Способ дистанционного определения физиологического состояния растений Советский патент 1992 года по МПК A01G7/00 

Изобретение относится к сельскому и лесному хозяйству, более конкретно к дистанционным способам лазерной фитодиаг- ностики, и может быть использовано для оценки физиологического состояния растений, в частности для определения и учета поражения сельскохозяйственных и лесных растений мучнистой росой.

Мучнистая роса - распространенная группа болезней растений, проявляющаяся первоначально в виде мучнисто-белого по- рошистого, паутинистого или войлочного налета на зеленых частях растений. Мучнистая роса относится к числу крайне вредоносных заболеваний, особенно на ранних фазах развития растений, значительно снижает урожай и вызывает ухудшение товарных качеств продукции (снижение процента белка и крахмала),

Для своевременного принятия фитоса- нитарных мер необходимо как можно раньше выявлять очаги заболевания,

В настелите время наиболее распространенные является ручной способ диагностики поражения растений мучнистой росой путем непосредственного визуального обследования отдельных растений, выявления симптомов заболевания и определения доли пораженной площади листьев и стеблей растений. Недостатками этого способа являются низкая производительность труда, особенно при обследовании больших площадей, малая оперативность.

Более эффективными для оценки физиологического состояния растений являются способы, основанные на измерениях оптических параметров растительного покрова.

Весьма чувствительными к изменениям состояния растений, например, возникающих под действием водного стресса, недостаточности минерального питания заболеваний, являются спектральные флуоресцентные параметры. Например, отношения интенсивностей флуоресценции

3

сл

с

х| О 00

растений, измеренные на разных длинах волн, отражают энергетику процессов при различных физиологических состояниях растений.

Для обнаружения физиологических нарушений, возникающих у растений при стрессовых воздействиях, используют способы лазерной флуоресцентной диагностики. W.,M.

Наиболее близким к заявляемому является способ Дис 1нционного определения ф|гёи 6глогйческо го эяния растений путем лазерного возбуЗД ния флуоресценции и регистрации интенсивности флуоресценции (I), в котором состояние растений определяют по соотношению

1б85 -

30 -

Однако, известный способ имеет ограниченное применение, поскольку он предназначен для индикации патологий хлопчатника, и не позволяет различить поражение мучнистой росой, особенно на ранних стадиях заболевания.

Цель изобретения - индикация поражения растений мучнистой росой. Поставленная цель достигается тем, что в способе дистанционного определения физиологического состояния растений, включающем возбуждение лазерным излучением флуоресценции и регистрацию интенсивности флуоресценции, измеряют отношение интенсивностей флуоресценции в спектральных каналах 440-540 нм и 650- 730 нм, а о состоянии растений судят по соотношению а , где (3- измеряемое отношение интенсивностей, - отношение интенсивностей для здоровых растений.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 - зависимость интенсивности от длины волны флуоресценции для здоровых (кривая 1} и пораженных мучнистой росой (кривые 2,3 - соответственно 20 и 50% пораженной площади) листьев дуба; на фиг. 3 - калибровочные зависимости для определения степени поражения (а) пшеницы, (б) яблони.

С устройством (фиг.1), помещенным на борту летательного аппарата (самолет, вертолет), производят облет обследуемой территории (поле, лесной массив) по заданному маршруту От лазера 1, работающего в импульсном режиме на длине волны не более 400 нм, возбуждается излучение флуоресценции исследуемых растений в диапазоне длин волн 400-800 нм, которое через приемный объектив 2 поступает на полихроматор 3, выделяющий излучение в спектральных каналах 440-540 нм и 650-730 нм. Излучение в указанных каналах преобразуется фогоприемниками 4 в электрические сигналы, которые усиливаются и оцифровываются в блоке обработки сигналов 5 и поступают в бортовой вычислительной комплекс 6, где анализируется отношение интенсивностей

указанных сигналов.

Для определения заболеваний мучнистой росой используют соотношение а , где/б- измеряемое отношение интенсивностей, ft - соотношение интенсивностей для Здоровых растений. Патологическому сос оянию растений соответствует значение а 1.

Значения / измеряются предварительно для конкретных видов растений.

Зависимости интенсивности возбужденной флуоресценции здоровых (кривая 1) и пораженных мучнистой росой листьев (кривые 2,3) от длины волны имеют вид, как показано для листьев дуба на фиг. 2.

Признаки болезни проявляются в увеличении интенсивности флуоресценции в диапазоне длин волн 440-540 нм и одновременном ее уменьшении в диапазоне 650-730

нм, чем и обусловлен выбор критерия а 1. Использование указанного критерия позволяет в максимальной степени выявлять изменения в спектрах флуоресценции, которые возникают у больных растений в

результате физиологических нарушений, вызываемых возбудителями мучнистой росы на ранних стадиях заболевания.

В таблице приведены зависимости между рассчитанными значениями Д аи площадью поверхности листьев, пораженных мучнистой росой (в % к общей площади) для пшеницы, яблони, клевера, дуба, розы.

Зависимость между значением а и относительной площадью поверхности листьев растений, пораженной мучнистой росой, приведена в таблице.

Таким образом, предлагаемый способ пригоден для широкого круга растений и позволяет осуществлять быструю и точную

количественную оценку степени поражения мучнистой росой. Для этого используют гра- дуировочные зависимости, полученные для конкретных видов растений (фиг.З), с помощью которых по значению «определяют

степень поражения. Например, для определения физиологического состояния растений предлагаемым способом в качестве источника возбуждения флуоресценции используется азотный лазер с длиной волны

337,1 нм с частотой импульсов 100 Гц при скорости вертолета 100 км/ч. При этом, при облете поля площадью 100 га по диагонали делается более 5000 измерений, а время, требуемое для обследования и выдачи конечного результата, составляет менее 1 мин. Сравнение сигналов, полученных по трассе полета, позволяет выявить очаги заболевания, определить степень поражения, усредненную по данной площади и др. Способ может быть использован для дистанционного контроля динамики фитосанитарного состояния посевов сельскохозяйственных культур (лесных массивов) путем проведения периодического обследо- ванил и сравнения результатов, полученных в различные сроки, что позволяет прослеживать развитие болезни, осуществлять контроль за эффективностью принимаемых мер,

корректировать фитосанитарные мероприятия в процессе заболевания.

Формула изобретения

Способ дистанционного определения физиологического состояния растений, включающий возбуждение лазерным излучением флуоресценции и регистрацию интенсивности флуоресценции, отличающийся тем, что, с целью индикации поражения растений мучнистой росой, измеряют отношение интенсивности флуоресценции в спектральных интервалах 440-540 нм и 650-730 нм, а о состоянии растения судят по соотношению а - , где /3 - измеряемое отношение интенсивностей, a ft - отношение интенсивностей для здоровых растений.

Использование: в сельском хозяйстве для обнаружения и количественной оценки поражения растений мучнистой росой. Излучением лазера, установленного на борту летательного аппарата, возбуждают флуоресценцию исследуемых растений. Регистрируют интенсивность флуоресценции в спектральных интервалах 440-540 нм и 650-730 нм и определяют отношение йн- тенсивностей указанных сигналов. О заболевании растений мучнистой росой судят по соотношению а ft/ft , измеряемое отношение интенсивностей, ft- отношение интенсивностей для здоровых растений, Патологическому состоянию соответствует значение а 1. 3 ил.

Среднее для измеренных значений

НК У 009

I ииф

pttiojу

ILOB9LI

4i

сГ «о

I

s