Способ дистанционного определения физиологического состояния 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 йнтенсивностей 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.

СОК)З СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ)(РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5 А 01 G 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКЙТ СССР I (21) 4812559/15 (22) 13.02.90 (46) 15.10.92, Бюл. M 38 (71) Институт ботаники им, Н.Г,Холодного (72) ВД,Семичаевский, A.Â.Ãîíòàðeíêî и

Н.Ж.Чуприна (56) Авторское свйдетельство СССР

Ь 1276963, кл. 6 01 К 21/64, 1984. (54) СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО CGCTOHHMR PACTEHNA (57) Использование: в сельском хозяйстве для обнаружения и количественной оценки поражения растений мучнистой росой, ИзИзобретение относится к сельскому и лесному хозяйству, более конкретно к дистанционным способам лазерной фитодиагностики, и может быть использовано для оценки физиологического состояния растаний, 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 порошистого, паутинистого или вбйлочного налета на зеленых частях растений. Мучнистая роса относится к числу крайне вредоносных заболеваний, особенно на ранйих фазах развития растений, значительно сни. l жает урожай и вызывает ухудшение товарных качеств продукции (снижение npoöåíòà белка и крахмала), Для своевременного принятия фитосанитарных мер необходимо как можно раньше выявлять очаги заболевания.

2 лучением лазера, установленного на борту летательного аппарата, возбуждают флуоресценцию исследуемых растенйй. Регистрируют интенсивность флуоресценции в спектральных интервалах 440-540 нм и

650-730 нм и определяют отношение йнтенсивностей указанных сигналов. О заболевании растений мучнистой. росой судят по соотношеник) а= j3/ô, где)3 — измеряемое отношение интенсивностей, )В - отношение интенсивностей для здоровых растений, Патологическому состоянию" соответствует значение а > 1. 3 ил.

В настоящее время наиболее распространенным является ручнбй способ диагностики поражения растений мучнистой росой путем непосредственного визуального обследования отдельных растений, выявления симптомов заболевания и определения доли пораженной площади листьев Ц и стеблей растений. Недостатками этого О, сйособа являются низкая производитель- О@ ность труда, особенно при обследовании больших площадей, малая оперативность.

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

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

1768071 растений, измеренйые на разных длинах волн, отражают энергетику процессов при различных физиологических состояниях растений, Для обнаружения физиологических на- 5 рушений, возникающих у растений при стрессовых воздействиях, используют способы лазерной флуоресцентной диагностики.

: н|М5 . М Фф.

Наиболее близким К заявляемому явля- 10 ется сйособ дистанционного определения ф лэйбЪогического "с6сфяния растений путем лазерного возбфкдбния флуоресценции и "регистрации интенФВноСти флуоресценции (1), в котором состояние растений опре- 15 деляют по соотношению .

1685 715 730 715

Однако, известный способ имеет ограниченное применение, поскольку он предназначен для индикации патологий хлопчатника, и не позволяет различить llGражение мучнистой роСой, особенно на ран- 25 них стадиях заболевания.

Цель изобретения — индикация йоражения растений мучнистой росой.

Поставленная цель достигается тем, что в способе дйстанционного определе- 30 ния физиологического состояния растений, включающем возбуждение лазерным йзлучением флуоресценции и регистрацию интенсивности флуоресценции, йзмеряют отношение интенсивностей флуоресценции 35 в спектральных каналах 440-540 нм и 650730 йм, а о состоянии растений судят по соотношению а = p/ф, где, — измеряемое отношение интенсивностей, p — отношение интенсивностей для здоровых растений. 40

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 — зависимость интейсивности от длины волны флуоресценции для здоровых (кривая 1) и пораженных мучнистой росой 45 (кривые 2,3 — соответственно 20 и 50% .пораженной площади) листьев дуба; на фиг. 3 — калибровочные зависимости для определенйя степени поражения (а) пшеницы, (б) ябло ни..:.. 50

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 им- 55 пульсном режиме на длине волны не более

400 нм, возбуждается излучение. флуоресценщии исследуемых растений в диапазоне . длий 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 фотоприемниками 4 в электрические сигналы, которые усиливаются и оцифровываются в блоке обработки сигналов 5 и поступают в бортовой вычислительной комплекс 6, где анализируется отношение интенсивностей укаэанных сигналов.

Для определения заболеваний мучнистой росой используют соотношение а= p/p, где p — измеряемое отношение интенсивностей, /3 — соотношение. интенсивностей для здоровых растений. Патологическому состоянию растений соответствует значение а > 1.

Значения Р измеряются предваритель- но 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 одновременномееуменьшении вдиапазоне 650-730 нм, чем и обусловлен выбор критерия а > 1.

Использование указайного критерия позволяет в максимальной степени выявлять изменения в спектрах флуоресценции, которые возникают у больных растений в результате фйзиалогических нарушений, вызываемых возбудителями мучнистой росы на ранних стадиях заболевания.

В таблице приведены зависймости меж- ду рассчитанными значениями Р, а и площадью поверхности листьев, пораженных мучнистой росой (в % к общей площади) для пшеницы, яблони, клевера, дуба, розы.

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

Таким образом, предлагаемый способ пригоден для широкого круга растений и гозволяет осуществлять быструю и точную количественную оценку степени поражения мучнистой росой. Для этого используют градуировочные зависимости, полученные для конкретных видов растений (фиг.3), с помощью которых по значению а определяют степень поражения. Например. для определения физиологического состояния растений предлагаемым способом в качестве источника возбуждения флуоресценции используется азотный лазер с длиной волны

1768071

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 обследования и сравнения результатов, полученных в различные сроки, что позволяет прослеживать развитие болезни, осуществлять контроль за эффективностью принимаемых мер, * Среднее для измеренных значений корректировать фитосанитарные мероприятия в процессе заболевания.

Формула изобретения

Способ дистанционного определения физиологического состояния растений, включающий возбуждение лазерным излучением флуоресценции и регистрацию ин10 тенсивности флуоресценции, о т л и ч à ю щи и с я тем, что, с целью индикации поражения растений мучнистой росой, измеряют отношение интенсивности флуоресценции в спектральных интервалах 440-540 нм и

15 650-730 нм, а о состоянии растения судят по соотношению а = P1P, где P — измеряемое отношение интенсивностей, а P — отношение интенсивностей для .здоровых растений.

1768071

- УФ

1268071 (М

Составитель Л. Мантейфель

Редактор В. Трубченко Техред М.Моргентал Корректор A. Мотыль

Заказ 3594 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб.; 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101