Od czasu nadejścia Rewolucji Agrarnej rolnictwo bardzo się rozwinęło. Zostały wynalezione nowe metody i sprzęt rolniczy, które ułatwiły i zwiększyły rentowność rolnictwa. Rewolucja w rolnictwie przebiegała na różnych etapach: od pracy ręcznej, pracy zwierząt, maszyn rolniczych, nawigacji satelitarnej do trutni. Zaowocowało to praktykami rolniczymi, które zużywają mniej zasobów i dają maksymalne plony. Doprowadziło to również do powstania zaawansowanych metod wykrywania szkodników upraw.

Szkodniki upraw to zwierzęta lub rośliny, które szkodzą uprawom docelowym w gospodarstwach. Niektóre z najczęstszych zwierząt domowych to owady, bakterie i grzyby. Stanowią one znaczące zagrożenie i przyczyniają się do ponad 30-50% spadku plonów w gospodarstwach. Aby zapobiec atakowi szkodników na twoje gospodarstwo, musisz być świadomy ich obecności, zanim zaatakują. Dzięki najnowszym osiągnięciom technologicznym, możesz zastosować czujniki w terenie, aby mogły one wykrywać i monitorować inwazję szkodników. Ten artykuł dostarcza informacji o tym, jak czujniki mogą być wykorzystywane do wykrywania szkodników.

Czujniki stosowane w wykrywaniu szkodników roślinnych

W rolnictwie precyzyjnym czujniki do wykrywania szkodników są instrumentami stosowanymi do wykrywania obecności szkodników w gospodarstwie. Są one pogrupowane według trybu pracy, zużycia energii i rodzaju wykrytych szkodników. Niektóre z nich mają wysoką rozdzielczość i są w stanie wykryć bardzo drobne organizmy szkodliwe ukryte w głębi uprawy, podczas gdy inne rejestrują tylko obrazy, które można zobaczyć gołym okiem.

Zdalne czujniki spektralne (Spectral Remote Sensors)

Zdalne czujniki spektralne wyświetlają dane w postaci obrazów. Dzielą się one na czujniki niskiego i wysokiego obrazu (spektrometry obrazowe).

Czujniki niskoobrazowe

Są to kamery, które są używane w codziennych zastosowaniach. Są one montowane na zbiorniku pułapkowym, gdzie przechwytują obrazy i wysyłają je do stacji kontrolnej. Mogą one rejestrować obrazy tylko w zakresie ich rozdzielczości, a ponieważ są to kamery o niskiej rozdzielczości, rejestrują one tylko te obrazy szkodników, które są widoczne dla oka. Na podstawie tych obrazów można obliczyć liczbę szkodników w uprawie, a także oszacować ich występowanie w gospodarstwie.

Rolnicy preferują czujniki o niskiej rozdzielczości ze względu na ich przystępność cenową pod względem kapitałowym i konserwacyjnym. Czujniki niskiego obrazu w czasie rzeczywistym są również bardzo mobilne i mogą być używane do wykrywania szkodników na dużym obszarze w ciągu kilku dni.

Czujniki wysokiego obrazu

Wszystkie rośliny i gleba odbijają pewną ilość energii świetlnej do atmosfery. Ilość energii świetlnej, którą odbijają jest określana jako sygnatura spektralna. Czujniki wysokowidmowe wychwytują sygnaturę spektralną każdej rośliny uprawnej i rejestrują ją. Obrazy te są rejestrowane w widmie wykraczającym poza ludzkie spektrum. Są to między innymi promienie gamma, ultrafioletowe, rentgenowskie i podczerwone. Dane obrazowe mogą być wytwarzane jako wielospektralne (więcej niż 3 pasma) lub hiperspektralne (setki pasm). Te wysokiej rozdzielczości obrazy mogą odczytywać fizyczny i chemiczny skład rośliny z odległości setek kilometrów.

