Informații proiect

Titlu proiect: Managementul patogenului Uncinula necator utilizând sisteme informatice geografice

Programul 2 – Creșterea competitivității economiei românești prin cercetare, dezvoltare și inovare

Subprogramul 2.1 – Competitivitate prin cercetare, dezvoltare și inovare

Proiect experimental – demonstrativ

Autoritate contractantă: Ministerul Educației și Cercetării, U.E.F.I.S.C.D.I.

Perioada de derulare: 2020-2022

Coordonator proiect: INCDBH Ștefănești

Director proiect:         Vizitiu Diana Elena

vizitiud@yahoo.com

Partener proiect: Esri Romania

Project information

Project title: The management of Uncinula necator pathogen using geographic information systems

Program 2 – Increasing the competitiveness of the romanian economy through research, development and innovation

Subprogramme 2.1 – Competitiveness through research, development and innovation

Experimental – demonstrative project

Contracting authority: Ministry of Education and Research, U.E.F.I.S.C.D.I.

Unfolding period: 2020-2022

Project coordinator: INCDBH Ștefănești – Arges

Project manager: Vizitiu Diana Elena

vizitiud@yahoo.com

Project partner: Esri Romania

Obiective

– Dezvoltarea unui program care să permită prognoza patogenului U. necator în vederea prevenirii și reducerii efectelor negative pe care acestea le au asupra plantațiilor viticole.

– Implementarea programelor SSD în plantațiile viticole în vederea controlului unuia dintre cei mai importanți patogeni ai plantelor de viță-de-vie și reducerea costurilor activităților de protecția plantelor.

– Evaluarea factorilor climatici și determinarea influenței lor asupra evoluției patogenului U. necator.

Objectives

– Development of a program which will allow to predict of U. necator pathogen in order to prevent and reduce the negative effects they have in grapevine plantations

– SSD programs implementation in grapevine plantation to control one of the most important pathogens of grapevine and reduce the costs of plant protection activities.

– Evaluation of climatic factors and determination of their influence on the evolution of U. necator pathogen.

Rezumat

Vița-de-vie este foarte importantă din punct de vedere economic pentru România, dar multitudinea agenţilor patogeni (ciuperci, bacterii, virusuri, micoplasme) și condițiile climatice pot provoca daune semnificative producției de struguri și, de asemenea, pot influența negativ ciclul de dezvoltare al plantelor, reducând astfel veniturile producătorilor. Având în vedere arealul favorabil pentru cultura viței-de-vie, acest proiect iți propune să vină în sprijinul viticultorilor prin crearea unei platforme care să ajute producatorii să aplice eficient tratamentele fitosanitare pentru combaterea patogenului Uncinula necator prin implementarea GIS și SSD.

Abstract

The grapevine is very important from economic point of view for Romania, but the multitude of pathogens (fungi, bacteria, viruses, mycoplasmas) and climatic conditions can cause significant damages to grape production and, also, can negatively influence the development cycle of plants, thus reducing producers’ incomes. Given the favourable area for the grapevine cultivation, this project aims to support the viticulturists by creating a platform to help producers for an efficient apply the phytosanitary treatments to combat the U. necator pathogen by GIS and SSD implementation.

Rezultate preconizate

INCDBH Stefanesti-Arges si Esri Romania vor crea un model experimental care va fi testat in plantatia viticola din Stefanesti la genotipurile Feteasca neagra si Tamaioasa romaneasca. Acesta va identifica si monitoriza patogenul vitei-de-vie U. necator și va evalua daunele cauzate de acesta. In acelas timp, vor fi emise avertizari privind raspandirea patogenului in cultura de vita-de-vie care vor determina evolutia in timp si spatiu pentru a evidenția diferitele niveluri ale atacurilor, în funcție de condițiile climatice ale fiecarui an, de lucrările agrotehnice și protecția fitosanitară a viței-de-vie.

Expected results

INCDBH Stefanesti-Arges and Esri Romania will create an experimental model that will be tested in Stefanesti plantation on Feteasca neagra and Tamaioasa romaneasca grapevine genotypes. It will identify and monitor U. necator and will assess the damages caused by this pathogen of grapevine. At the same time, warnings will be issued regarding the spread of the pathogen in the grapevine culture, which will determine its the evolution in time and space to highlight the different levels of attack, depending on the climatic conditions of each year, agrotechnical works and the phytosanitary protection of grapevine.

