Jak kontrolować choroby upraw dzięki inteligentnemu rolnictwu

Systemy rolnicze stoją przed problemem nie tylko produkcji żywności dla ludzi i zwierząt, ale także ochrony środowiska. Dlatego obecnie rośnie presja na ograniczenie stosowania pestycydów, aby obniżyć potencjalne koszty produkcji i ograniczyć wpływ na środowisko.

Monitorowanie upraw umożliwia identyfikację obszarów potencjalnie ryzykownych i indywidualne ich leczenie, co przekłada się na znaczny wzrost skuteczności leczenia chorób.

Obecność chorób roślin w gospodarstwach rolnych kosztuje rolników dużo pieniędzy. Według badań IRJET straty w plonach spowodowane przez zwierzęta, choroby, szkodniki i chwasty stanowią od 20 do 40 procent całkowitej globalnej produktywności rolnictwa.

Tradycyjna metoda fizycznej analizy poszczególnych cech liści, takich jak tekstura, kolor i kształt, w celu identyfikacji infekcji nie zawsze jest skuteczna. W rezultacie większość rolników na całym świecie zleca diagnostykę chorób w swoich uprawach na dużych farmach profesjonalnym rolnikom. Jest to jednak proces czasochłonny i kosztowny.

Tradycyjne metody stosowane przez niektórych rolników nie uwzględniają nowoczesnych technik automatyzacji rozpoznawania i klasyfikacji chorób roślin. Rolnicy nie potrafią wykryć chorób roślin w dużych gospodarstwach, co skutkuje znacznym spadkiem ilości i jakości produkcji rolnej.

W rezultacie inteligentne rolnictwo jest dla rolników nieodzownym cyfrowym zasobem, umożliwiającym ciągłe monitorowanie chorób roślin bez konieczności dokonywania dużych nakładów pracy, szczególnie w odległych obszarach rolniczych.

Czym są choroby roślin?

Roślina zazwyczaj zapada na chorobę, gdy jest stale atakowana przez określony czynnik chorobotwórczy, powodujący anomalie procesów fizjologicznych, które zaburzają normalną strukturę rośliny, jej funkcjonowanie, wzrost oraz inne procesy.

Stany i objawy patologiczne są wynikiem zaburzenia funkcjonowania jednego lub więcej kluczowych układów biochemicznych i fizjologicznych rośliny.

Występowanie i rozpowszechnienie chorób roślin zmienia się sezonowo, w zależności od występowania patogenu, warunków środowiskowych oraz uprawianych roślin i ich odmian. Niektóre odmiany roślin są bardziej podatne na choroby roślin niż inne.

Klasyfikacja chorób roślin

Choroby roślin klasyfikuje się genetycznie na podstawie charakteru ich głównego czynnika sprawczego, który może być niezakaźny lub zakaźny. Organizm patogenny, taki jak wirus, wiroid, bakteria, grzyb, mykoplazma, pasożytnicza roślina kwitnąca lub nicień, wywołuje zakaźne choroby roślin.

Czynnik zakaźny może replikować się wewnątrz lub na roślinie żywicielskiej i rozprzestrzeniać się z jednego wrażliwego żywiciela na drugiego. Niezłośliwe choroby roślin są spowodowane niekorzystnymi warunkami wzrostu, takimi jak wysokie temperatury, zły stosunek tlenu do wilgoci, trujące substancje chemiczne w atmosferze lub glebie oraz niedobór lub nadmiar składników odżywczych.

Ponieważ nie są organizmami zdolnymi do rozmnażania się w organizmie żywiciela, niezakaźne czynniki chorobotwórcze nie są przenoszalne.

W rolnictwie rośliny mogą być atakowane przez wiele czynników chorobotwórczych jednocześnie. Roślina cierpiąca na niedobór składników odżywczych lub zaburzenie równowagi między wilgotnością gleby a tlenem jest często bardziej podatna na infekcję patogenami, a roślina zainfekowana jedną chorobą jest często podatna na wtórną inwazję patogenów.

Kompleks chorobowy to zbiór wszystkich czynników chorobotwórczych atakujących roślinę. Znajomość typowych nawyków wzrostu, cech odmianowych oraz normalnej zmienności roślin w obrębie gatunku – w zależności od środowiska, w którym rośliny rosną – jest niezbędna do zdiagnozowania choroby.

