Dados hiperespectrais aplicados na avaliação de videiras da cultivar Cabernet Sauvignon infectadas com alguns patógenos

Abstract

As doenças bióticas afetam o desenvolvimento e a produção de videiras, o que pode resultar em perda econômica, social e ambiental. As plantas doentes têm seu metabolismo modificado, levando a alterações em seus espectros de reflectância (ER). Pouco se sabe sobre essas alterações, e mais pesquisas devem ser realizadas para se desenvolver sensores capazes de detectar “sintomas” de doenças através de técnicas rápidas e não destrutivas. O presente estudo teve como objetivo detectar mudanças no ER de videiras da cv. Cabernet Sauvignon infectado com alguns patógenos causadores das doenças míldio, oídio, pé-preto e doença de Petri com o intuito de descrever os domínios espectrais onde as alterações são mensuráveis entre as plantas doentes em relação às videiras saudáveis. Plantas de videiras da cv. Cabernet Sauvignon foram cultivadas em solo contido em vasos, mantidos em casa-de-vegetação e inoculadas com Plasmopara vitícola, Uncinula necator, Dactylonectria macrodidyma e Phaeoacremonium sp. Neste estudo, realizou-se análises do ER em plantas jovens e nos estágios iniciais do desenvolvimento da doença. As medidas de reflectância foram realizadas utilizando o espectrorradiômetro FieldSpec 3. Os ER foram investigados e as alterações na sua forma, característicos de cada doença, foram analisadas. Os descritores das doenças foram baseados em razões entre feições dentro de um espectro, o que permitiu a derivação de parâmetros intrínsecos para cada doença. Um conjunto de limiares, que são as razões de intensidade de reflectância em comprimentos de onda, foram derivados para as doenças estudadas utilizando análises estatísticas e percepções visuais. As razões de comprimentos de onda selecionadas foram 443/496, 443/573, 443/695, 443/1900, 496/573, 496/695, 516/1900 e 1900/2435 (valores em nanômetros), para os quais os ER de plantas infectadas apresentaram mudanças de forma de até 20% em relação a plantas saudáveis. As deformações espectrais observadas são maiores para as doenças pé preto e oídio, mas algumas razões de comprimento de onda também são indicadores de míldio e doença de Petri. Os dados do infravermelho próximo são, em geral, melhores, em comparação com as medições do infravermelho distante entre 1900 e 2435 nm. Estas informações podem ser usadas para o desenvolvimento de dispositivos de baixo custo que podem realizar medições de campo em tempo real para avaliação antecipada do estado de saúde das videiras e consequentemente diminuir as perdas econômicas causadas por estas doenças ou até mesmo reduzir o uso excessivo de pesticidas.

Biotic diseases impact the development and yield of grapevines, wich can result in economic, social and environmental losses. Sick plants have their metabolism changed, leading to alterations in their reflectance spectra. Little is known on these alterations, and a better knowledge could be used in the development of sensors able to detect diseases through fast, non-destructive techniques. The present study was aimed at detecting spectral changes on the reflectance spectra of vines of cv. Cabernet Sauvignon, infected with pathogens that cause downy mildew, powdery mildew, black-foot and Petri diseases, describing the spectral domains where alterations are measurable with respect to healthy control vines. Plants of vineyards of the cv. Cabernet Sauvignon were cultivated in soil contained in pots, kept in greenhouse and inoculated with Plasmopara vitícola, Uncinula necator, Dactylonectria macrodidyma e Phaeoacremonium sp. In this study, ER analyzes were performed in young plants and in the early stages of disease development. Reflectance measurements were performed using a FieldSpec 3 spectroradiometer. The ER were investigated and the changes in their shape, characteristic of each disease, were analyzed. The disease descriptors were based on ratios between spectral features inside a spectrum, a procedure which allowed the derivation of parameters intrinsic to each disease. A set of thresholds, which are the intensity ratios of reflectance at selected wavelengths, was derived for the studied diseases. The selected wavelength ratios were 443/496, 443/573, 443/695, 443/1900, 496/573, 496/695, 516/1900, and 1900/2435 (values in nanometers), for which the spectra from infected plants present shape changes of as much as 20% with respect to healthy plants. The observed spectral deformations are larger for black-foot and powdery mildew, but some wavelength ratios are also indicators of downy mildew and Petri disease. Data from near-infrared are in general more useful, compared with measurements at 1900 and 2435 nm. This information can be used for the development of low cost devices that can perform field measurements in real time for early assessment of the health status of the vineyards and consequently reduce the economic losses caused by these diseases or even reduce the excessive use of pesticides.