Evaluation reinvented
Dichteschätzung von Heterodera schachtii Populationen mit hyperspektralen Sensoren in Feldversuchen
Hintergrund: Gelingt es aus den hyperspektralen Informationen Rückschlüsse auf die Nematodenpopulation im Zuckerrübenbestand zu machen. Dazu wurde in einem Sortenversuch des JKI (Standort Elsdorf, Rhineland, 50°56'21N,6°33'48E) von 2011 bis 2014 während der Vegetationsperioden mehrfach mit einem Hyperspektralsensor nicht-invasive Messungen durchgeführt. Die Pi Werte waren vor Saat der Zuckerrübe per Bodenprobe erhoben worden.
Versuchsanlage und Nematodenverteilung
Das Luftbild demonstriert ein klassisches Merkmal dieser
Versuche: in keinem Jahr waren, trotz sehr hoher Nematodendichten im Bereich
von über 5000 E&L/100 ml Boden (gelb-rote
Areale in Abb. 2c), die typischen Welken, bzw. sonstige Unterschiede im
Bestand zu beobachten. Auch im Infrarotbild einer MCA Kamera (Abb. 2d) liessen sich keine Unterschiede feststellen.
Nicht mal die einzelnen Sorten (anfällig,
tolerant, resistent) oder gar die Parzellen lassen sich im Luftbild
unterscheiden. Durch die sehr warmen Temperaturen waren die Blattmassen
einheitlich voll entwickelt, Trockenstress ist kaum aufgetreten.
Was kann mit den Sensoren entdeckt, bzw. unterschieden werden ?
Ein Ergebnis vorab: die Messungen mit der Plant Probe im Feld (Abb. 1b) hatte sich als zu aufwendig herausgestellt. Hinzu kam, das in den Daten keine Vorteile im Vergleich zur Messung über dem Bestand zu erkennen war. Daher wurden diese Form der Messungen eingestellt. Die hier vorgestellten Ergebnisse beruhen ausschließlich auf Messungen über dem Bestand (Abb. 1a).
Die Kombination von Hyperspektraldatenauswertung mit anschließender Diskriminanzanalyse weist einen deutlichen Sorteneffekt aus. Die 3 Sorten dieser Versuche sind anhand ihres hyperspektralen Signals klar zu unterscheiden (Abb. 3). Aber die der Nematoden steht in diesem Projekt im Vordergrund.
Anhand der Diskriminanzanalyse ist eine Interaktion von Sorte und Nematodendichte erkennbar. Die farblich umrandeten Areal beschreiben den Sorteneffekt, die Distanzen innerhalb der Areale den Nematodeneffekt. Die Sorten x Nematoden Kombinationen sind indiziert. Anhand der Distanzen ist die Dominanz des Sorteneffekts offensichtlich, der Nematodeneffekt ist nur sehr schwach ausgeprägt.
Hinzu konnte sowohl ein Einfluss des Messtermins (Abb. 5), als auch ein Jahreseffekt (Abb. 6) festgestellt werden, der den Einfluss von H. schachtii maskiert.
Zusammenfassend stellt sich heraus, das der Nematodeneffekt am Ende einer Reihe von übergeordneten Faktoren steht, die das hyperspektrale Signal dominant beeinflussen.
Klammert man die übergeordneten Störgrößen aus, z.B. Messung an einem bestimmten Tag, eines Jahres, für eine Sorte und fasst die E&L aus den einzelnen Parzellen zu relevanten Dichteklassen zusammen, so lassen sich die nematodenbedingten Unterschiede zumindest in der Statistik erkennen (Abb. 7a-d), d.h. auch H. schachtii beeinflusst das hyperspektrale Signal, als letzter Faktor der Reihe.
Es lässt sich kein wie auch immer geartetes Muster erkennen, in jedem Jahr gibt es zwar signifikante Unterschiede, die eben auch die temperaturbedingte Dynamik der Saison widerspiegeln. Auch wenn es vorerst unbefriedigend erscheint, wurde mit den Versuchen die Grundlage für weitere Analysen geschaffen. Dazu gehört a) der kleine, aber wichtige Umweg über die "Allgemeinen Linearen Modelle" (ALM), wo ein linearer Bezug zwischen der hyperspektralen Signatur und den E&L erstellt wird, und b) die oben beschriebenen dominanteren Faktoren, die den Einfluss H. schachtii maskieren. Unter Einbindung des Lesliemodells gelingt es, die übergeordneten Faktoren "Jahr" und "Messzeitpunkt" auszugleichen, bzw. über die Biologische Zeit zu standardisieren. Die Modellverknüpfung von Lesliemodell und ALM ermöglicht die Erstellung einer Korrelation zur Anzahl der Zysten zu einem gegebenen Zeitpunkt auf der biologischen Zeitskala.
