利用新技术降低农业风险

从使用智能手机应用程序到土壤测试和播种,种植者的目标是提高经营效率。

卡尔文·坎菲尔德(右)是一名研究生,与密歇根州立大学植物、土壤和微生物科学系的助理教授曼内德·辛格(Maninder Singh)一起研究小麦的精准种植。丹尼斯·彭宁顿(左)是密歇根州立大学推广和密歇根州立大学AgBioResearch的小麦系统专家。bob体育登录
卡尔文·坎菲尔德(右)是一名研究生,与密歇根州立大学植物、土壤和微生物科学系的助理教授曼因德·辛格(中)一起研究小麦的精准种植。丹尼斯·彭宁顿(左)是密歇根州立大学推广和密歇根州立大学AgBioResearch的小麦系统专家。bob体育登录

尽管围绕精准农业的大部分讨论都集中在无人机上,但现实是,无人驾驶飞行器并没有在许多农场使用。bob体育合法吗其他涉及风险预测的工具更容易实现,成本也更低。

密歇根州bob体育登录立大学的研究人员正在与工业界合作,设计新的实验室和现场测试,并建立在首次用于人类医学的DNA技术的突破上,仅举几例。一个例子是一款向大豆种植者通报重大疾病威胁的应用程序。

自20世纪70年代以来,密歇根州和中西部地区的大豆种植者一直在与白霉病作斗争,这是一种慢性疾病,也会影响其他作物。白霉病曾经是局部地区的一个小问题,但现在已经爆发,影响了十几个州。

科学家们还没有分离出这种疾病传播的确切原因,这种疾病在水分充足、温度适中的地区流行。高产大豆尤其容易受到影响。一种理论指出了一些现代高性能品种在遗传学上的潜在弱点。

当引起白霉的真菌发芽时,就会出现类似小蘑菇的apothecia。这些释放的孢子被风带到大豆花瓣上。当种植者观察到白霉病的症状时,已经来不及治疗了。

密植成行的树冠由于光照不足和空气流动,会促进白霉病的发生。这种结合创造了一个潮湿的环境,有利于药剂的形成和植物感染。

马丁Chilvers他是哈佛大学的副教授密歇根州立大学植物、土壤和微生物科学系,旨在确定有利于疾病传播的确切天气条件。

在2016年和2017年,奇尔弗斯和他的学生和博士后研究人员团队参观了已知有白色霉菌的领域,主要是在bob体育登录蒙特卡姆研究中心bob体育登录在密歇根州的湖景镇。研究小组用手和膝盖计算了昆虫数量,并记录了温度和湿度数据。

奇尔弗斯说:“蒙特卡姆研究中bob体育登录心在这方面很出色,因为这是一个有很多白色霉菌的地区。”“这是一项艰巨的工作,但具有讽刺意味的是,手工完成这项艰巨工作的回报是,我们获得了大量用于移动应用程序生产的数据。这项技术确实是应用领域的工作。”

这款应用程序名为Sporecaster,于2018年公开发布,可免费下载。该项目由威斯康星大学麦迪逊分校(UW-Madison)的推广田作物病理学家达蒙·史密斯(Damon Smith)领导。

Jaime Willbur她现在是密歇根州立大学的马铃薯和甜菜病理学家,与史密斯一起在威斯康星大学麦迪逊分校攻读博士学位。Chilvers和他的团队是为应用程序模型的开发和验证提供现场数据的几个合作伙伴之一。

在应用程序的主屏幕上,用户被要求输入一个新的字段,或者在字段创建后从现有列表中进行选择。在给田地命名bob是什么平台后,用户必须选择15或30英寸的行距,表明是否使用灌溉,并根据坐标确定位置。然后,该应用程序会询问是否有花,以及树冠行闭合是否低于或超过给定的阈值。

Sporecaster利用Dark Sky前30天的天气数据,特别是考虑到湿度和温度,为开发apothecia分配了一个风险百分比。科学家们发现,在植物易受感染的花期施用杀菌剂最有效。

威尔伯说:“2017年,我们在威斯康辛州大豆种植区的33个商业田地测试了该模型,并在爱荷华州、密歇根州和内布拉斯加州进行了进一步验证。”“我们进行了大量的侦查和实地工作,但多亏了优秀的研究人员和合作者团队,我们能够开发出一种准确、屡获殊荣的工具,让种植者做出更有效、更经济的决策。bob体育登录