Rezultate obtinute

Etapa 1 Crearea bazei de date GIS care va fi utilizată în modelarea spațială și temporală a factorilor declanșatori pentru agentul patogen Uncinula necator

În cadrul acestei etape s-au realizat documentări privind ciclul biologic al agentului patogen U. necator, s-au stabilit criteriile de evaluare a atacului și s-au elaborat formularele necesare realizării inspecției pe teren. Totodată, s-au monitorizat factorii climatici, s-a realizat fișa climatică a zonei luate în studiu și s-a determinat evoluția patogenului U. necator la plantele de viță-de-vie de Tămâioasă românească și Fetească neagră. S-a constatat că în condițiile climatice ale anului 2020 și datorită tratamentelor aplicate celor două soiuri de viță-de-vie, la Tămâioasă românească nu s-au format simptome specifice făinării. La plantele de Fetească neagră făinarea a înregistrat atac în luna august deși s-a aplicat același număr de tratamente fitosanitare. A fost realizat un zbor cu aeronava fără pilot pentru colectarea de imagini aeriene a zonei de studiu localizate în cadrul INCDBH Ștefănești. Imaginile aeriene au fost procesate cu ajutorul programului Drone2Map și au fost generate ortofotoplan și modele digitale de teren care au stat la baza populării bazei de date.

Etapa 2 Dezvoltarea modelului experimental SSD pentru prognoza spațială si temporală a agentului patogen Uncinula necator

În această etapă s-au colectat date cu telefonul Samsung (conectat la un dispozitiv Flir) si dronele  Phantom 4 multispectral și Mavik 2 pentru deep learning (bază de date), s-a monitorizat distribuția temporală si spațială a patogenului U. necator (fișe ale patogenului), condițiile din microclimat (fișa climatică) din zona de studiu și s-a instruit modelul neuronal pentru detectarea patogenului U. necator. Totodata, s-a identificat relația dintre factorii declanșatori și prezența patogenului U. necator, s-a detectat zona afectată utilizând modelul neuronal și imagini obținute cu telefonul mobil și dronele, s-a programat modelul experimental pentru prognoza spațială și temporala a patogenului U. necator, s-au realizat simulări epidemiologice ale patogenului U. necator și s-a testat modelul experimental dezvoltat.

Etapa 3 Validarea si diseminarea rezultatelor obținute în faza II cu dezvoltarea modelului experimental SSD GIS
Rezumat

Pe parcursul anului 2022, activitățile proiectului au fost concentrate pentru optimizarea modelului experimental și validarea rezultatelor obținute în etapele anterioare. Prima versiune a sistemului de detectare al patogenului Uncinula necator a fost dezvoltat în anul 2021 iar în anul 2022 au fost optimizate culegerea datelor cu aeronave fără pilot pentru cele echipate cu camere multispectrale, separarea suprafețelor cu viță-de-vie de suprafețele acoperite cu sol sau iarbă dintre rânduri, precum și testarea modelului cu mai multe combinații de benzi. Astfel, după optimizarea modelului experimental dezvoltat pentru prognoza spațială și temporală a patogenului U. necator s-a trecut la validarea acestuia și protejarea lui la OSIM (Buletinul Oficial de Proprietate Industrială) prin cererea de Brevet (Nr. A00711/10.11.2022). Totodată, s-a publicat un articol ISI și s-a participat la o   conferință internațională (Agriculture for life, life for agriculture). Diseminarea informațiilor privind modelului GIS dezvoltat s-a realizat prin intermediul unei broșuri și a unui workshop la care au participat specialiști din viticultură, pomicultură, legumicultură și silvicultură. 

Prezentare succintă a rezultatelor obținute în cadrul proiectului

Vița-de-vie poate fi afectată de foarte multe boli produse de diferiți agenți patogeni cum ar fi ciuperci, bacterii și virusuri. Factorii climatici pot favoriza debutul și evoluția acestor patogeni conducând uneori la pierderi economice datorită compromiterii producției de struguri. Deoarece patogenii pot fi combătuți foarte greu după apariția lor pe plantele de viță-de-vie, se impune obținerea de metode de prognoză și avertizare a patogenilor pentru sprijinirea viticultorilor. Acest lucru se poate realiza cu ajutorul programului PATGIS care asigura protecția plantelor de vita-de-vie, prin modelarea interacțiunii dintre plante, agenți patogeni si a factorilor climatici dezvoltat.