Przyczyny chorób upraw

Choroby roślin uprawnych tradycyjnie klasyfikowano na dwa rodzaje: abiotyczne (znane również jako niezakaźne) i biotyczne (zakaźne). Niekorzystne warunki środowiskowe często prowadzą do chorób niezakaźnych. Niska lub wysoka temperatura oraz nadmiar lub niedobór wilgoci to tylko niektóre z przykładów.

Zakażenia są również często powodowane przez szkodliwe zanieczyszczenia powietrza. Pobliskie zakłady chemiczne lub metalurgiczne mogą powodować ich kumulację. Choroba jest zazwyczaj spowodowana niezdrowym składem fizykochemicznym gleby.

Ten ostatni czynnik jest często wynikiem niskiej jakości herbicydów stosowanych na polach. Te przykłady pokazują znaczenie zrównoważonego rolnictwa nie tylko dla ochrony środowiska, ale także dla rentowności przedsiębiorstw.

Nawet niekorzystne warunki oświetleniowe mogą mieć negatywny wpływ, zwłaszcza na rośliny uprawiane w szklarniach. Toksyny uwalniane do gleby przez niektóre embriofity (rośliny wyższe) i grzyby również mogą być przyczyną chorób upraw.

Czynnikami wywołującymi zakażenia są:

• Bakteria.
• Rośliny pasożytnicze.
• Wirusy.
• Grzyby.
• Nicienie.

W kolejnych sekcjach omówimy istotne choroby upraw oraz ich objawy.  Nieożywione warunki środowiskowe lub złe zarządzanie gospodarstwem rolnym są przykładami abiotycznych, czyli niezakaźnych, czynników chorobotwórczych. Nie przenoszą się one na inne rośliny. Istnieje kilka powszechnie uznanych czynników abiotycznych:

• Ekstremalne temperatury.
• Wiatr.
• Susza lub powódź.
• Wilgoć.
• Częste i ulewne deszcze.
• Zagęszczenie gleby.
• Nadmiar lub niedobór składników odżywczych.
• Niewłaściwe gospodarowanie wodą.
• Uszkodzenie chemiczne spowodowane pestycydami lub solami.

Czynniki chorobotwórcze o charakterze biotycznym, zwane również zakaźnymi, to patogeny organizmów żywych, które mogą przenosić się z jednego gospodarza na drugiego i przenosić choroby.
Patogeny klasyfikuje się do następujących kategorii:

Grzyby: Najczęstszym problemem w rolnictwie są grzyby patogeniczne. Według badań, ten rodzaj choroby roślin niszczy około jednej trzeciej wszystkich upraw żywnościowych każdego roku.

W tym kontekście problem jest poważny zarówno z humanitarnego, jak i ekonomicznego punktu widzenia. Infekcje te, podobnie jak bakteryjne choroby upraw, atakują rośliny głównie poprzez rany, pory wodne i aparaty szparkowe. Ponadto zarodniki grzybów są często przenoszone przez podmuchy wiatru.

Wirusy: Wiroidy i wirusy to najpoważniejsi, ale najgroźniejsi wrogowie roślin (subwirusowe czynniki zakaźne). Uratowanie rośliny po jej zakażeniu jest praktycznie niemożliwe.

W większości przypadków infekcja rozprzestrzenia się poprzez kontakt między zdrowymi i chorymi roślinami. Wirusy mogą również rozprzestrzeniać się wegetatywnie, za pośrednictwem nasion, pyłków i owadów. Jednak wirusy najczęściej przenoszą się przez glebę.

Bakterie: Choroby bakteryjne upraw, zazwyczaj wywoływane przez bakterie, należą do najczęstszych infekcji w rolnictwie. Z tego powodu zapobieganie i zwalczanie tego typu chorób jest trudne.

Czynnik chorobotwórczy musi wniknąć do tkanki kultury, aby ją zainfekować. Do zakażenia dochodzi głównie w wyniku uszkodzeń, takich jak uszkodzenia spowodowane przez narzędzia rolnicze, owady (np. pchły) lub po prostu niekorzystne warunki pogodowe (takie jak kurz, ulewny deszcz i wiatr).

