مدل‌سازی خطی تاثیر آفات و بیماری‌ها بر روند رشد گیاه توت فرنگی در فضای حالت

نوع مقاله : مقالات پژوهشی

نویسندگان

1 اصفهان، کاشان، دانشگاه کاشان، گروه برق و کامپیوتر

2 استادیار و عضو هیئت علمی گروه کنترل دانشگاه شاهد

3 یاسوج، دانشگاه آزاد اسلامی واحد یاسوج، گروه علوم باغبانی

10.22067/jhs.2021.70888.1062

چکیده

گیاه توت فرنگی به دلیل داشتن منابع غنی از ویتامین‏ها و آنتی اکسیدان‏ میوه‏ای با ارزش است که در سراسر جهان نیز رشد می‏کند که تولید آن اغلب توسط آفات مختلف تهدید می‏شود. از این‏رو، مدیریت آفات باید به عنوان یکی از مهمترین نکات در کشت و تولید گیاه توت فرنگی مورد توجه قرار گیرد. آفت تریپس به عنوان یک آفت گلخانه‏ای می‏تواند اثرات مخربی در تولید توت فرنگی داشته باشد، با این‏حال، روش‏های زیادی برای مقابله با آن‏ وجود دارد. یکی از بهترین راه‏ها رعایت بهداشت گلخانه و استفاده از سموم شیمیایی مناسب است. با این حال، پیش بینی مراحل رشد گیاه به روش های معمول برای پیش بینی زمان استفاده از سموم شیمیایی غیرممکن است. زمان وقوع هر مرحله‏ی رشد تنها با استفاده از مدل‏های شبیه‏سازی و با در نظر گرفتن عوامل موثر در رشد گیاه مانند عوامل محیطی، آفات، بیماری‏ها و تغذیه قابل پیش‏بینی است. به همین منظور، نویسندگان در این مطالعه با در نظر گرفتن تأثیر آفات و بیماری‏ها، روند رشد گیاهان توت فرنگی را مدل‏سازی می‏کند. مشهورترین مکانیزم تجزیه و تحلیل فرآیند رشد از نظر ریاضی، مدل‏سازی است. از مدل‏ها می‏توان به عنوان جایگزینی برای تجزیه و تحلیل آماری در برداشت محصولات استفاده کرد. مدل‏سازی توان استنتاج رفتار گیاه را افزایش می‏دهد و می تواند برای ارزیابی آزمایشات مورد استفاده قرار گیرد. برای معرفی یک مدل مطلوب، شناسایی ویژگی‏های اساسی روند رشد، مورد نیاز است. در این مطالعه، پویایی رشد توت فرنگی توسط سه متغیر حالت (گل، میوه جوان، میوه کامل) مدل شده است. در همین حال، واکنش گیاه به عوامل محیطی مانند آفات (بطور خاص آفت تریپس) و عوامل مدیریت موثر بر محیط و آب و هوای ایجاد شده برای رشد گیاه مورد بررسی قرار می‏گیرد. مدل پیشنهادی با داشتن روابط ساده که در برگیرنده مفهوم کلی رشد است دارای کارآیی لازم در پیش‏بینی رشد گیاه است و همچنین ابزاری مفید به فایده برای تجزیه و تحلیل عوامل رشد گیاه است. همچنین می‏توان به محققان، پژوهشگران و تولیدکنندگان کمک کرد تا توانایی پیش‏بینی میزان و نحوه رشد گیاه، متاثر از تغییر تعداد آفات را داشته باشند. علاوه بر این، میزان بیماری و خسارت آفات برای نرخ‏های مختلف در مراحل رشد را نشان داده تا با پیش‏بینی آن بتوان میزان خسارت ناشی از آفات را با هزینه‏های کم و راه حل‏های عملی کاهش داده و آن‏ها را به مرحله اجرا درآورد. طبق نتایج به دست آمده در این مطالعه، از آنجا که عدم کنترل آفات باعث می‏شود از هر ده میوه سالم فقط چهار میوه به مرحله رشد کامل برسند، کنترل و دفع آفات ضروری است. با استفاده از مدل پیشنهادی صاحبان گلخانه‏ها و تولیدکنندگان می‏توانند در عرض چند ثانیه چندین فصل رشد را شبیه‏سازی کرده و با در نظر گرفتن اطلاعات زیست محیطی منطقه مورد مطالعه و نرخ‏های موثر در روند رشد گیاه، میزان برداشت و از بین رفتن محصول خود را پیش‏ بینی کنند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Linear Modeling of the Impact of Pests and Diseases on the Growth Process of Strawberry Plants in the State Space

