脉冲云智能孢子捕捉仪监测小麦条锈病试验研究

郝 伟 王圣楠

（1.菏泽市农业技术推广中心 山东菏泽274000；2.济南祥辰科技有限公司 山东济南250100）

小麦是我国主要的粮食作物之一，菏泽市常年种植面积60万hm2，总产占山东省的近1/6。小麦条锈病是小麦上的主要病害，1990年在菏泽暴发流行，造成小麦减产50万t。2000年以来，随着抗病品种的推广应用，小麦条锈病的发生有所减轻，但每年仍有不同程度的发生，对小麦造成危害，影响了小麦的产量和质量[1]。2014年至今，小麦条锈病的发生危害频率明显增加，2017年、2019年、2020年、2021年均达到中度以上流行，局部危害达到大流行程度，发生为害时间提前了14 d以上。“发现一点、防治一片”是小麦条锈病防控的基本原则，田间始见病叶是小麦条锈病防控的依据和前提。小麦条锈病田间普查人为误差大，同时耗费大量人力和财力。为有效减轻人力投入强度，提高条锈病田间监测准确性，多年来对小麦条锈病监测手段进行了一些有益尝试。其中普通孢子捕捉仪的引进，开启了小麦条锈病智能化监测的新纪元。由于受设备自身局限和天气影响等多因素制约，田间应用效果并不理想，基本未发挥有效监测作用。开发与引进高效精准孢子捕捉仪等智能监测工具，已成为小麦条锈病监测预警的首要任务。

小麦条锈病是一种典型的气传病害，病原菌产生夏孢子随气流进行远距离传播，在适宜的温度和湿度条件下，夏孢子萌发产生芽管定植在叶片表面引起发病。研究发现，田间小麦条锈病发生程度与田间空气中病原菌夏孢子的密度密切相关，空气中的夏孢子密度可以间接地反映田间小麦条锈病的发生程度，为利用孢子捕捉仪进行小麦条锈病的远程监测和预报提供了理论依据[2-4]。

祥辰牌第三代脉冲云智能孢子捕捉仪应用以来，通过对田间空气中小麦条锈病夏孢子密度的实时监控，结合小气候数据实现了对田间病害的精准监测和预报。在指导小麦生产和病害防控的同时，也为小麦条锈病的流行学研究提供了重要的数据支撑。

1 材料与方法

1.1 供试设备

脉冲云智能孢子捕捉仪，由济南祥辰科技有限公司研发生产。

1.1.1 主要技术指标 ①额定工作电压：AC220V/DC12V。②额定功率：60W。③净重：100 kg。④防护等级：IP25。⑤使用3种传输方式：FOC/GPRS/ROF。⑥气体采样：采集流量0.3 m/s，采集时间1～24 h；设置范围：定时启动，24时制，可以任意设置24 h开启时间；抽气时间：1～24 h（后台可根据实际情况设置时间范围）。⑦电子显微镜放大倍数：平场长距物镜40X，500万CCD数字摄像机，拍照数量1～255张。⑧图片采集方式：远程网络平台自动/手动控制采集。设备定时自动采集；⑨载玻片：一次放置365片，使用365d；标配100片。载玻片可视面积：长、宽、厚为75 mm×27 mm×3 mm。

1.1.2 主要功能特点 ①孢子自动捕捉自动拍照24 h无间断自动捕捉病原菌孢子，对所捕获的病原菌孢子自动拍摄。②照片自动选取并上传：系统具备最优图片选取功能，自动选取最清晰的照片以FOC/GPRS/ROF方式上传至云服务器。③自动统计分析：采用云服务器技术，实现对病原菌孢子图片的智能化统计与分析，无需人工查看和标注，缩短了预测预报周期。④控制内容：能实行远程控制，自动/手动双系统相结合，无需人员去现场。⑤自主实现设备各功能运行，即玻片获取、喷胶、风机运转、孢子获取、显微拍照等功能自主实现。⑥自主实现孢子图片的获取模式，确保图像的清晰可用。

主要功能是通过网络实时对设备远程控制，进行小麦条锈病孢子的定时捕捉、定时采集、显微图像自动处理，并将图像保存至指定服务器，防止数据丢失，再由系统自动分配到指定的设备用户，以供查阅。

1.2 田间试验设计和测试

试验设在菏泽市东明集王官营村西试验地，地势平坦，小麦种植面积约1.3万hm2。

试验时间：2020年3月25日至5月15日。每天凌晨3：00开机、上午10：00关机，下午3：00开机、晚上10：00关机。

孢子采集：试验期间，每天通过网络远程把高清图像上传至服务器固定列表并进行分析，记载当日孢子数量。为准确对小麦条锈病进行研究，未对此地区的周边环境做任何处理，处于自然状态。

2 结果与分析

2.1 运行情况

脉冲云智能孢子捕捉仪设备共计运行52 d，有效运行48 d，其中1 d为设备维护，3 d为网络故障（网线被拔掉）；累计采集图像120张，其中设备通过自动聚焦并能分析出孢子或者疑似孢子的图像为90张，有效图像采集率为75%。捕捉仪首次捕捉小麦条锈病孢子时间为3月27日。在有效图像内，共采集病原孢子1 280个，平均每张玻片的每个采集点的有效孢子数为3.2个。

脉冲云智能孢子捕捉仪运行自动采集图像及前台展示见图1、图2。捕捉器运行期间，发现孢子捕获数量除与病情发生的情况有关外，还与设备性能、当地的气候条件、试验地周边环境等有着较大关系。空气中杂质、灰尘等很多颗粒物对孢子图像影响较大，导致经常出现疑似孢子的图片出现。

图1 脉冲云智能孢子捕捉仪自动采集

图2 脉冲云智能孢子捕捉仪前台展示

2.2 与田间发病的一致性

3月27日，捕捉仪首次捕捉到小麦条锈病孢子。条锈病孢子适温下潜育期为10～12 d，理论推算田间发病时间为4月6～8日，与大田4月7日始见病叶较为契合。田间应用表明，脉冲云智能孢子捕捉仪对指导大田小麦条锈病精准预警防控时效性强、准确度高，可在大田广泛应用推广。

3 结论与讨论

与传统孢子捕捉仪相比，脉冲云智能孢子捕捉仪具有自动采集、自动观察、自动计数、自动上传数据的优点。云平台获得脉冲云智能孢子捕捉仪上传的田间孢子密度数据，根据孢子密度与小麦条锈病病情指数间的关系，精准得出监测报告。同时根据田间小气候特征和天气预报数据预测出今后几天病害发生趋势，完成对小麦条锈病远程自动化监测与预报。

脉冲云智能孢子捕捉仪近几年的田间现场使用表明，实用性、可靠性优于传统孢子捕捉仪。同时，图像较为清晰，技术手段可行，可作为新一代测报设备用于孢子的监测与测报体系中。

为进一步提升设备的实用性及普及性，将进一步完善和补充病原菌孢子种类的自动识别和计数系统，最大限度地排除空气杂质干扰，提高孢子识别精准度，最终实现监测设备的自动化和智能化，推进病害监测技术的进步。