Detection of Verticillium wilt in olive using high-resolution hyperspectral and thermal remote sensing imagery

El olivo (Olea europaea L.) es el cultivo leñoso no tropical que ocupa mayor superficie en todo el mundo, con el 95% de la producción mundial localizada en la cuenca Mediterránea. España es el país con mayor superficie de olivar del mundo con 2.5 MHa y aproximadamente el 39% de la producción mundial. Durante las últimas décadas, la Verticilosis, causada por el hongo de suelo Verticillium dahliae Kleb., ha ocasionado severas pérdidas de rendimiento en el olivar, convirtiéndose en la enfermedad más limitante causada por patógenos de suelo de este cultivo a nivel mundial. Este patógeno coloniza el sistema vascular de la planta, bloqueando el flujo del agua y finalmente induciendo estrés hídrico. El desarrollo de la Verticilosis en el olivo puede estar influenciado por factores bióticos y abióticos, sin embargo, poco se sabe sobre la influencia del medio físico en él. Actualmente, ninguna medida de control aplicada individualmente es completamente efectiva para el tratamiento de la Verticilosis del olivo, no obstante, una estrategia de control integrado es la mejor forma de manejar la enfermedad, combinando el uso de medidas de control previas y posteriores a la plantación. Las medidas de control posteriores a la plantación serían más efectivas si las zonas del terreno con árboles afectados por Verticilosis fueran identificadas en etapas tempranas del desarrollo de la enfermedad con el objetivo de disminuir la expansión del patógeno y sucesivas infecciones a árboles o plantaciones vecinas. Sin embargo, la inspección visual en campo de síntomas de la enfermedad en estadios tempranos de su desarrollo es costosa en tiempo y recursos. Por lo tanto, la teledetección puede ser una herramienta muy útil para detectar el estrés hídrico inducido por la infección de V. dahliae en olivos en etapas tempranas del desarrollo de la enfermedad. Los principales objetivos de la presente Tesis Doctoral fueron: (i) evaluar el efecto de la temperatura del suelo en el desarrollo de la Verticilosis teniendo en cuanta diferentes patotipos de V. dahliae y cultivares de olivo; (ii) valorar el uso de la teledetección térmica e hiperespectral de alta resolución como herramienta para detectar la infección y severidad por Verticilosis en parcelas de olivar y áreas de mayor extensión, evaluando la temperatura e índices fisiológicos desde escala foliar a escala de cubierta. El primer objetivo se llevó a cabo con plantas de olivo de los cultivares (cv.) Arbequina y Picual que crecieron en suelo infestado con los patotipos defoliante (D) y no defoliante (ND) de V. dahliae bajo condiciones climáticas controladas en tanques de suelo con temperaturas de 16 a 32ºC. El desarrollo de la Verticilosis en plantas infectadas por el patotipo D fue más rápido y severo en cv. Picual que en cv. Arbequina. La temperatura de suelo óptima para el desarrollo de la infección del patotipo D fue de 16 a 24ºC para cv. Picual y de 20 a 24ºC para cv. Arbequina. Para el patotipo ND el rango de temperatura más favorable para la infección por V. dahliae fue de 16 a 20ºC. Estos resultados permiten...Olive (Olea europaea L.) is the most cultivated non-tropical fruit tree in the world, with 95% of the world production located in the Mediterranean Basin. Spain is the leading olive-producing country with 2.5 MHa and nearly 39% of the world production. During the last few decades, Verticillium wilt, caused by the soil-borne fungus Verticillium dahliae Kleb., has caused severe olive yield losses, becoming the most limiting soil-borne disease of this crop worldwide. This pathogen colonizes the vascular system of plants, blocking water flow and eventually inducing water stress. Development of Verticillium wilt in olive can be influenced by biotic and abiotic factors, nevertheless, little is known about the influence of the physical environment on it. Currently, no control measure applied singly is fully effective for the management of Verticillium wilt of olive; therefore an integrated disease management strategy is needed to manage the disease, combining the use of pre-planting and post-planting control measures. Post-planting control measures would be more efficient if Verticillium wiltaffected trees patches within fields are identified at early stages of disease development in order to mitigate the spread of the pathogen and successive infections to neighboring trees. However, visual inspection of disease symptoms at early stages of development in the field is time-consuming and expensive. Thus, remote sensing is thought to be a useful tool to detect water stress induced by V. dahliae infection in olive trees at early stages of disease development. The main objectives of this PhD Thesis were: (i) to assess the effect of soil temperature on Verticillium wilt development taking into account different V. dahliae pathotypes and olive cultivars; and (ii) to evaluate the use of high-resolution thermal and hyperspectral remote sensing imagery as a tool to detect Verticillium wilt infection and severity in olive orchards and larger areas, assessing temperature and physiological indices from leaf to canopy scale. The first objective was conducted with olive plants of cultivar (cv.) Arbequina and cv. Picual grown in soil infested with the defoliating (D) or non-defoliating (ND) pathotype of V. dahliae under controlled climatic conditions in soil tanks with a range of soil temperatures from 16 to 32ºC. Verticillium wilt development in plants infected by the D pathotype was faster and more severe on cv. Picual than on cv. Arbequina. Models estimated that infection by the D pathotype was promoted by soil temperature in a range of 16 to 24°C for cv. Picual and of 20 to 24ºC for cv. Arbequina. For the ND pathotype a range of 16 to 20ºC was estimated as the most favorable for infection. These results provide a better understanding of the differential geographic distribution of V. dahliae pathotypes and assess the potential effect of climate change on Verticillium wilt... development..