نویسندگان [English]

  • Zohreh Abbasi 1
  • Iman Zamani 2
  • Mohsen Shafieirad 1
  • Amir Hossein Amiri Mehra 1
  • mehdi hosseini farahi 3
1 Isfahan, Kashan, University of Kashan, Department of Electrical and Computer Engineering.
2 Electrical and Electronic Engineering Department. Shahed University, Tehran,
3 Yasooj, Islamic Azad University, Yasooj Branch, Department of Horticultural Science
چکیده [English]

Introduction: Strawberry is a significant fruit due to its rich sources of vitamins and plenty of antioxidants and grows worldwide. Thus, researches that provide information on topics in strawberry growth are momentous. Strawberry production is often threatened by various pests. Therefore, pest management is one of the most critical points in strawberry cultivation and production that have to be considered. There are several pests that can have detrimental effects on strawberry production. For example, thrips is an important pest for strawberry in a greenhouse condition. There are many ways to deal with greenhouse pests; one of the best ways is to observe greenhouse hygiene and sanitation and use the proper chemical pesticides. Yet, it is impossible to predict the plant's growth stages in the usual ways to predict the time of using chemical pesticides. The time of each growth stage's occurrence can be predicted only by using simulation models and considering the factors affecting plant growth, such as environmental factors, pests, disease, and nutrition. To this end, this study aims to model the growth process of strawberry plants by considering pests and diseases' impact.

Materials and Methods: Monitoring the growth stages is a critical component of a successful strawberry growth program. To harvest more, it is vital to develop effective predicting tools. There are several approaches to investigate the change in the size and form of planets based on some growth conditions over time. The best-known mechanism of analyzing the growth process mathematically is mathematical modeling. Models can be used as an alternative for statistical analysis in harvest crops. They increase the inferences about productive behavior and can be used to evaluate experiments. To introduce a desirable model, it is required to identify the essential features of the growth process, such as environment and climate. In this work, the dynamics of growing strawberry, the evolution of their size in time and their forms are modeled. Meanwhile, the plant's reaction to environmental factors such as pests and effective management factors on the environment and climate created for plant growth is investigated.

Results and Discussion: The use of growth models increases the analysis that can be made about the productive behavior of strawberry plants. Moreover, the proposed model has efficiency in predicting plant growth. This model, including simple relationships and the general concept of growth, is useful for teaching, learning, and researching to analyze plant growth factors. Furthermore, the proposed model can study how plants react to environmental factors such as pests and significant management factors on the environment and climate of plant growth. Besides, the model can help scholars, researchers, and plant producers with the ability to predict the amount and manner of plant growth and the effect of changing the number of pests. In this paper, the amount of disease and pests' damage for different rates in the growth stages is shown by using the plant growth process's modeling to reduce the amount of damage caused by pests by predicting the amount of damage and provide applicable, low cost and practical solutions. According to the results obtained in this study, since the lack of pest control causes only four out of ten healthy fruits to reach the full growth stage, control and repel pests are essential.

Conclusion: From the results of this study, it can be concluded that greenhouse owners and producers can simulate several growing seasons in a matter of seconds and predict the amount of harvest and loss of their crop by considering the environmental information of the area of study in which they decide to plant and knowing the effective rates in the process of plant growth and having a model. The greenhouse owners can predict the number of healthy and infected plants using the desired model before harvest by using the help of horticultural experts, collecting information about their environment, climate, soil, etc., and using different aspects affecting plant growth in the desired area. This approach can be extended to other crops to investigate the treatment effects and the production behavior throughout the crop cycle. Using this method predicts the crop cycle and leads to fruit production in a shorter period because the producer can use pesticides at the right time of production to decrease the damages to pests.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Numerical simulation
  • Pests
  • State Space Modeling
  • Strawberry

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 09 شهریور 1400
  • تاریخ دریافت: 18 خرداد 1400
  • تاریخ بازنگری: 07 شهریور 1400
  • تاریخ پذیرش: 09 شهریور 1400