脈沖云智能孢子捕捉儀監(jiān)測小麥條銹病試驗研究

郝 偉 王圣楠

（1.菏澤市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心 山東菏澤274000；2.濟南祥辰科技有限公司 山東濟南250100）

小麥?zhǔn)俏覈饕募Z食作物之一，菏澤市常年種植面積60萬hm2，總產(chǎn)占山東省的近1/6。小麥條銹病是小麥上的主要病害，1990年在菏澤暴發(fā)流行，造成小麥減產(chǎn)50萬t。2000年以來，隨著抗病品種的推廣應(yīng)用，小麥條銹病的發(fā)生有所減輕，但每年仍有不同程度的發(fā)生，對小麥造成危害，影響了小麥的產(chǎn)量和質(zhì)量[1]。2014年至今，小麥條銹病的發(fā)生危害頻率明顯增加，2017年、2019年、2020年、2021年均達到中度以上流行，局部危害達到大流行程度，發(fā)生為害時間提前了14 d以上。“發(fā)現(xiàn)一點、防治一片”是小麥條銹病防控的基本原則，田間始見病葉是小麥條銹病防控的依據(jù)和前提。小麥條銹病田間普查人為誤差大，同時耗費大量人力和財力。為有效減輕人力投入強度，提高條銹病田間監(jiān)測準(zhǔn)確性，多年來對小麥條銹病監(jiān)測手段進行了一些有益嘗試。其中普通孢子捕捉儀的引進，開啟了小麥條銹病智能化監(jiān)測的新紀(jì)元。由于受設(shè)備自身局限和天氣影響等多因素制約，田間應(yīng)用效果并不理想，基本未發(fā)揮有效監(jiān)測作用。開發(fā)與引進高效精準(zhǔn)孢子捕捉儀等智能監(jiān)測工具，已成為小麥條銹病監(jiān)測預(yù)警的首要任務(wù)。

小麥條銹病是一種典型的氣傳病害，病原菌產(chǎn)生夏孢子隨氣流進行遠(yuǎn)距離傳播，在適宜的溫度和濕度條件下，夏孢子萌發(fā)產(chǎn)生芽管定植在葉片表面引起發(fā)病。研究發(fā)現(xiàn)，田間小麥條銹病發(fā)生程度與田間空氣中病原菌夏孢子的密度密切相關(guān)，空氣中的夏孢子密度可以間接地反映田間小麥條銹病的發(fā)生程度，為利用孢子捕捉儀進行小麥條銹病的遠(yuǎn)程監(jiān)測和預(yù)報提供了理論依據(jù)[2-4]。

祥辰牌第三代脈沖云智能孢子捕捉儀應(yīng)用以來，通過對田間空氣中小麥條銹病夏孢子密度的實時監(jiān)控，結(jié)合小氣候數(shù)據(jù)實現(xiàn)了對田間病害的精準(zhǔn)監(jiān)測和預(yù)報。在指導(dǎo)小麥生產(chǎn)和病害防控的同時，也為小麥條銹病的流行學(xué)研究提供了重要的數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試設(shè)備

脈沖云智能孢子捕捉儀，由濟南祥辰科技有限公司研發(fā)生產(chǎn)。

1.1.1 主要技術(shù)指標(biāo) ①額定工作電壓：AC220V/DC12V。②額定功率：60W。③凈重：100 kg。④防護等級：IP25。⑤使用3種傳輸方式：FOC/GPRS/ROF。⑥氣體采樣：采集流量0.3 m/s，采集時間1～24 h；設(shè)置范圍：定時啟動，24時制，可以任意設(shè)置24 h開啟時間；抽氣時間：1～24 h（后臺可根據(jù)實際情況設(shè)置時間范圍）。⑦電子顯微鏡放大倍數(shù)：平場長距物鏡40X，500萬CCD數(shù)字?jǐn)z像機，拍照數(shù)量1～255張。⑧圖片采集方式：遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)平臺自動/手動控制采集。設(shè)備定時自動采集；⑨載玻片：一次放置365片，使用365d；標(biāo)配100片。載玻片可視面積：長、寬、厚為75 mm×27 mm×3 mm。

1.1.2 主要功能特點 ①孢子自動捕捉自動拍照24 h無間斷自動捕捉病原菌孢子，對所捕獲的病原菌孢子自動拍攝。②照片自動選取并上傳：系統(tǒng)具備最優(yōu)圖片選取功能，自動選取最清晰的照片以FOC/GPRS/ROF方式上傳至云服務(wù)器。③自動統(tǒng)計分析：采用云服務(wù)器技術(shù)，實現(xiàn)對病原菌孢子圖片的智能化統(tǒng)計與分析，無需人工查看和標(biāo)注，縮短了預(yù)測預(yù)報周期。④控制內(nèi)容：能實行遠(yuǎn)程控制，自動/手動雙系統(tǒng)相結(jié)合，無需人員去現(xiàn)場。⑤自主實現(xiàn)設(shè)備各功能運行，即玻片獲取、噴膠、風(fēng)機運轉(zhuǎn)、孢子獲取、顯微拍照等功能自主實現(xiàn)。⑥自主實現(xiàn)孢子圖片的獲取模式，確保圖像的清晰可用。