Bakterie natomiast mogą zakażać rośliny poprzez naturalne otwory lub gruczoły (na przykład wydzielające nektar).

Nicienie: Nicienie to pasożytnicze nicienie roślin, których nie można zobaczyć bez specjalistycznego sprzętu. Ponieważ żyją w glebie, atakują głównie korzenie, cebule i bulwy. Zidentyfikowano ponad 4100 niebezpiecznych gatunków nicieni.

Rośliny pasożytnicze: żerują na roślinach uprawnych i pobierają chlorofil z rośliny żywicielskiej, ponieważ go im brakuje. Na przykład jemioła karłowata rośnie na innych roślinach i czerpie z nich składniki odżywcze.
Glony. Teoretycznie nie powodują większych szkód, jednak w pewnych warunkach mogą być problematyczne.

Jakie są objawy chorób roślin?

Obserwowalny skutek choroby roślin określa się mianem objawu. Jednym z objawów może być zauważalna zmiana koloru, funkcji lub kształtu rośliny, będąca reakcją na infekcję.

Więdnięcie werticiliowe charakteryzuje się więdnięciem liści, wywoływanym przez grzyb Verticillium albo-atrium oraz werticiliozę dalii. Typowe objawy bakteryjnej zarazy fasoli na roślinach to brązowe, nekrotyczne zmiany otoczone jaskrawożółtą obwódką na blaszce liściowej lub w jej środku.

Nie obserwuje się patogenu wywołującego chorobę, lecz objaw wywołany przez infekcję. Poniżej przedstawiono przykłady typowych objawów grzybiczych, bakteryjnych i wirusowych chorób roślin:

Objawy chorób grzybowych:

Zakażenie grzybicze często objawia się miejscową lub ogólną martwicą. Choroby roślin uprawnych wywoływane przez grzyby mogą również zakłócać prawidłowy wzrost lub przyczyniać się do nadmiernego wzrostu, znanego jako hipertrofia.

Inne objawy chorób roślin obejmują:

• Plamy na liściach.
• Łuszczenie się.
• Gnić.
• Antraknoza.
• Owrzodzenia liści.
• Loki z brodawek i liści.

Objawy choroby grzybowej:

• Rdza liści (powszechna w przypadku kukurydzy).
• Antraknoza owoców jagodowych.
• Zamieranie siewek (Phytophthora).
• Chloroza (żółknięcie liści).
• Rdza łodygowa (rdza łodygowa pszenicy).
• Plamistość liści (brązowa plamistość septorii).
• Sclerotinia (biała pleśń).
• Mączniak prawdziwy.

Objawy choroby bakteryjnej (trudne do zaobserwowania, ale mogące obejmować):

Jak wspomniano wcześniej, istnieje wiele rodzajów chorób wywoływanych przez dużą liczbę bakterii. Poniżej wymieniono najczęstsze choroby roślin uprawnych:

• Wyciek bakteryjny.
• Zmiany nasiąknięte wodą.
• Bakterie wypływające z wody z przeciętej łodygi.

Objawy choroby bakteryjnej:

• Plamy na owocach.
• Galasa koronowa.
• Plamistość liści z żółtą obwódką.
• Rak.
• Łodyga zakrętu Shepperda kończy się na roślinach zdrewniałych.

Objawy chorób wirusowych:

Objawy chorób roślin uprawnych wywoływanych przez wirusy można zazwyczaj podzielić na cztery typy: wady rozwojowe, takie jak nieprawidłowy wzrost pędów oraz deformacje liści i kwiatów; martwica, więdnięcie oraz pojawianie się pierścieniowych pasów i plam; karłowatość, zahamowanie wzrostu zarówno poszczególnych części, jak i całej rośliny; oraz przebarwienia, takie jak żółknięcie i przejaśnienie nerwów.

Choroby korzeni, objawiające się gniciem, są wyraźnym sygnałem obecności wirusa. Niektóre rośliny mogą jednak nie wykazywać objawów i być utajonymi nosicielami choroby. W związku z tym w walce z tego typu infekcją wymagana jest szczególna czujność.