W wykrywaniu szkodników w uprawach, spektrometry obrazowe mają wcześniej zapisane sygnatury spektralne każdej uprawy w gospodarstwie. Gdy szkodniki atakują rośliny uprawne, ich sygnatura spektralna zmienia się, ponieważ szkodniki pochłaniają światło roślin, zmuszając je do odbijania innej sygnatury spektralnej. Analizując obrazy, naukowcy mogą określić liczbę szkodników w uprawie, ich dokładną lokalizację i etap cyklu życia. Są one lepsze niż czujniki o niskim obrazie, ponieważ są dokładniejsze i mogą wykryć wiele rodzajów szkodników i chorób. Wadą jest ich koszt. Spektrometry obrazowe są drogie i wymagają ogromnych środków na ich utrzymanie.

Detekcja obrazów fluorescencyjnych

Metoda ta polega na pomiarze ilości chlorofilu w roślinie. Obrazy liści rośliny są rejestrowane i porównywane z obrazami zdrowych liści. Jeśli wystąpią zmiany w wzorze chlorofilu, może to być oznaką szkodników roślin uprawnych. Metoda ta może być stosowana tylko do wykrywania szkodników, w których występuje chlorofil.

Czujniki wykrywające dźwięk

Szkodniki uprawne mogą być również wykrywane za pomocą czujników dźwiękowych. Są to czujniki bezprzewodowe umieszczone w strategicznych punktach gospodarstwa. Mają one anteny, które odbierają fale dźwiękowe w pobliżu. Czujniki odbierają dźwięk generowany przez szkodniki podczas przeżuwania, latania lub godów. Następnie rolnik przez pewien czas rejestruje poziom hałasu w tym miejscu. Po krótkim czasie, rolnik wprowadza dane do komputera w celu ich analizy. Miejsca, w których występują szkodniki, mają zazwyczaj wyższe fale dźwiękowe niż reszta. Hodowca może zdecydować się na natychmiastowe zwalczanie szkodników lub poczekać aż osiągną one ekonomiczny próg kontroli.

Jest to niedroga metoda wykrywania upraw, która może być wdrożona zarówno przez dużych jak i małych rolników. Ma niewielkie koszty utrzymania i ponadprzeciętną dokładność. Jedynym minusem jest wpływ czynników środowiskowych. W przypadku deszczu lub silnego wiatru nie można zbierać danych.

Czujniki wykrywające gaz

Rośliny wytwarzają specyficzne chemiczne związki lotne pod wpływem stresu. Stres może pochodzić od zarażenia szkodnikami, czynników środowiskowych lub wpływu człowieka. Jeśli szkodnik zaatakuje rośliny, uwalniają one do atmosfery lotne związki chemiczne, które mogą być rejestrowane za pomocą obrazów lub zbierane jako gaz. Aby zidentyfikować rodzaj zarażenia roślin przez szkodniki, należy wcześniej pobrać próbki lotnych związków chemicznych uwalnianych przez rośliny po różnych rodzajach stresu. Można również użyć termowizji do zidentyfikowania rodzaju uwalnianych lotnych związków chemicznych, ponieważ mają one specyficzną sygnaturę spektralną.

Szkodniki uprawne są niebezpieczne i mogą spowodować duże straty w gospodarstwie w ciągu kilku dni. Wczesne wykrycie szkodników za pomocą teledetekcji może zaoszczędzić pieniądze i wiele stresu. Liczne korzyści, takie jak m.in. dokładność, szybkość i skuteczność, przeważają nad wadami wysokich kosztów wdrożenia. Ilość pracy, jaką mogą wykonać czujniki o wysokiej jakości obrazu, nie może być porównywana z tradycyjnymi metodami wykrywania upraw. Ponadto, większość metod detekcji upraw nie wymaga obecności rolnika, co jeszcze bardziej obniża koszty. Dzięki teledetekcji w zakresie wykrywania upraw, zrównoważone rolnictwo jest bezpieczne.