Ispezione non distruttiva per il rilevamento delle sollecitazioni dell'impianto

Ispezione non distruttiva per il rilevamento dello stress delle piante, la diagnosi delle malattie e l'analisi delle carenze nutrizionali
I set di dati iperspettrali aiutano a ispezionare le colture su scala e velocità maggiori, identificando e intervenendo tempestivamente per ridurre al minimo l'esposizione

Identificazione non invasiva e diagnosi precoce delle malattie delle piante?

Imaging iperspettrale e misurazione SPAD per il monitoraggio della salute delle piante e il rilevamento delle malattie utilizzando tecniche di elaborazione delle immagini

L’identificazione affidabile e tempestiva delle malattie delle piante è una sfida cruciale nell’agricoltura moderna. Il rilevamento precoce di condizioni che influiscono sulla salute delle piante, come insetti, funghi o carenze nutrizionali, può aiutare i ricercatori a prevenire stress biotici e abiotici nelle piante.

I metodi convenzionali si basano sull'osservazione manuale dei sintomi visibili. I metodi manuali possono richiedere molto tempo, molta manodopera e essere limitati alle fasi avanzate dell’infezione. I sintomi visibili tendono a manifestarsi nelle fasi intermedie o tardive dell'infezione, il che aumenta la probabilità di diffusione o di riduzione dei raccolti. I metodi tradizionali di analisi chimica richiedono un campionamento distruttivo del tessuto vegetale che può richiedere molto tempo e stressare ulteriormente una pianta malata.

Per affrontare queste limitazioni, vi è un crescente interesse nell’utilizzo di approcci automatizzati e oggettivi per l’identificazione precoce delle malattie. Le tecniche di analisi delle immagini, in particolare utilizzando sensori di imaging iperspettrali e RGB, offrono soluzioni promettenti per il rilevamento delle malattie preciso e non invasivo.

Quali sono i metodi di rilevamento delle malattie delle piante?

Esiste un crescente numero di ricerche nel campo delle tecniche di analisi delle immagini, degli algoritmi di apprendimento automatico e della fenotipizzazione ad alto rendimento per l’identificazione e la previsione dello stress. Sfruttando vari sensori di imaging, tra cui la fluorescenza RGB, iperspettrale, termica e clorofilliana, questi approcci forniscono un rilevamento oggettivo e sensibile degli stress biotici e abiotici nelle piante.

L’adozione di tecniche automatizzate di identificazione delle malattie, come l’imaging iperspettrale e RGB, combinate con l’analisi avanzata delle immagini e l’apprendimento automatico, rappresenta una grande promessa per il miglioramento delle pratiche di gestione delle colture. Questi approcci non invasivi e oggettivi consentono il rilevamento precoce delle malattie delle piante, facilitando un intervento tempestivo e un’allocazione precisa delle risorse. Sfruttando i progressi nella tecnologia e nell’analisi dei dati, i ricercatori stanno guidando lo sviluppo di metodi di identificazione delle malattie più efficienti e accurati, aprendo la strada a un’agricoltura sostenibile e a una migliore salute delle colture.

L'imaging iperspettrale (HSI), una tecnologia emergente, cattura informazioni dettagliate sulla riflettanza attraverso un ampio spettro di luce che si estende oltre la visione umana. Ciò consente l'identificazione di sottili cambiamenti nella crescita e nello sviluppo delle piante, come l'accumulo di pigmenti come gli antociani. Se esposte a condizioni di stress come luce ad alta intensità o carenza di nutrienti, la crescita e la resa delle piante ne risentono. L’accumulo di antociani è un primo indicatore di questo stress. Di solito l'accumulo inizia in una piccola regione, rendendo difficile la visione.

Misurando l’intensità della luce riflessa o assorbita dalla pianta, una telecamera HSI può identificare i cambiamenti all’interno di specifici intervalli spettrali per individuare i cambiamenti nelle proprietà biologiche, chimiche e fisiche della pianta. Specim IQ è una soluzione innovativa che porta semplicità e portabilità a HSI per fornire un accesso entry level a questa tecnologia potenzialmente trasformativa che può essere utilizzata sia in laboratorio che sul campo.

Specim IQ: imaging iperspettrale accessibile e versatile

Specim IQ è una fotocamera iperspettrale portatile progettata con semplicità e semplicità; Punta il target, definisci le impostazioni di misurazione, registra e visualizza i dati.

Sistema completo di telecamere iperspettrali basato sulla tecnologia push-broom (scansione in linea), Specim IQ dispone di un'interfaccia grafica facile da usare con strumenti di classificazione e visualizzazione. Ulteriori modellazioni, reporting e analisi sono possibili tramite il software Specim IQ Studio.