Karłowacenie roślin

Jak widać, objawy chorób wirusowych, bakteryjnych i grzybiczych w dużym stopniu się pokrywają. W przypadku pojawienia się nieznanego problemu w roślinie, należy wziąć pod uwagę uszkodzenia spowodowane herbicydami, choroby abiotyczne i problemy z nicieniami.

Jak chronić plony i przewidywać choroby upraw dzięki inteligentnemu rolnictwu?

Oszczędności przynoszą zyski Ochrona upraw przed chorobami jest palącą kwestią dla każdego rolnika, który chce osiągnąć najlepsze rezultaty. Pierwszym i najważniejszym krokiem w ochronie upraw jest wiedza. Każdy rolnik powinien być świadomy podatności upraw na określone choroby, a także czynników abiotycznych sprzyjających ich występowaniu.

Co ważniejsze, jedną z najskuteczniejszych praktyk jest stosowanie środków zapobiegawczych, takich jak:

• Sadzenie odmian odpornych lub tolerancyjnych.
• Zarządzanie optymalnym czasem sadzenia i zbioru.
• Jakość roślin i zdrowy materiał.
• Dezynfekcja sprzętu.
• Płodozmian.
• Zarządzanie składnikami odżywczymi roślin w oparciu o potrzeby upraw.

Istnieje kilka innych czynników, które mogą mieć znaczący wpływ na choroby upraw polowych i ich zarządzanie. Regularny monitoring upraw i pól, a także szybka reakcja, mogą być prawdziwym ratunkiem dla każdej produkcji roślinnej. Oto trzy sposoby, w jakie inteligentne rolnictwo może pomóc w walce ze szkodnikami upraw.

Całodobowy monitoring upraw

Rolnicy na całym świecie ponoszą znaczne straty żywności w wyniku zakażenia upraw patogenami, takimi jak grzyby, wirusy, bakterie i inne.

Rolnicy mogą korzystać z zaawansowanego rozwiązania do wykrywania i identyfikacji chorób, aby ograniczyć szkody w uprawach. Mogą oni badać wilgotność, temperaturę i wilgotność liści, aby wykryć niedobory składników odżywczych i infekcje chorobowe, które mogą rozprzestrzeniać się w uprawach i obniżać plony.

Zaawansowany kalkulator nawozów

Inteligentne rozwiązanie z kalkulatorem nawożenia może pomóc w obliczeniu odpowiedniej ilości nawozu. Pozwala to zaoszczędzić na pestycydach, a jednocześnie chronić środowisko przed zanieczyszczeniami agrochemicznymi.

Plantatorzy mogą również podjąć środki zapobiegawcze z dużym wyprzedzeniem, aby uniknąć strat w zbiorach, identyfikując region gospodarstwa, w którym ryzyko wystąpienia ognisk chorób jest wysokie.

Skuteczny monitoring zdrowia roślin

W dużych gospodarstwach identyfikacja infekcji chorobowych roślin poprzez inspekcję wizualną może prowadzić do błędnej diagnozy. Właśnie tutaj z pomocą przychodzi inteligentne rozwiązanie rolnicze oparte na sztucznej inteligencji.

Na podstawie zarejestrowanego obrazu liścia, to inteligentne rozwiązanie rolnicze może pomóc plantatorom w ustaleniu, czy choroba utrzymuje się w roślinach. Technologia ta służy do przewidywania chorób upraw i może zalecać spersonalizowane metody leczenia chorób roślin w oparciu o nawozy, czynniki wyzwalające i objawy na podstawie zarejestrowanych obrazów.

Podsumowując

Choroby roślin stanowią poważne zagrożenie dla całych upraw. Dlatego niezwykle ważne jest, aby rolnicy skutecznie sobie z nimi radzili i kontrolowali je poprzez wczesną profilaktykę. Zadanie to może być trudne w zależności od wielkości obszaru rolnego, zwłaszcza że lista szkodliwych chorób upraw jest dość długa. Rolnicy mogą jednak skorzystać z nowoczesnych technologii. Monitoring upraw umożliwia identyfikację obszarów zagrożonych i indywidualne leczenie każdej uprawy, co znacznie zwiększa skuteczność zwalczania chorób.