SpectraPen/PolyPen手持式光谱仪应用案例 ——病害无人机普查与特性研究

病害是植物尤其作物最主要的胁迫因素之一。病害会造成农作物产量的严重损失、加剧食品安全风险，对生态系统完整性和稳定性也有显著的影响。

现在，在农田、森林、草原等病害早期检测与普查中，一个非常重要的研究工具就是搭载了高光谱相机和红外热成像相机的无人机。同时在地面上还要配合光谱仪、叶绿素荧光/荧光成像仪、光合仪等对无人机获取的数据进行校正和综合分析。

木质部难养菌(或叶缘焦枯病菌，Xylella fastidiosa)是一种在木质部生长并且依靠昆虫介体传播的植物病原细菌。该菌的寄主范围很广，能侵染超过30个科的植物，包括单子叶和双子叶植物。该病原菌可以引起重要的农业经济作物病害，如葡萄皮尔斯病和柑橘杂色萎黄病等。这种病菌最早发生在美国，2013年后传播到欧洲，曾经造成意大利南部数百万株橄榄死亡。

欧盟联合研究中心的Zarco-Tejada研究团队与欧洲、澳大利亚等大学和科研机构合作，在意大利南部对这种病菌进行跟踪调查和特征分析。通过无人机搭载的高光谱相机和红外热成像相机分别从光谱特性和冠层温度两方面对橄榄进行检测，从中识别病害植株并对其特性进行分析。

同时，他们还使用FluorPen手持式叶绿素荧光仪测量了叶绿素实时荧光来反映叶片光合系统的受损情况。。同时使用PolyPen手持式植物反射光谱测量仪测量叶片的反射光谱并计算了一系列植被反射指数如光化学反射指数PRI、归一化叶绿素脱镁作用指数NPQI、红边指数VOG2、叶绿素指数CI等。

通过FluorPen手持式叶绿素荧光仪和PolyPen手持式植物反射光谱测量仪在叶片尺度的验证，证明了通过无人机平台进行的光谱分析和热成像分析能够在景观尺度上快速准确的鉴定这种病害。研究成果已经发表于《Nature Plants》、《ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing》等期刊。

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参考文献：

1. Zarco-Tejada, P. J., Camino, C., Beck, P. S. A., Calderon, R., Hornero, A., et al. 2018. Previsual symptoms of Xylella fastidiosa infection revealed in spectral plant-trait alterations. Nature Plants, 4(7), 4 ts, 4(7), 432–439

2. Poblete, T., Camino, C., Beck, P. S. A., Hornero, A., et al. 2020. Detection of Xylella fastidiosa in  fastidiosa infection symptoms with airborne multispectr tral and thermal imagery: Assessing bandset redu eduction performance from hyperspectral analysis. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 162, 27–40

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