SpectraPen/PolyPen手持式光譜儀—病害無人機(jī)普查與特性

病害是植物尤其作物主要的脅迫因素之一。病害會(huì)造成農(nóng)作物產(chǎn)量的嚴(yán)重?fù)p失、加劇食品安全風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)完整性和穩(wěn)定性也有顯著的影響。

現(xiàn)在，在農(nóng)田、森林、草原等病害早期檢測(cè)與普查中，一個(gè)非常重要的研究工具就是搭載了高光譜相機(jī)和紅外熱成像相機(jī)的無人機(jī)。同時(shí)在地面上還要配合光譜儀、葉綠素?zé)晒?熒光成像儀、光合儀等對(duì)無人機(jī)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正和綜合分析。

木質(zhì)部難養(yǎng)菌(或葉緣焦枯病菌，Xylella fastidiosa)是一種在木質(zhì)部生長并且依靠昆蟲介體傳播的植物病原細(xì)菌。該菌的寄主范圍很廣，能侵染超過30個(gè)科的植物，包括單子葉和雙子葉植物。該病原菌可以引起重要的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)作物病害，如葡萄皮爾斯病和柑橘雜色萎黃病等。這種病菌早發(fā)生在美國，2013年后傳播到歐洲，曾經(jīng)造成意大利南部數(shù)百萬株橄欖死亡。

歐盟聯(lián)合研究中心的Zarco-Tejada研究團(tuán)隊(duì)與歐洲、澳大利亞等大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)合作，在意大利南部對(duì)這種病菌進(jìn)行跟蹤調(diào)查和特征分析。通過無人機(jī)搭載的高光譜相機(jī)和紅外熱成像相機(jī)分別從光譜特性和冠層溫度兩方面對(duì)橄欖進(jìn)行檢測(cè)，從中識(shí)別病害植株并對(duì)其特性進(jìn)行分析。

同時(shí)，他們還使用FluorPen手持式葉綠素?zé)晒鈨x測(cè)量了葉綠素實(shí)時(shí)熒光來反映葉片光合系統(tǒng)的受損情況。。同時(shí)使用PolyPen手持式植物反射光譜測(cè)量儀測(cè)量葉片的反射光譜并計(jì)算了一系列植被反射指數(shù)如光化學(xué)反射指數(shù)PRI、歸一化葉綠素脫鎂作用指數(shù)NPQI、紅邊指數(shù)VOG2、葉綠素指數(shù)CI等。

通過FluorPen手持式葉綠素?zé)晒鈨x和PolyPen手持式植物反射光譜測(cè)量儀在葉片尺度的驗(yàn)證，證明了通過無人機(jī)平臺(tái)進(jìn)行的光譜分析和熱成像分析能夠在景觀尺度上快速準(zhǔn)確的鑒定這種病害。研究成果已經(jīng)發(fā)表于《Nature Plants》、《ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing》等期刊。

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參考文獻(xiàn)：

1. Zarco-Tejada, P. J., Camino, C., Beck, P. S. A., Calderon, R., Hornero, A., et al. 2018. Previsual symptoms of Xylella fastidiosa infection revealed in spectral plant-trait alterations. Nature Plants, 4(7), 4 ts, 4(7), 432–439

2. Poblete, T., Camino, C., Beck, P. S. A., Hornero, A., et al. 2020. Detection of Xylella fastidiosa in  fastidiosa infection symptoms with airborne multispectr tral and thermal imagery: Assessing bandset redu eduction performance from hyperspectral analysis. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 162, 27–40

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