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　　【智慧城市网 品牌专栏】植物保护学是农学领域的一个重要分支，主要研究如何通过科学管理来预防和控制农作物的病害、虫害、草害以及鼠害等问题，以确保全球粮食安全、提高农业生产效率、保护生态环境、维护人类健康、防止生物入侵、促进农业可持续发展以及提升农业科技水平。在实际应用中，植物保护学的这些原则和策略被转化为一系列具体的防控案例。
 

　　案例一：叶绿素荧光测量技术+高光谱测量技术：植物病害识别和评估
 

　　南京农业大学的研究人员利用机器学习和多模态数据识别和监测小麦穗期的赤霉病(FHB)。研究团队通过高光谱成像、叶绿素荧光成像和高通量表型平台等技术，收集了小麦穗在赤霉病从无症状到有赤霉病症状期间的数据。并使用Boruta方法筛选出对疾病敏感的特征，并通过方差膨胀因子分析和ML-SFFS算法对这些特征进行融合，开发出一种识别小麦赤霉病和评估病情严重程度的方法。
 

　　研究发现，生化参数、光谱反射、叶绿素荧光参数等在小麦与病原体相互作用时表现出一致的变化。在无症状病害检测中，最优特征组合为两到三种，平均分类准确度达到87.04%，且随着病情加重，准确度可提高至95%。这一研究为实时、非破坏性地监测小麦赤霉病提供了有效方法，对指导精准施药和控制病害传播具有重要意义。
 

　　左图：麦穗叶绿素荧光成像结果和不同荧光参数；右图上：高光谱反射光谱曲线；右图下：使用的FluorCam叶绿素荧光成像系统(成像面积35cm*35cm)
 

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　　左图：FluorTron®光合表型分析系统(集高分辨率叶绿素荧光动态成像技术、叶绿素荧光光谱成像技术、叶绿素荧光成像与多功能高光谱成像于一体)；中图：植物叶片荧光成像图；右图：不同荧光参数的光谱图
 

　　案例二：叶绿素荧光技术：植物虫害研究
 

　　Eugeniamyia dispar是一种特殊的瘿蚊科昆虫，以其在巴西发现并在 Eugenia uniflora(中文名红果仔，属桃金娘科)叶子上形成虫瘿而闻名。Rezende等人为了探究E. dispar产生的虫瘿如何影响宿主植物叶片结构和功能，以及虫瘿组织在光合作用方面的适应性，开展了一系列实验。
 

　　研究中使用了叶绿素荧光成像系统读非瘿叶和成熟虫瘿的光合性能进行评估，获得了包括Fv/Fm、(F’m-F’)/F’m、Fo、Fm、Rfd、NPQ等参数。
 

　　结果表明，瘿组织除了在细胞结构上显示出细胞肥大，淀粉、蛋白质和还原糖等主要分布在瘿的幼虫室周围等变化，为幼虫发育提供营养。瘿组织仍保持了低水平的光合作用能力，但叶绿素数量和光合活性均低于非瘿叶。
 

左图：红果仔枝条上的虫瘿和非瘿叶；右图：叶绿素荧光成像结果
 

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　　左：FluorTron®叶绿素荧光成像分析系统；中图：新型FluorCam 1300植物叶绿素荧光与多光谱荧光成像系统；右图：FluorCam开放式叶绿素荧光成像系统
 

　　3、高光谱技术：玉米田间杂草识别与预测
 

　　研究学者探究了基于近地光谱特征的玉米田间杂草识别方法。利用地物光谱仪，收集了玉米、马齿苋、野苋菜及香附植株冠层在350～2500 nm波段内的光谱信息。通过数据预处理和逐步判别模型，筛选特征波段，用于构建贝叶斯判别函数模型，以预测玉米田间杂草。
 

　　实验结果表明，贝叶斯判别函数模型在玉米田间杂草识别上的正确率达到了85.8%，对玉米的识别精度达到了90.0%。研究还发现，在“红边”区域(680～780 nm)的反射率对玉米田间杂草识别较为重要。这些发现指出了高光谱技术在杂草识别方向上具有一定的应用价值。研究结果为田间杂草识别及光谱传感器提供了参考，有助于提高精准施药技术，减少化学除草剂的过量使用。
 

左图：样本光谱反射率曲线；中图：不同特征波长判别结果；右图：判别模型分类结果
 

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　　左图：Specim IQ高光谱相机；中图：Ecodrone无人机遥感；右图：PhenoPlot植物表型成像分析系统
 

　　4、无人机遥感技术：鼠害监测
 

　　研究学者利用无人机影像发现并提取出鼠害信息，同时，结合气象数据和地面调查数据，选取了归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)、坡向、气温、降水、土地利用等影响因子对若尔盖县的鼠害情况进行分析与探讨，采用随机森林模型模拟若尔盖县鼠害分布状况，并分析其空间分布特征。
 

　　研究结果表明：利用随机森林对鼠害进行模拟，准确率可达到81.8%，kappa系数为0.748，结果与地面调查数据较为一致，若尔盖草原东南部地区鼠害影响范围较小，往北则鼠害趋势明显加重，呈现多尺度密集分布的特点。
 

左图：红星乡某样地提取信息；中图：模型预测混淆矩阵；右图：鼠害模拟情况
 

　　该类方案推荐：

图：Ecodrone无人机遥感技术
 

　　5、高光谱成像技术、叶绿素荧光技术：白菜苗化学防治
 

　　易科泰EcoTech®生态实验室技术人员使用FluorTron®多功能高光谱成像系统进行了治疗蚜虫的靶向农药检测筛选实验。该实验以植物培养平台培养的感染蚜虫的“黄玫瑰”白菜为对象，选取其中的一片叶子正面喷洒1500倍液吡虫啉溶液(RGB中画红圈)，其余部分不做处理(对照)，使用FluorTron®系统分别采集两次UV-MCF紫外光激发生物荧光高光谱数据，喷药前进行第一次数据采集，喷药72h后进行第二次数据采集。
 

　　结果显示，施药后叶绿素荧光强度提高，比值指数降低，叶片上的红色斑点显著减少(斑点为蚜虫危害造成)，说明施药后叶片上的蚜虫死亡，且未对植物造成不良影响。
 

　　左图：RGB图(红圈部位为施药叶片，其余为对照)；右图：施药组施药前后荧光高光谱曲线图
 

F450/F740荧光图(左：施药前  右：施药三天后)
 

　　该类方案推荐：
 

图：FluorTron多功能高光谱成像分析系统
 

　　北京易科泰生态技术公司提供植物保护研究全面技术方案：
 

　　l  FluorTron®多功能高光谱成像分析系统
 

　　l  FluorCam叶绿素荧光成像系统
 

　　l  FluorTron®植物光合表型成像分析系统
 

　　l  FluorCam多光谱荧光成像系统
 

　　l  PhenoTron®植物表型成像分析系统
 

　　l PlantScreen表型成像分析系统
 

　　l  Ecodrone®轻便型一体式多光谱-红外热成像无人机遥感系统
 

　　l  Ecodrone®一体式高光谱-红外热成像-激光雷达无人机遥感系统