לספור חזותית להבקיע את הנזק מבוסס על סולם של שום נזק רמות משתנות של נזק. למשל, טענו חוקרים אחדים דגימה הבינומית, שבו רק אחוז העלים השורצים הובקע ולא מספר קרדית עכביש לכל עלה 9, 19. אחרים העריכו ניזק על ידי TSSM על כותנה מבוססת על סולם מדד עלה אדמומי, אשר נע בין שקשט ואודם כדי אדמומיות נרחבות של חופת צמחיית 19. שיטות אלה הם שרירותיים, אנקדוטליות מוטה על ידי תפיסות הפרט של מידת הנזק.הערכה חזקה יותר וכמותיים של הניזק שנגרם על ידי TSSM נדרשה להעריך להפריד את הטיפולים עם דיוק סטטיסטי.
החיישן האופטי multispectral הקרקעי שנראה כלי דגימת שיפור לקבוע את הניזק שנגרם על ידי כמותית TSSM וכדי להפריד את הטיפולים באופן מדויק יותר מאשר מערכת ראיית ניקוד ניזק שאומצה על ידי חוקרים רבים. עם זאת, חוקרים דיווחו כי החישה מרחוק היפר-ספקטרלית אינטנסיבי נתונים שסופקה חתימה ספקטראלית רבה כדי לזהות ולאתר מדגיש יבול ומאפייני חופה לעומת חישה מרחוק multispectral המהווה נתונים פחות אינטנסיבי עם שני גל אורכי 20, 21. באמצעות ספקטרומטר היפר-ספקטרלית, Reisig ו גודפרי מצאו כי ננומטר NIR ההחזרה גל ≈850 כמו ספקטרום אינפורמטיבי להבחין פרוקי הרגליים שורצי מכותנה uninfested 22. במחקר זה, הראינו כי ערכי ההחזרה multispectral (להיות ערך NIR ≈770 ננומטר) עם רק שתי להקות רפאים הצליחו לזהות ולאפיין צמחי הכותנה שורץ בצפיפויות שונות של TSSM. כמו כן, אנו דיווחנו מוקדם יותר כי החיישן האופטי multispectral לא רק להפריד ביעילות צמחי כותנה שורצים קטגוריות צפיפות משתנות נרחב של TSSM, אלא גם הראו כי spiromesifen היה יעיל יותר abamectin בשליטת TSSM ב כותנת עונה מוקדם החממה ב-חצי שיעור שיעור התווית הנמוך ביותר 23.
החיישן האופטי multispectral יכול להיות מותקן על פלטפורמת מחקר ניידת ערכי ההחזרה ניתן היו לקבל מן האזורים המטופלים של חופות הצמחייה ללא הסובייקטיביות אנושית. נתוני יעילות Acaricidal כך ניתן להשיג ללא עבודת האדם הרבה. נתוני NDVI ניתן לטעון בקלות למחשב ונותחו באמצעות מסחריים סטטיסטייםתוֹכנָה. מקלט GPS גם יכול להיות מותקן על גבי הפלטפורמה הניידת כדי לאסוף את קואורדינטות GPS כדי ליצור מפת ניזק של השדה. באמצעות חתימות החזרת multispectral מן חופת הצמח, החיישן האופטי multispectral מספק אמצעי מהיר וחסכוני של זיהוי וכימות לחץ צמח. יתר על כן, שטח גדול בהרבה של השדה יכול להיות מכוסה בפחות זמן עם רזולוציה מרחבית גבוהה יותר של חופה צמח לעומת צופיות שדה קונבנציונליות. חשוב לזכור כי רמת הנזק הסף TSSM על כותנה משתנה מאזור לאזור בארצות הברית. לדוגמה, נזק TSSM יהיה גבוה בסביבה צחיחה כמו בקליפורניה לעומת באזור Midsouth שבו גשמים ולחות גבוהה קרובות לנצח 24. לכן, אובדן התשואה בשל נזק TSSM יהיה משתנה וכך גם סף הנזק. עם זאת, דיווחים ממיסיסיפי, ארקנסו וטנסי עולה כי סף רמתעבור TSSM על כותנה שנראה כאשר בין 30 ל -50% מהצמחים שורצים ואוכלוסיות מגבירות 5 פעילות. יתר על כן, צמחים הגדלים בשטח נחשפים מדגיש מרובה כולל מדגיש מים והאכלה של אוכלי עשב פרוקי רגליים ואת האינטראקציות בין פעילויות אלה יכולות להפחית באופן משמעותי את הפרודוקטיביות ואת הצמח צפויים להשפיע סף ניזק. TSSM יכול להפחית במוליכות הפיוניות, פוטוסינתזה וקצב הדיות בכותנה 25. צמחים גדלים בחממה מושפעים קרינת אור UV וזה משמעותי משפיע פונקציה הפיוניות, פוטוסינתזת חופת מורפולוגיה 26, 27 וככל הנראה עלול להיות השפעה נוספת על לחץ צמח. עם זאת, TSSM מסוגל קרינת UV הימנעות ידי בעל גישת גידול המוגן מפני קרינת שמש על פני השטח התחתונים של חופת צמח 28, 29 </ sup>, 30, שם הוא מתגורר.
גובים החיישן האופטי מעל חופת היעד ואת שמיקומו ביחס החיישן אל היעד הם גורמים חשובים שהשפיעו על ערכי ההחזרה משמעותיים שהושגו על ידי החיישן האופטי multispectral 31. למשל, כאשר פלטפורמת המחקר הניידת עוברת דרך שדה מרטש כגון כאשר חופת כותנה פתוחה, החיישן צפוי להניב תוצאות שונות בהתאם האורינטציה של החיישן, או במקביל או בניצב בשורה. כמו כן סביר להניח כי קרקע וחומר רקע אחר עשויות להשפיע על קריאות החיישנים מאוד, במיוחד כאשר חיישן אורינטציה בניצב בשורה. על מנת לקבל תגובה המלאה מהחיישן, ראש החיישן צריך להיות מכוון ב-קו עם וישירות מעל השורות. למרות המכוון את קרן האור בניצב השורות יש יותר סיכוי להרים בחזרההחזרה קרקע בשטח, זה עשויה להיות מקובל, אולם, כאשר חופת כותנה סגורה עם צמחייה עבותה. בנוסף, מפעילים צריכים לעקוב להמלצות יצרן על מגוון גובה הפעלה של 81-122 סנטימטר ואת מכוונים את ראש החיישן ב-קו עם המטרה להשיג תגובת אות מקסימלית. חשוב לטעון את סוללת החיישן לפני השימוש או שזה צריך להיות כל זמן מחובר לחשמל כדי למנוע תקלות. רמת סוללה חלשה עשויה לייצר קריאות שגויות.
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).
