看不見、摸不著、聞不到……農作物真菌病害常年大面積發生，嚴重威脅我國的糧食安全。近日，江蘇大學電氣信息工程學院教授楊寧團隊研發的“小盒子”解決了這個大難題，能夠自動識別、精準定位的“作物病害早期自動監測預警系統”為農作物病害檢測工作帶來新方案，相關研究成果在國際物聯網領域頂級學術期刊《IEEE物聯網期刊》上發表。
“隨著種植面積的擴大及重茬種植年限的增加，農作物病害分布廣泛，潛伏侵染性強。”楊寧表示，在水稻病害監測中，稻瘟病、稻曲病等真菌病害在江蘇及南方其他地區流行風險極高，往往數十個小時就可達到數十畝倒伏，稻曲病還會產生黃曲霉素等致癌物，危害人類身體健康。
農作物病害初起之時，難以被察覺，卻可能導致嚴重后果。預防病害就要了解病害是怎么發生？在哪發生？怎么傳播？長期以來，作物病害的監測與預警主要依靠人工完成，不僅勞動強度大，而且預報時效性和準確率不高。“病害的致病源是孢子，只有頭發絲直徑的百分之一大小，從肉眼難以看到。”楊寧說。
“難以捕捉、不易定位是作物病害‘狡猾’之處。”楊寧團隊通過長期監測、反復試驗、數據對比，利用指甲蓋大小的氣流控制芯片，精準捕捉只有幾個微米的孢子，通過多光譜衍射成像技術“放大”成像，實時計算出孢子數量，直接連接物聯網平臺，結合傳感器采集溫濕度等環境數據，及時判斷病害情況，再通過手機小程序、計算機終端等方式將病害監測信息發送給農戶，精準指導早期農藥噴灑，使作物病害防治有了“千里眼”和“聽診器”。
“讓農民用得起、用得好、長受益，是我們做科研的落腳點。”楊寧說，田間環境惡劣，高溫、高濕、高鹽（塵）霧使得傳感器可靠性低、耐久性差，團隊采用研發的專用塑封料和噴涂料打包的系統封裝工藝，提高通用傳感芯片散熱效率，增強傳感器的耐腐蝕性，延長傳感器免維護工作時長，將作物病害智能檢測農業專用芯片集成在約1.5升的“小盒子”中，實現簡單高效、實時監控的作物病害檢測。
據悉，這個“小盒子”的傳感器封裝技術已獲批2022年江蘇省科學技術獎二等獎，病害檢測專用傳感芯片相關成果獲批國家重點研發計劃青年科學家項目。目前，該預警系統已在江蘇潤果農業發展有限公司和江蘇農博園等地應用示范。項目團隊在稻田、果園、溫室等實地安裝檢測節點，通過大量數據分析建立預測模型，最終系統對水稻、草莓等作物的孢子病害識別率達85%以上，且可以實現病害源精準定位功能，最大定位誤差達0.35米。
文章來源：科學網 2023年3月16日
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