脈沖云智能孢子捕捉儀監測小麥條銹病試驗研究

郝 偉 王圣楠

（1.菏澤市農業技術推廣中心 山東菏澤274000；2.濟南祥辰科技有限公司 山東濟南250100）

小麥是我國主要的糧食作物之一，菏澤市常年種植面積60萬hm2，總產占山東省的近1/6。小麥條銹病是小麥上的主要病害，1990年在菏澤暴發流行，造成小麥減產50萬t。2000年以來，隨著抗病品種的推廣應用，小麥條銹病的發生有所減輕，但每年仍有不同程度的發生，對小麥造成危害，影響了小麥的產量和質量[1]。2014年至今，小麥條銹病的發生危害頻率明顯增加，2017年、2019年、2020年、2021年均達到中度以上流行，局部危害達到大流行程度，發生為害時間提前了14 d以上。“發現一點、防治一片”是小麥條銹病防控的基本原則，田間始見病葉是小麥條銹病防控的依據和前提。小麥條銹病田間普查人為誤差大，同時耗費大量人力和財力。為有效減輕人力投入強度，提高條銹病田間監測準確性，多年來對小麥條銹病監測手段進行了一些有益嘗試。其中普通孢子捕捉儀的引進，開啟了小麥條銹病智能化監測的新紀元。由于受設備自身局限和天氣影響等多因素制約，田間應用效果并不理想，基本未發揮有效監測作用。開發與引進高效精準孢子捕捉儀等智能監測工具，已成為小麥條銹病監測預警的首要任務。

小麥條銹病是一種典型的氣傳病害，病原菌產生夏孢子隨氣流進行遠距離傳播，在適宜的溫度和濕度條件下，夏孢子萌發產生芽管定植在葉片表面引起發病。研究發現，田間小麥條銹病發生程度與田間空氣中病原菌夏孢子的密度密切相關，空氣中的夏孢子密度可以間接地反映田間小麥條銹病的發生程度，為利用孢子捕捉儀進行小麥條銹病的遠程監測和預報提供了理論依據[2-4]。

祥辰牌第三代脈沖云智能孢子捕捉儀應用以來，通過對田間空氣中小麥條銹病夏孢子密度的實時監控，結合小氣候數據實現了對田間病害的精準監測和預報。在指導小麥生產和病害防控的同時，也為小麥條銹病的流行學研究提供了重要的數據支撐。

1 材料與方法

1.1 供試設備

脈沖云智能孢子捕捉儀，由濟南祥辰科技有限公司研發生產。

1.1.1 主要技術指標 ①額定工作電壓：AC220V/DC12V。②額定功率：60W。③凈重：100 kg。④防護等級：IP25。⑤使用3種傳輸方式：FOC/GPRS/ROF。⑥氣體采樣：采集流量0.3 m/s，采集時間1～24 h；設置范圍：定時啟動，24時制，可以任意設置24 h開啟時間；抽氣時間：1～24 h（后臺可根據實際情況設置時間范圍）。⑦電子顯微鏡放大倍數：平場長距物鏡40X，500萬CCD數字攝像機，拍照數量1～255張。⑧圖片采集方式：遠程網絡平臺自動/手動控制采集。設備定時自動采集；⑨載玻片：一次放置365片，使用365d；標配100片。載玻片可視面積：長、寬、厚為75 mm×27 mm×3 mm。

1.1.2 主要功能特點 ①孢子自動捕捉自動拍照24 h無間斷自動捕捉病原菌孢子，對所捕獲的病原菌孢子自動拍攝。②照片自動選取并上傳：系統具備最優圖片選取功能，自動選取最清晰的照片以FOC/GPRS/ROF方式上傳至云服務器。③自動統計分析：采用云服務器技術，實現對病原菌孢子圖片的智能化統計與分析，無需人工查看和標注，縮短了預測預報周期。④控制內容：能實行遠程控制，自動/手動雙系統相結合，無需人員去現場。⑤自主實現設備各功能運行，即玻片獲取、噴膠、風機運轉、孢子獲取、顯微拍照等功能自主實現。⑥自主實現孢子圖片的獲取模式，確保圖像的清晰可用。

主要功能是通過網絡實時對設備遠程控制，進行小麥條銹病孢子的定時捕捉、定時采集、顯微圖像自動處理，并將圖像保存至指定服務器，防止數據丟失，再由系統自動分配到指定的設備用戶，以供查閱。

1.2 田間試驗設計和測試

試驗設在菏澤市東明集王官營村西試驗地，地勢平坦，小麥種植面積約1.3萬hm2。

試驗時間：2020年3月25日至5月15日。每天凌晨3：00開機、上午10：00關機，下午3：00開機、晚上10：00關機。

孢子采集：試驗期間，每天通過網絡遠程把高清圖像上傳至服務器固定列表并進行分析，記載當日孢子數量。為準確對小麥條銹病進行研究，未對此地區的周邊環境做任何處理，處于自然狀態。

2 結果與分析

2.1 運行情況

脈沖云智能孢子捕捉儀設備共計運行52 d，有效運行48 d，其中1 d為設備維護，3 d為網絡故障（網線被拔掉）；累計采集圖像120張，其中設備通過自動聚焦并能分析出孢子或者疑似孢子的圖像為90張，有效圖像采集率為75%。捕捉儀首次捕捉小麥條銹病孢子時間為3月27日。在有效圖像內，共采集病原孢子1 280個，平均每張玻片的每個采集點的有效孢子數為3.2個。

脈沖云智能孢子捕捉儀運行自動采集圖像及前臺展示見圖1、圖2。捕捉器運行期間，發現孢子捕獲數量除與病情發生的情況有關外，還與設備性能、當地的氣候條件、試驗地周邊環境等有著較大關系。空氣中雜質、灰塵等很多顆粒物對孢子圖像影響較大，導致經常出現疑似孢子的圖片出現。

圖1 脈沖云智能孢子捕捉儀自動采集

圖2 脈沖云智能孢子捕捉儀前臺展示

2.2 與田間發病的一致性

3月27日，捕捉儀首次捕捉到小麥條銹病孢子。條銹病孢子適溫下潛育期為10～12 d，理論推算田間發病時間為4月6～8日，與大田4月7日始見病葉較為契合。田間應用表明，脈沖云智能孢子捕捉儀對指導大田小麥條銹病精準預警防控時效性強、準確度高，可在大田廣泛應用推廣。

3 結論與討論

與傳統孢子捕捉儀相比，脈沖云智能孢子捕捉儀具有自動采集、自動觀察、自動計數、自動上傳數據的優點。云平臺獲得脈沖云智能孢子捕捉儀上傳的田間孢子密度數據，根據孢子密度與小麥條銹病病情指數間的關系，精準得出監測報告。同時根據田間小氣候特征和天氣預報數據預測出今后幾天病害發生趨勢，完成對小麥條銹病遠程自動化監測與預報。

脈沖云智能孢子捕捉儀近幾年的田間現場使用表明，實用性、可靠性優于傳統孢子捕捉儀。同時，圖像較為清晰，技術手段可行，可作為新一代測報設備用于孢子的監測與測報體系中。

為進一步提升設備的實用性及普及性，將進一步完善和補充病原菌孢子種類的自動識別和計數系統，最大限度地排除空氣雜質干擾，提高孢子識別精準度，最終實現監測設備的自動化和智能化，推進病害監測技術的進步。