В Федеральном исследовательском центре «Красноярский научный центр СО РАН» на опытных полях в поселке Минино прошел очередной полевой семинар Научно-исследовательского института сельского хозяйства, посвященный применению технологий дистанционного зондирования земли в современных агротехнологиях. Ученые и специалисты, представляющие КрасНИИСХ, Институт биофизики СО РАН, Институт леса СО РАН, КрасГАУ, министерство сельского хозяйства и торговли Красноярского края обсудили потенциал и методы ведения точного земледелия, возможности дистанционного получения информации о характеристиках различных агроэкосистем, преимущества дронов перед спутниками, а также будущее агротехнологий в эпоху цифровизации.

Открывая семинар, научный руководитель КНЦ СО РАН, академик Василий Шабанов отметил, что за методами дистанционного зондирования в сельском хозяйстве стоит будущее. Развил эту идею Юрий Трубников, доктор сельскохозяйственных наук, главный научный сотрудник Научно-исследовательского института сельского хозяйства СО РАН, назвав дистанционное зондирование агроландшафтов методической основой в создании и реализации систем земледелия нового поколения. «Одно из преимуществ дистанционных методов – скорость в получении данных и большой охват исследуемых объектов. Наземное зондирование почвы очень трудоемко и длительно. К примеру, всем известный термостатно-весовой метод определения влажности почвы – достаточно продолжительная и трудоёмкая процедура. Дистанционные методы позволяют получить точную информацию оперативно», – пояснил ученый.

Как рассказал Александр Шпедт, доктор сельскохозяйственных наук, врио директора ФИЦ КНЦ СО РАН, сейчас очень важна цифровизация земледелия, которая подразумевает создание электронных карт полей, и одним из важных элементов этого процесса является дистанционное зондирование. Ученый отметил, что эта задача не тривиальная: «Нужно учесть, что даже на одном поле участки могут отличаться друг от друга. Пестрота почвенного плодородия – это свойство агроландшафтов, которое очень трудно диагностировать, а тем более оценить. Нужно найти какой-то алгоритм и не исключено, что для каждого региона, и даже для конкретного участка он будет свой. Когда мы научимся использовать эти методы, рентабельность нашего земледелия существенно возрастет».

Чем же поможет система дистанционного зондирования агроландшафтов? Такая диагностика основана на измерении отраженного света растениями и почвой. На основе этих данных можно рассчитывать различные вегетационные и почвенные индексы, которые обеспечивают широкие возможности определения качественных и количественных показателей, характеризующих различные агроценозы. Ученые отмечают, что при помощи дистанционного зондирования беспилотными аппаратами, можно развивать технологии точного земледелия.

Иван Косов, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник лаборатории космических систем и технологий ФИЦ КНЦ СО РАН, изучает при помощи методов дистанционного зондирования температуру пахотного, самого важного для земледелия, слоя почвы. «Один из основных диагностических показателей, который определяет сроки посева – это температура почвы. Учитывая и совмещая данные со спутников, и измерения датчиков, заложенные в почве на глубинах в 1, 5 и 15 см, мы можем получить программу, просчитывающую температурный профиль почвы. В таком случае агроному весной не нужно будет выходить с термометром в поле и проверять, достигла ли температура оптимальных значений, необходимых для посева, при том, что температурный профиль на одном поле может отличаться в зависимости от особенностей агроландшафта почва прогревается по-разному. Дистанционные методы учитывают и это, а нужные данные пришли бы прямо к агроному на определённый гаджет», – рассказывает ученый.

Однако у космического зондирования есть свои проблемы. Дело в том, что спутники летают на высоте в 500 километров над землей и проходят над одной и той же точкой поверхности не каждый день. Самое неудобное в этом методе – качество снимков напрямую зависит от погоды и прозрачности атмосферы. Из-за этого на полученную со спутников информацию накладывается большое количество естественных помех, и задача выделения полезного сигнала становится непростой. Такие данные приходится проверять по наземным измерениям, что возвращает исследователя в поле.

Перспективными для целей цифрового земледелия и дистанционного зондирования видятся беспилотные летательные аппараты – дронам и квадрокоптерам. Эти устройства летают под облаками, а значит точность их измерений меньше зависит от погоды. Они сочетают измерительное качество и повторяемость получения данных, при этом вполне доступны по цене. Еще один существенный плюс беспилотников – они способны учитывать положение солнца и изменения интенсивности солнечного излучения, влияющие на точность измерений. Более того, их работа полностью автоматизирована.

В рамках семинара исследователи продемонстрировали возможности летательных беспилотных систем и рассказали о последних достижениях в их применении для сельскохозяйственных направлений. Один из наиболее часто используемых аппаратов – гиперспектральный. В каждом кадре, снятым таким аппаратом, изображения в различных спектральных диапазонах наложены один на другой.

«Гиперспектальная аппаратура позволяет сразу получить почвенный, вегетационный или азотный индексы и информацию о площади объекта. Но все почвы разные, в связи с этим нашей лабораторией была разработана методика адаптивных индексов, смысл которых в выборе определенных соотношений длин волн и коэффициентов для получения максимальной контрастности изображения», – уточняет доктор технических наук Анатолий Шевырногов, заведующий лабораторией экологической информатики Института биофизики СО РАН.

Беспилотники – незаменимые помощники в определении вегетационного индекса, отмечают ученые. Вегетационный индекс, или NDVI – это показатель состояния растений, который вычисляется по тому, как растение отражает и поглощает световые волны разной длины. Получая эти данные с дронов, исследователи могут отслеживать развитие и динамику посевов.

К примеру, в этом году исследователи изучали опытные поля в Курагино. «Первые измерения показали, что на различных участках вегетационный индекс значительно варьировал. Следующее измерение было сделано после первой добавки удобрений. Распределение по NDVI после этого стало равномерным, то есть растительность выровнялась. Далее была проведена еще серия внесения удобрений, которая никак не отразилась на показателях сельскохозяйственных культур. Можно сделать вывод, что повторные внесения были не нужны, и на них можно было сэкономить», – рассказывает о результатах исследования Анатолий Шевырногов.

Ученые утверждают, что такая программа мониторинга позволяет определять, где, как и когда ухаживать за посевами, в каком количестве вносить удобрения, чтобы это было максимально рентабельно.

В итоге работы семинара, в котором приняло участие около 40 человек, принята резолюция, заключающая, что для практической реализации современных методов контроля и управления агротехнологиями необходимо:

1. Организовать и расширить исследования по следующим направлениям:

- оценка состояния агрогеосистем сопряженными методами наземного мониторинга и дистанционного зондирования;

- система взаимодействия трёхуровневого мониторинга агрогеосистем: наземного, воздушного при помощи беспилотных летательных аппаратов и космического на основе спутниковых систем.

2. Обратиться с инициативой в Учёный совет ФИЦ КНЦ СО РАН по рассмотрению следующих вопросов:

- формирование комплексной междисциплинарной программы по организации, координации, методическому сопровождению и практическому использованию результатов ДЗЗ в сельском хозяйстве;

- создание при ФИЦ КНЦ СО РАН Центра дистанционного управления системой цифрового земледелия для формирования, диспетчеризации и обслуживания современных систем земледелия в хозяйствах АПК Красноярского края.