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孢子捕捉器的仪器先进性及推广应用前景

来源:/ 更新时间:2012-12-12 阅览4109次

      为了有效监测农作物气传真菌病害,适应重大病虫害实现精准化、数字化、可视化、网络化测报,我们实施了孢子捕捉器的改进工作,并对研制的样机进行了田间测试,取得了较好的成效,试为革新重大病害测报手段和高效率测报,提供可行的减灾解决方案和设想建议。
引言
      在植物病害中,真菌病害种类最多,约有3万多种,每种作物上都可发现几种甚至几十种。各类农作物主要病害约有1000多种,细分这些病害的侵染循环中,约有60%的种类都是病菌孢子经气流传播、侵染作物、引起发病危害。使用仪器对空中病菌孢子的捕捉、采集、监测孢子消长与田间病情的相关性,则可组织有效的预防,控制农作物病害的大面积发生与控灾,是保障农产品丰产、优质是重要的技术措施。全国农业技术推广服务中心测报处2009调查测报设备统计汇,全国病菌孢子捕捉仪的拥有量是900多台,实际使用的占75%,约25%的仪器因过于陈旧或损坏而不能使用。在用的仪器也是使用的八、九十年代技术的老产品,已难以适应新时代精准化测报工作的要求。为此我们组织了《网络远程遥控病菌孢子捕捉系统的技术开发》,并经过二年的努力研制出样机,于2009年10月-11月完成田间应用的初步测试。
现将仪器系统的基本情况介绍如下:
1、网络远程遥控病菌孢子捕捉器主要关键性的创新技术
1、1 采集病菌数据精准化
      仪器采用自动定时或设定环境条件采集捕捉孢子,自动顺序进程取样调查、确保视野无重复;自动显微数码微调聚焦、每视野采集保存显微图片;每次开机调查取样数可自选(精度)分档设定,常规200视野,最高可达800视野;仪器可将每次开机后的调查取样可视化数据(照片)自动向预先指定的网络上发送;能使病菌捕捉测报数据实现区域化即时共享;病菌孢子图片数据识别,通过开发孢子图片检测诊断系统程序扫描,达到数据资料的完整性(不会存在偷懒、少看视野等)、规范统一;可以建立起统一的数据管理系统,分析趋势预警信息。
1、2 孢子捕捉器运行的适应性保障
      为了保证仪器的正常运行,安装了温湿度自动调节系统,确保仪器内的温度控制在50℃以下,湿度控制在70%以下。数据发送使用3G网络技术,数据高速发送,如果3G网络没有复盖的地区,则向下兼容无线网络。
1、3 应用的安全性
      本仪器工作电源采用了12V电源,用蓄电池或太阳能光伏电源供电,因此无需架拉电源线,设置使用方便,不存在触电等安全事故的隐患,也不受电网停电等影响。机型设计可变型为车载式、手提式、固定式等适应多种场效应用。
2、孢子捕捉器的先进性(可为测报员提供较齐全的病害预测要素信息)
2、1 病菌孢子图象数据处理:
      首先建立病菌孢子图片库,当各地的病菌孢子捕捉系统布点基本完成、收集各地的病菌图片完善后,开发出相应病菌孢子图片识别诊断分析系统软件、结合开发病菌孢子消长和历年的温度、湿度因素与病害预警的数理统计趋势分析软件、运用仪器与该仪器配套的二个系统软件,就能显示相关病害的发生趋势波型图、数据表,再加上发生的时间和地点、作物生育期,进行综合分析处理(注:该仪器有田间作物长势实拍功能,而且不论是实景图片还是病菌孢子图片均记载了当时的日期、时间、温度、湿度、风向、风力、地址等)
2、2 无线远程网络遥控:
      用户只需用笔记本电脑即可对仪器的所有控制系统进行无线远程网络遥控、调整,调取病菌测报数据也无需到现场、一个人可同时管理、观察10台仪器,也只需要在笔记本上操作即可了如指掌。由于可以大量增加观察视数,又可以通过电脑自动识别系统,工作效力可以大大提高,原来每台孢子捕捉仪的玻片观察要1个人工编制,现在只需要不到十分钟就可以全部标准化、高精准化完成。总体测报成本要比使用老仪器下降十余倍,可实施监测的区域要扩大10多倍。
2、3 系统配置有观察点田间作物生长与小气候环境状况的现场视频影视信息。可以在办公室内通过电脑网络对病菌孢子捕捉仪进行远程遥控,模拟到现场查看田间作物生长状况、病害发生程度。
3、孢子捕捉器的田间应用测试结果与评价
3、1 系统仪器测试的地点、时间:
       测试现场地点实施选在上海浦江镇城市园艺场,捕捉孢子的试测作物是秋黄瓜霜霉病、白粉病病菌等。于2009 年10月21~22日进行田间应用的第一次实测,2009 年10月25~26日进行田间应用的第二次实测。
3、2 田间测试的设计:
      田间应用测试分棚内捕捉、棚外捕捉二组处理,每组处理分捕孢工作10分钟、20分钟、30分钟三个时段,每个时段重复三次,根据四天测试的数据进行方差统计分析,比较孢子捕捉仪的捕孢能力与捕孢取样的可靠性。(二次测试实施期均为天气晴好,上午9点至下午6点。)
3、3 捕捉病菌孢子的结果
经对田间应用测试的取样进行镜检,数据汇总整理简表如下:

网络远程遥控病菌孢子捕捉器田间应用测试记录分析(1)

网络远程遥控病菌孢子捕捉器田间应用测试记录分析(2)
3、4 结果分析:
(1) 该系统仪器有较好的捕捉气传病菌孢子的能力,在棚内(与作物近距离)与棚外(离开植株群体)的环境下,都能有效的捕捉到病原孢子。
(2) 捕捉孢子的数据(不分病菌种类)经过方差分析,在棚内因病菌孢子的浓度高,捕捉量大,捕捉时间越长,孢子捕捉量越多,以本次测试结果为例,棚内捕捉30分钟的效果最佳,棚外捕捉10分钟的效果最差。各处理间差异显著,趋势也符合生产实际。
(3)二次测试的结果趋势较为一致,取样重复间的变异较小,取样可信度相对较好。
3、4、5总评系统仪器基本达到设计要求、功能比较先进,能符合病害的测报预警调查采样自动化、操作简易化、信息精准化、数据传导网络化技术升级。由于仪器还能提供捕捉孢子时的温度、湿度、时间地点等的信息要素,还能拍摄作物生长状态等,抓拍的实时捕捉孢子图片,这些功能与以前同类产品相比,具有跨时代的特色。系统仪器捕捉孢子测试的实拍图片(红色箭头部分为编辑添加,其余均为仪器实测结果的信息记录)
4、孢子捕捉器的推广应用前景
      该仪器的设计方向是满足全国测报事业的远景规划,实现数字化、精准化、网络化、可视化的要求,所有气传病菌的监测数据可做到自动监测、自动存储、随机调取、网络传送、软件识别、软件整理统计数据,使每个测报观察点、区域控制站点的数据更为精确、真实,数据传送系更为快捷、实时。
该仪器还设计了通用的外挂设备USB接口,供其他的监测数据借用本仪器系统的数据传送功能,可以进组合存储和发送。
      另外还从全国统一管理病菌孢子捕捉测报的可行性考虑,设计了全国性管理模式网站架构,让全国主管部门、各省市管理部门可以随时、随机访问全国或自管区域的某一个站点的仪器系统工作状态、病菌捕捉数据库、包括田间的农作物生长状态的实景图片等,可方便高层管理机构及时了解、指挥、安排、各控制区域站的病菌孢子捕捉预警的综合性工作,为预防气传病害提供一个坚实的管理服务平台。
5、问题讨论
5.1 样机与形成产品的难关还需要更多的技术攻关
      系统样机受制于较多的控制连接均为实验电路,造成仪器体积偏大,功耗、能耗较大,与实际形成真正产品需要做较多的紧凑型设计改进、攻克将实验电路开发成专用的电路板、控制芯片等提高稳定性的技术升级,还有系统仪器没有在野外环境进行耐久性考核,电子元器件、显微镜的耐潮、抗高温等都是值得担心的难点,目前系统的开发只完成的是病菌孢子数据的精准采集,后期的病菌孢子图像的识别系统与数据预警模型的开发、科学的设置网络的架构等要投入较多的人力和投入。
5.2 灾害预警功能的大提升
      早期的病菌孢子捕捉器没有温、湿度等与孢子发生有密切关系的技术参数,另受制于安全性、空气中的灰尘等的问题,开机时间总是设在半夜。在样机测试中发现夜间并不是病菌孢子捕捉的最佳时间,通过测试的图片提供的信息可见,在温度 25℃左右,相对湿度 50%-60%时,是捕捉病菌孢子的最佳时间,可见以前的病菌孢子捕捉为什么预警病害的功能没有能充分发挥是没有设定的科学捕捉环境,存在技术性障碍,而新的系统仪器可以通过最佳设定孢子捕环境的开机,而不再是单纯的时间设定,更可以大提升对灾害预警。

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