主要功能是通過網(wǎng)絡(luò)實時對設(shè)備遠(yuǎn)程控制，進行小麥條銹病孢子的定時捕捉、定時采集、顯微圖像自動處理，并將圖像保存至指定服務(wù)器，防止數(shù)據(jù)丟失，再由系統(tǒng)自動分配到指定的設(shè)備用戶，以供查閱。

1.2 田間試驗設(shè)計和測試

試驗設(shè)在菏澤市東明集王官營村西試驗地，地勢平坦，小麥種植面積約1.3萬hm2。

試驗時間：2020年3月25日至5月15日。每天凌晨3：00開機、上午10：00關(guān)機，下午3：00開機、晚上10：00關(guān)機。

孢子采集：試驗期間，每天通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程把高清圖像上傳至服務(wù)器固定列表并進行分析，記載當(dāng)日孢子數(shù)量。為準(zhǔn)確對小麥條銹病進行研究，未對此地區(qū)的周邊環(huán)境做任何處理，處于自然狀態(tài)。

2 結(jié)果與分析

2.1 運行情況

脈沖云智能孢子捕捉儀設(shè)備共計運行52 d，有效運行48 d，其中1 d為設(shè)備維護，3 d為網(wǎng)絡(luò)故障（網(wǎng)線被拔掉）；累計采集圖像120張，其中設(shè)備通過自動聚焦并能分析出孢子或者疑似孢子的圖像為90張，有效圖像采集率為75%。捕捉儀首次捕捉小麥條銹病孢子時間為3月27日。在有效圖像內(nèi)，共采集病原孢子1 280個，平均每張玻片的每個采集點的有效孢子數(shù)為3.2個。

脈沖云智能孢子捕捉儀運行自動采集圖像及前臺展示見圖1、圖2。捕捉器運行期間，發(fā)現(xiàn)孢子捕獲數(shù)量除與病情發(fā)生的情況有關(guān)外，還與設(shè)備性能、當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、試驗地周邊環(huán)境等有著較大關(guān)系?？諝庵须s質(zhì)、灰塵等很多顆粒物對孢子圖像影響較大，導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)疑似孢子的圖片出現(xiàn)。

圖1 脈沖云智能孢子捕捉儀自動采集

圖2 脈沖云智能孢子捕捉儀前臺展示

2.2 與田間發(fā)病的一致性

3月27日，捕捉儀首次捕捉到小麥條銹病孢子。條銹病孢子適溫下潛育期為10～12 d，理論推算田間發(fā)病時間為4月6～8日，與大田4月7日始見病葉較為契合。田間應(yīng)用表明，脈沖云智能孢子捕捉儀對指導(dǎo)大田小麥條銹病精準(zhǔn)預(yù)警防控時效性強、準(zhǔn)確度高，可在大田廣泛應(yīng)用推廣。

3 結(jié)論與討論

與傳統(tǒng)孢子捕捉儀相比，脈沖云智能孢子捕捉儀具有自動采集、自動觀察、自動計數(shù)、自動上傳數(shù)據(jù)的優(yōu)點。云平臺獲得脈沖云智能孢子捕捉儀上傳的田間孢子密度數(shù)據(jù)，根據(jù)孢子密度與小麥條銹病病情指數(shù)間的關(guān)系，精準(zhǔn)得出監(jiān)測報告。同時根據(jù)田間小氣候特征和天氣預(yù)報數(shù)據(jù)預(yù)測出今后幾天病害發(fā)生趨勢，完成對小麥條銹病遠(yuǎn)程自動化監(jiān)測與預(yù)報。

脈沖云智能孢子捕捉儀近幾年的田間現(xiàn)場使用表明，實用性、可靠性優(yōu)于傳統(tǒng)孢子捕捉儀。同時，圖像較為清晰，技術(shù)手段可行，可作為新一代測報設(shè)備用于孢子的監(jiān)測與測報體系中。

為進一步提升設(shè)備的實用性及普及性，將進一步完善和補充病原菌孢子種類的自動識別和計數(shù)系統(tǒng)，最大限度地排除空氣雜質(zhì)干擾，提高孢子識別精準(zhǔn)度，最終實現(xiàn)監(jiān)測設(shè)備的自動化和智能化，推進病害監(jiān)測技術(shù)的進步。