Programul PATGIS a fost obținut în cadrul proiectului PN-III-P2-2.1-PED-2019-5098, pe Platforma ArcGIS de la Esri utilizând datele colectate cu telefonul Samsung (conectat la un dispozitiv Flir), dronele Phantom 4 RTK multispectral și Mavic 2 Dual Enterprise, stația meteo iMetos 3.3., frecvența, intensitatea și gradul de atac al făinării viței-de-vie (produsă de patogenului Uncinula necator).

Phantom 4 multispectral	Mavic 2 Dual Enterprise	Telefonul Samsung Galaxy S10+ conectat la Flir One Pro

Results

Phase 1 GIS database creation that will be used in the spatial and temporal modelling of the triggering factors for the Uncinula necator pathogen

During this stage, documentations regarding the biological cycle of the pathogen U. necator are made, the criteria for evaluating the attack were established and the necessary forms for the field inspection were elaborated. At the same time, the climatic factors were monitored, the climatic sheet of the studied area was realized and the evolution of the U. necator pathogen at the plants belonging to Tămâioasă românească and Fetească neagră grapevine varieties was determined. Thus, it is found that in the climatic conditions of 2020 year and due to the treatments applied on the two grapevine varieties, no specific symptoms of powdery mildew appeared at Tămâioasă românească. In the case of Fetească neagră variety, the powdery mildew registered an attack in August, although the same number of phytosanitary treatments were applied. An unmanned aircraft flight was performed to collect aerial images of the studied area located within INCDBH Ștefănești. The aerial images were processed using the Drone2Map program and, also, digital terrain models were generated orthophotoplan, which formed the basis of the database population.

Phase 2 Development of the experimental SSD model for the spatial and temporal prediction of the Uncinula necator pathogen

At this phase, the data were collected with the Samsung phone (connected to a Flir device) and the Phantom 4 multispectral and Mavik 2 drones for deep learning (database), the temporal and spatial distribution of the pathogen U. necator (sheets of the pathogen) and microclimate conditions (climate sheet) were monitored in the studied area, and the neural model for detecting the U. necator pathogen was trained. At the same time, the relationship between the triggering factors and the presence of the pathogen was identified, the affected area was detected using the neural model and images obtained with mobile and drones, the experimental model for the spatial and temporal prediction of the U.  necator pathogen has been scheduled, epidemiological simulations of the U. necator pathogen were realized, and the developed experimental model was tested.

Phase no. 3 Validation and dissemination of the results obtained in stage 2 with the developed GIS DSS experimental model
Abstract

During 2022, the project activities were focused on optimizing the experimental model and validating the results obtained in the previous stages. The first version of the Uncinula necator pathogen detection system was developed in 2021 and in 2022 the data collection was optimized with unmanned aerial vehicle for those equipped with multispectral cameras, the separation of grapevine-covered surfaces from soil-covered surfaces or grass between the rows, as well as testing the model with several strips combinations. Thus, after optimizing the experimental model developed for spatial and temporal forecasting of the U. necator pathogen, it was validated and protected at OSIM (Official Industrial Property Bulletin) through the Patent application (No. A00711/10.11.2022). At the same time, an ISI article was published and it was registered the participation in an international conference (Agriculture for life, life for agriculture). The information regarding the developed GIS model was disseminated through a brochure and a workshop attended by specialists from viticulture, fruit growing, vegetable growing and forestry.

Brief presentation of the results obtained within the project

The grapevine can be affected by many diseases caused by different pathogens such as fungi, bacteria and viruses. Climatic factors can favor the onset and evolution of these pathogens, sometimes leading to economic losses due to the compromise of grapes production. Since pathogens can be very difficult to combat after their appearance on grapevine plants, it is imperative to obtain pathogen forecasting and warning methods to support grapevine growers. This can be achieved with the help of the developed PATGIS program, which ensures the protection of grapevine plants, by modelling the interaction between plants, pathogens and climatic factors.

The PATGIS program was obtained under the project PN-III-P2-2.1-PED-2019-5098, on the ArcGIS Platform from Esri using data collected with the Samsung phone (connected to a Flir device), Phantom 4 multispectral RTK and Mavic 2 Dual Enterprise drones, weather station iMetos 3.3., frequency, intensity and degree of attack of grapevine powdery mildew (produced by the pathogen Uncinula necator).

Phantom 4 multispectral	Mavic 2 Dual Enterprise	Samsung Galaxy S10+ phone connected at Flir One Pro