Ранние признаки проблем с килой крестоцветных на рапсовом поле легко пропустить. Это почвенное заболевание, вызываемое бактерией Plasmodiophora brassicae Woronin, поражает корни рапса. С момента первого обнаружения на товарных полях оно стало одной из самых серьезных угроз для этой культуры.
Раннее выявление килы крестоцветных на рапсе часто затруднено. Зараженные растения могут выглядеть так же, как и здоровые. Они могут зацветать с опозданием, но плотные посевы затрудняют обход полей без повреждения растений, а визуальный осмотр часто не выявляет инфекцию до тех пор, пока растения не начнут проявлять признаки заболевания. К тому времени, когда симптомы становятся очевидными над землей, возможности борьбы часто ограничены, что приводит к значительным потерям урожая и дополнительным затратам для производителей.
В период с 2021 по 2023 год исследователи из Саскачеванского политехнического института, входящие в состав Интегрированных центров передового опыта в области устойчивого развития (SLICE), начали изучать проблему с высоты птичьего полета. В состав команды входили Дэвид Халстед и Лейла Бенмерруш. Используя дроны, оснащенные гиперспектральными камерами, исследователи изучали, можно ли выявить килу крестоцветных на ранней стадии цветения, до появления видимых симптомов над землей, и когда еще доступны методы борьбы.
«Если не выявить проблему на ранней стадии, по сути, придется полностью вывести поле из эксплуатации на несколько лет. Это чрезвычайно дорого и создает серьезные проблемы для производителей. Мы пытались обнаружить небольшие очаги килы, а не ждать, пока проблема распространится на все поле», — сказал Дэвид Халстед, руководитель исследовательского отдела SLICE.
Канадский совет по рапсу оказал помощь в определении полей для оценки, а многочисленные производители сотрудничали, предоставляя доступ к полям и поддерживая мероприятия по отбору проб.
Полевые исследования были сосредоточены на севере провинции Альберта, где кила крестоцветных на рапсе более распространена. Проект опирался на доступ к высококачественным эталонным участкам, включая анонимизированные оценки распространения килы, предоставленные компанией DL Seeds Inc. Команда использовала дроны для облета полей производителей и исследовательских участков в период раннего цветения.
В отличие от обычных камер, которые улавливают красный, зеленый и синий свет, гиперспектральные датчики регистрируют отраженный свет в сотнях узких диапазонов длин волн. Каждое растение отражает свет по-разному в зависимости от своей структуры, химического состава и уровня стресса. Исследовательская группа предположила, что заражение килой изменяет эти сигналы настолько, что их можно обнаружить с помощью углубленного анализа данных.
Исследование проводилось совместно с фитопатологами, доктором Брюсом Госсеном и доктором Мэри Рут Макдональд из Министерства сельского хозяйства и продовольствия Канады и Сельскохозяйственного колледжа Онтарио. В течение лета дроны собирали изображения, а после сбора урожая фитопатологи осматривали образцы корней, чтобы подтвердить, какие растения были заражены, а какие здоровы. Эти данные использовались для обучения и проверки моделей ИИ, пока заражение еще ограничивалось небольшими участками поля.
В лаборатории Халстед и Бенмерруш применили методы машинного обучения для анализа гиперспектральных данных. Сравнивая подтвержденно здоровые и зараженные растения, модели смогли с высокой степенью точности отделить стресс, вызванный килой, от нормальных изменений растений.
Наилучшая модель правильно определяла пораженные участки более чем в 90% случаев и с полной точностью выявляла килу на уровне поля на всех проанализированных участках и в разные сезоны. Результаты были рецензированы и опубликованы в Европейском журнале агрономии в 2025 году.
Применив модель попиксельно ко всем полям, исследователи создали подробные карты, показывающие, где наиболее вероятно наличие килы крестоцветных. В нескольких случаях закономерности распространения заболевания точно совпадали с очевидными путями перемещения техники, что подтверждает ранее полученные данные о том, что загрязненная техника может способствовать распространению заболевания на полях.
Реализация проекта стала возможной благодаря поддержке Фонда развития сельского хозяйства Саскачевана и компании SaskCanola (ныне SaskOilseeds).
Для производителей это имеет большое значение. Раннее обнаружение позволяет изолировать и контролировать зараженные участки, оставляя остальную часть поля в производстве.
«Вместо того чтобы выводить из оборота все поле, можно выявить зараженный участок, обработать его и защитить остальную часть урожая. Это было успешное исследование, но необходимы дальнейшие работы. Беспилотники и гиперспектральные технологии демонстрируют большой потенциал для раннего обнаружения опасной болезни», — сказал Халстед.
Источник: Saskatchewan Polytechnic.