Гиперспектральный датчик выводит науку о сорняках на новый уровень
Исследователи из Арканзаса разработали систему, которая превосходит человеческое восприятие в оценке стресса растений, вызванного гербицидами, комбинируя искусственный интеллект и датчики, видящие за пределами видимого света.
Учёные из Сельскохозяйственной опытной станции Арканзаса опубликовали в журнале Smart Agricultural Technology исследование, доказывающее концепцию: гиперспектральные датчики, такие как спектрорадиометр, могут помочь в количественной оценке эффективности гербицидов. Это критически важно для борьбы с сорняками и сдерживания развития у них резистентности.
В то время как обычные камеры используют три видимых диапазона (красный, зелёный, синий) для создания изображений в спектральном диапазоне 380–750 нанометров, гиперспектральное зондирование захватывает диапазоны от 250 до 2500 нанометров, включая тепловой инфракрасный.
Исследователи применили эту технологию для оценки реакции мари белой (Chenopodium album L.) на глифосат. Они также получили эмпирические доказательства того, что фотосинтез у растения фактически усилился при воздействии сублетальной дозы гербицида.
«Реакция растений на применение гербицидов измеряется с помощью визуальной оценки, но её точность варьируется в зависимости от качества обучения и многолетней практики оценщика», — отметила руководитель исследования Аурели Понсе.
Учёные по защите растений обучены оценивать эффективность гербицидов с погрешностью в 10% (±5%). Исследователям удалось использовать модели машинного обучения на данных спектрорадиометра, чтобы достичь погрешности в 12.1%. Их цель — снизить её ниже 10%.
Для анализа тысяч точек данных вегетационных индексов использовался алгоритм машинного обучения «случайный лес», который комбинирует результаты множества «деревьев решений».
«Наш успех в использовании "случайного леса" для описания реакции мари на глифосат открывает возможность выйти за рамки разработки вегетационных индексов», — сказал ведущий автор исследования Марио Сото.
Следующие шаги
После доработки гиперспектральное зондирование можно будет использовать для измерения специфической реакции сорняков на гербициды, преодолевая ограничения визуальной оценки человеком. Дальнейшая разработка и валидация метода также могут быть использованы для создания платформы высокопроизводительной категоризации реакции сорняков на гербициды и скрининга на резистентность.
«Этот метод, в принципе, мог бы исключить человеческий фактор в оценке эффективности гербицидов и станет бесценным исследовательским инструментом для науки о сорняках», — сказала соавтор исследования Нилда Рома-Бургос. — «Тем временем предстоит ещё много работы по валидации метода для ключевых видов сорняков, механизмов действия гербицидов, времени после применения и условий окружающей среды».