Nel campo della patologia vegetale e del monitoraggio della salute delle colture, è possibile misurare set di dati specifici delle piante per identificare aree dello spettro elettromagnetico in cui i cambiamenti negli spettri riflessi o assorbiti possono essere utilizzati per identificare malattie o altri indicatori di salute delle piante. L'HSI può quindi essere utilizzato per fornire indagini mirate relativamente rapide, potenzialmente molto più rapide e regolari di quanto sarebbe altrimenti possibile. Risultati e approfondimenti possono essere ottenuti senza la necessità di calcoli matematici complessi o di una conoscenza approfondita dell'HSI e senza la necessità di campionamento distruttivo.

Misuratore di clorofilla SPAD-502 Plus

Il misuratore SPAD è ampiamente utilizzato nell'agricoltura commerciale per eseguire test non distruttivi sulla salute delle colture, fornendo dati semplici ma potenti che consentono ai coltivatori di calcolare i tempi e la quantità ottimali di fertilizzante. Le letture dello SPAD sono correlate alla clorofilla presente nella foglia e al calcolo della concentrazione.
L'esecuzione di test di routine sull'intero appezzamento per monitorare la salute delle piante e ottimizzare l'uso dei fertilizzanti può migliorare i rendimenti riducendo al tempo stesso i costi e il carico ambientale.

Vantaggi dell’identificazione automatizzata delle malattie:

L’identificazione automatizzata delle malattie consente un intervento precoce, un’applicazione chimica mirata e migliori pratiche di gestione delle colture. Individuando le malattie nelle fasi iniziali, gli agricoltori possono prevenire la diffusione dell’infezione e ridurre i danni alle colture. L’identificazione precisa delle malattie consente l’uso mirato di sostanze chimiche, riducendo l’applicazione di pesticidi ed erbicidi, i costi e apportando benefici all’ambiente.

Benefici

Approccio non distruttivo/non invasivo
Rileva e identifica le malattie delle piante e lo stress prima dei sintomi visibili
Intervenire e monitorare la malattia per prevenirne la diffusione
Quantificare l'area percentuale della foglia colpita dalla malattia
Identificazione dei sintomi di stress nelle piante (presenza e accumulo di antociani) in base al contenuto di acqua o allo stato fotosintetico
Ottimizzare i tempi e la quantità del fertilizzante azotato e delle condizioni dei nutrienti: ridurre gli sprechi e i costi di un uso eccessivo (concimazione eccessiva), riducendo così la contaminazione ambientale (malattie delle piante e contaminazione dell'acqua dovute alla lisciviazione dei nutrienti attraverso il terreno del campo)

Strumenti

Telecamera iperspettrale SPECIM IQ

Una fotocamera iperspettrale portatile progettata con un'usabilità semplice e simile a quella di una fotocamera; Punta il target, definisci le impostazioni di misurazione, registra e visualizza i dati.

Ulteriori informazioni su SPECIM IQ

SPAD-502 Più

Test semplici, portatili e non distruttivi delle foglie delle piante per misurare il contenuto di clorofilla, consentendo un percorso semplice e veloce per ottimizzare i tempi e la quantità di fertilizzante.

Ulteriori informazioni sullo SPAD-502 Plus

Applicazioni

Utilizzo di uno Specim IQ per l'analisi del rilevamento di agenti patogeni e del contenuto di acqua in eccesso.

Lo Specim IQ è stato utilizzato per costruire modelli di dati per il rilevamento del marciume radicale e della salute delle piante, identificando particolari lunghezze d'onda significative all'interno di diversi tipi di piante.

Fonte: ResearchGate Alt et al. (2020)

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Altre APPLICAZIONI HSI

Combinazione di HSI con LSSVM (macchina vettoriale di supporto dei minimi quadrati) per identificare le malattie negli alberi di agrumi

Imaging iperspettrale utilizzato per caratterizzare l'identificazione degli alberi di agrumi infetti da HLB. Creazione di un set di dati che ha contribuito a distinguere gli alberi disidratati da quelli malati in modo da poter limitare la diffusione delle infezioni, portando a una riduzione delle perdite costose e alla rimozione non necessaria di stock erroneamente diagnosticati.

Fonte: ResearchGate Weng et al. (2018)

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Rilevazione precoce di malattie nel grano mediante HSI

Indagine sulla caratterizzazione della riflettanza spettrale di piante di grano malate in campo per valutare la capacità di combattere la ruggine gialla con interventi mirati e minimizzare il carico e i costi ambientali.

Fonte: Science Direct Bravo et al. (2003)

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