Bildeanalyser kan beregne omfanget av ozonskader

Ozonskader på blader kan bestemmes med relativt god sikkerhet ved hjelp av bildeanalyser. Håpet er at biologer kan benytte dette redskapet i stedet for skjønn når ozonskader på planter skal vurderes.

Bildeanalyser kan beregne omfanget av ozonskader

Ole Mathis Opstad Kruse disputerer 8. februar 2016 for graden ph.d. ved NMBU – Norges miljø- og biovitenskapelige universitet med avhandlingen «Quantification of plant ozone injury using image analysis».

Bakkenært ozon dannes hovedsakelig som følge av luftforurensing, kan transporteres over lange avstander og er skadelig for planter og dyr. Ozonskade på planter gir reduserte avlinger i jordbruket og redusert mangfold og vekst av naturlig vegetasjon. Ozonskader vises ofte som nekrotiske, brune flekker på bladoverflaten. Bladene eksponeres direkte for ozon, men ozon kan også påvirke rotvekst indirekte. Siden røttene er skjult i jord, er det vanskelig å observere det samme rotsystemet over tid, og derfor mangler kunnskap om hvordan ozon påvirker rotveksten.

Subkløverblad uten (til venstre) og med ozonskade.
Subkløverblad uten (til venstre) og med ozonskade.
Foto
Hilde Landrø

Når biologer arbeider med ozonskade på planter, vurderes skaden ved skjønn. En del av målet med Ole Mathis Opstad Kruses doktorgradsarbeid har vært å utarbeide metoder som kan bestemme ozonskade ved hjelp av bildeanalyse. Ulike avbildningsmetoder og bildeanalyse er benyttet for å kvantifisere endringer som er forårsaket av ozon over og under bakken i ulike kløverarter. Kløver er ozonfølsom og har blitt brukt som bioindikator i ozonforsøk. Underveis ble metoder for å analysere bildene utviklet og testet.


Ozon skader rotutvikling
Arbeidet omfatter en studie av hvordan ozoneksponering av planteskuddet påvirket utviklingen av røttene. Et nytt system basert på bildeanalyse ble utviklet for å studere rotutvikling over tid hos planter som ble eksponert for ozon. Ved hjelp av bildeanalyseteknikker ble vekstrater, lengder, forgreining og antall rotspisser som en funksjon av tiden, beregnet for røttene ut fra bilder som ble tatt. Planter som var eksponert for ozon hadde røtter som var kortere og mindre forgrenet enn kontrollplantene. Rotspissenes utvikling og vekstrate ble redusert med 35-40% i forhold til kontrollene.

Kruse undersøkte i tillegg hvilken effekt dagslyslengde har på bladskader forårsaket av ozon hos tre forskjellige kløverarter. Bladene ble fotografert med et varmekamera for å studere ozoninduserte temperaturendringer i bladet som følge av at fordampingen endres. Ozoneksponerte blader var generelt varmere enn kontrollbladene, noe som tyder på at ozon reduserer fordampingen. Lange dager økte synlige ozonskader i forhold til korte dager hos alle studerte arter og sorter.

Testing av ulike bildeanalyseteknikker
Ulike bildebaserte metoder ble sammenlignet for å kvantifisere synlig ozonskade på kløverblader. Fire metoder for klassifisering av pikslene på bildene som enten skadd eller uskadd, ble testet ut. Metoden Lineær Diskriminant Analyse (LDA) gav en robust klassifisering som var beregningsmessig effektiv og som generelt ga høyeste riktige pikselklassifisering på 95%.  Andre ulike egenskapsdetektorer for automatisk klassifisering av bilder ble sammenlignet. Noe som kom ut av dette, var at ikke bare pikselintensitetsverdiene, men også bildeteksturen er viktig for bildeklassifisering.

Metodene kan med relativt god sikkerhet bestemme ozonskade på kløverblader. Håpet er at disse metodene kan brukes i stedet for skjønn når biologer skal bestemme ozonskade, og at metodene kan utvikles videre til å brukes til f.eks. bestemmelse av ozonskade på større områder.

Annonsering av disputasen

Published 31. oktober 2016 - 18:06 - Updated 23. mai 2017 - 19:15