“我们收到了坊间反馈,种植者对它的表现很满意,2018年我们的Sporecaster下载量超过1600次。”

大豆白霉病是美国北部的主要问题,但另一种有问题的病原体仍然存在于所有大豆种植州:大豆猝死综合征(SDS)。它的经济影响是巨大的,在最严重的年份,它可能导致几乎全部的作物损失。

像白霉菌一样,SDS是由真菌引起的,在潮湿的条件下茁壮成长。由于这种疾病喜欢凉爽的天气,密歇根是它繁殖的理想地点。SDS是土壤传播的,所以一旦建立,与这个问题的斗争几乎是不可能的。

奇尔弗斯说:“SDS真的很棘手,管理也很困难。”“一旦进入某个领域,就没有太多好的选择。种植者需要尽可能多的关于种植哪些品种以及何时考虑种子处理的信息。关键是要积极主动。”

最好的防御措施是种植抗病品种。种植者还必须记住,灌溉、土壤压实和在低洼地区种植大豆往往会增加疾病的可能性。

bob体育登录研究人员指出,SDS在大豆囊线虫(以植物维管组织为食的寄生蛔虫)居住的土壤中更为普遍。控制大豆囊线虫在降低SDS严重程度方面显示出一定的希望。

Chilvers指出,了解SDS何时首次出现在田地中——以及出现的程度——可以给种植者更多的机会来确定管理策略。他和实验室里的学生一起发明了一种土壤测试方法,可以检测SDS真菌DNA。该小组在多个生长季节中采集了一系列土壤样本,发现土壤中DNA的数量与SDS疾病发展之间存在相关性。

bob体育登录研究人员正在继续在各个领域验证该测试,并且已经在包括MSU诊断服务在内的众多诊断实验室中使用。

奇尔弗斯说:“SDS是影响大豆种植者的主要疾病之一,所以我们需要在它之前解决它。”“这种DNA技术也是一种工具,可以帮助我们研究这种疾病的特征,并有望开发出更有效的控制措施。”

播下种子

保护农作物免受病虫害是必要的,但在此之前还有一个关键步骤。种植是种植者收获一个成功季节的第一步,而播种是最重要的。

Maninder辛格密歇根州立大学植物、土壤和微生物科学系的助理教授,正在研究播种在提高密歇根州玉米、大豆和冬小麦作物的生产力和盈利能力方面所起的作用。

辛格说:“种子的放置为整个赛季定下了基调。“农民可以通过确保种子间距和深度,使作物处于最佳生长位置,来决定产量潜力。在这之后的一切,比如疾病和害虫管理,都是为了保护这一潜力。”

对于玉米和大豆,精密播种机已经擅长于提供均匀的间距和深度。然而,需要改进的地方是识别和理解可以用不同植物种群管理的田间变异。辛格正在农场试验中探索可变速率播种。

在历史产量数据、土壤性质、地形和航空图像等信息的基础上,辛格希望提出规范性的建议。

辛格说:“当你在数百英亩的土地上工作时,温度、湿度、海拔和营养物质等因素都会有很大的变化。”“统一种植不是以最有效的方式利用资源。我们考虑的是种子、水、营养物质的成本,所有这些投入都使农业变得昂贵。”

例如,在玉米田,种植者每英亩种植大约3万到4万颗种子。对于大豆来说,这个数字大约是15万。冬小麦种植者每英亩种植大约150万粒种子。对于这些作物中的任何一种,精确种植都是一个具有挑战性的前景。辛格说,小粮食生产的技术还没有玉米和大豆那么先进,他正在研究不同类型的种植者。

辛格说:“我们正在与各种设备制造商合作,研究改善小粒种子放置的技术。”“有很多改进技术的机会。公司、种植者和研究人员都想要同样的东西——更有效地利用bob体育登录资源,优化作物产量和盈利能力。”

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本文发表在《未来》杂志上,该杂志由密歇根州立大学AgBioResearch每年出版两次。BOB体育bob体育登录欲查看过去的期货,请访问www.futuresmagazine.msu.edu.欲了解更多信息,请发邮件给编辑霍莉·惠茨斯通whetst11@msu.edu或打电话517-355-0123

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