Před více než sto lety, v létě 1922, vzlétl z metropolitního letiště Chodynsky letoun s vybavením pro provádění leteckých chemických prací postřikem proti škůdcům a chorobám. Úspěšné zkušební lety znamenaly začátek rozvoje zemědělského letectví.
V dnešní době má použití různých leteckých prostředků pro ochranu rostlin velký ekonomický význam, protože poskytuje možnost:
— rozsáhlé dálkové monitorování zemědělských plodin;
- ochranná opatření krátkodobě a na těžko dostupných místech proti zvláště nebezpečným škůdcům (saranče, molice luční, myším hlodavcům, mandelinka bramborová, želva škodlivá) a chorobám (rez hnědá, plíseň, alternarióza);
- zpracování půdy se silnou půdní vlhkostí, kdy se na pole nemůže dostat pozemní technika, zejména v boji proti plevelům;
– zpracování vysokých plodin (kukuřice, slunečnice) a setí semenných plodin;
— zpracování rýžových polí;
- desikace;
- zpracování plodin na svazích se sklonem větším než 7 stupňů, kde nemohou pracovat pozemní postřikovací zařízení.
V Sovětském svazu byl základem zemědělské letecké flotily AN-2. V současné době směřuje vývoj zemědělského letectví k výraznému rozšíření používání ultralehkých letadel (ALV) a bezpilotních letounů (UAV), které jsou mnohem levnější než těžká letadla. V souladu s Federálními pravidly pro letectví a Leteckým kodexem Ruské federace se přístroj (letadlo) nazývá ultralehký, pokud má:
- maximální vzletová hmotnost nepřesahující 495 kg (bez leteckého záchranného vybavení);
- maximální kalibrační pádová rychlost (minimální rychlost letu) ne větší než 65 km/h.
Bezpilotní letadla (UAV) zahrnují vozidla, jejichž lety jsou řízeny piloty, kteří jsou mimo palubu (externí piloti).
Vlastnosti správného způsobu použití UAV jsou určeny jeho maximální vzletovou hmotností:
- do 250 g - nepodléhají státní evidenci ani účetnictví;
- od 250 g do 30 kg - podléhají povinnému státnímu účetnictví;
- od 30 kg a více - podléhají státní registraci.
Důležité výhody používání UAV a ALS jsou:
— žádné ztráty způsobené poškozením plodin koly nebo nutností používat kolejové řádky (ve srovnání s pozemní technikou);
- vysoká účinnost při snížení provozních nákladů (ve srovnání s těžkými letadly, protože tato letadla nemusí mít vybavená letiště).
Použití bezpilotních prostředků pomáhá při řešení následujících úkolů:
- získání podrobných informací o tvorbě kartografického podkladu zemědělské půdy a rozmístění zemědělských objektů s jejich přesnými souřadnicemi pro plánování a řízení technologických postupů zemědělské výroby;
– provádění dálkového monitorování založeného na multispektrálním snímkování podložního povrchu zemědělské půdy za účelem zjištění stavu a vývoje plodin, predikce výnosů na základě výpočtu vegetačního indexu na základě výsledků spektrálního snímkování atd.;
– provozní kontrola provozu pozemní techniky a kvality agrotechnické práce v reálném čase;
– geokódovaný fytosanitární monitoring zemědělských pozemků za účelem zjištění úrovně zaplevelení plodin, přítomnosti škůdců a projevů chorob v rané fázi vývoje, včetně latentní formy;
Využití UAV pro letecké snímkování zemědělské půdy poskytuje ve srovnání se satelitními snímky získání snímků s vyšším rozlišením (až jeden centimetr na bod) a hlavně umožňuje provádět tyto práce v přítomnosti hustých mraky (střelba pomocí kosmických lodí v takových obdobích není možná).
Podívejme se podrobněji na fytosanitární monitoring plodin. V poslední době objem používání přípravků na ochranu rostlin v Rusku neustále roste: podle statistik se každých pět let, počínaje rokem 2010, zdvojnásobily a v roce 2020 dosáhly 221 tisíc tun. S rostoucím používáním přípravků na ochranu rostlin musí farmy zajistit rychlý sběr a zpracování informací o fytosanitárním stavu zemědělských polí. Bez těchto informací není možné v krátkém zemědělském horizontu vyřešit problémy technologické podpory racionálního a bezpečného používání přípravků na ochranu rostlin. Stávající metody pozemní kontroly polí neumožňují získat potřebné informace rychle a ve správném objemu. V tomto ohledu se v zahraničí i u nás aktivně pracuje na vývoji vysoce výkonných vzdálených metod pro získávání informací pro plánování a provádění opatření na ochranu rostlin. Pro operativní dálkové fytosanitární monitorování jsou nejrozšířenější bezpilotní vzdušné prostředky, které poskytují geokódované video, multispektrální a hyperspektrální snímky podkladového povrchu Země.
Je třeba poznamenat, že otázky používání dálkových metod vyhledávání informací v oblasti hubení plevelů (určování polohy plevelů na poli, posuzování ztrát na úrodě, mapování zón poškození) jsou již částečně vyřešeny. V této oblasti byl v rámci dohody o vědeckotechnické spolupráci prováděn výzkum za účasti specialistů z VIZR, University of Aerospace Instrumentation (St. Petersburg), Samara Agrarian Academy a Ptero LLC (Moskva). Pozitivní výsledky byly získány z využití BVS pro dálkové metody vyhledávání informací založené na spektrometrii pro posouzení napadení obilnin a sadby brambor u více než 20 druhů plevelů, včetně takového škodlivého, jako je bolševník Sosnowského. Data byla získána na základě stanovení a analýzy spektrálních charakteristik odrazu od kulturních rostlin a plevelů v rozsahu vlnových délek 300-1100 nm.
V průběhu studií prováděných za účelem identifikace definujících znaků založených na spektrální jasnosti odrazu od kulturních a plevelných rostlin byly tedy stanoveny nejinformativnější spektrální podrozsahy vlnových délek elektromagnetického záření pro použití multispektrálního zobrazování spodního povrchu zemědělské půdy pomocí moderních technologií. systémy dálkového průzkumu Země. Analýza spektrálních snímků plevelů a kulturních rostlin ukazuje, že pozorujeme charakteristické rozdíly v získaných křivkách spektrálního jasu v podrozsahu modrého, zeleného, červeného a blízkého infračerveného elektromagnetického záření v blízkém infračerveném podrozsahu vlnových délek.
Obtížnějším úkolem pro široké využití metod dálkového průzkumu zemědělských pozemků je zjišťování informativních znaků chorob rostlin, a to především v latentní podobě. To je způsobeno skutečností, že mnoho informativních příznaků chorob je ve spektrální jasnosti podobných příznakům neinfekční patologie studovaných rostlin.
Pozitivní výsledky byly získány pro stanovení chorob brambor a poškození rostlin bramboru mandelinka bramborová pomocí spektroradiometrie. Při použití této metody bylo zjištěno, že při sázení brambor napadených plísní pozdní (obr. 1) třetí den po infekci pozorujeme prudký pokles spektrální jasnosti odrazu ve srovnání se zdravými rostlinami a na sedmý den po infekci hodnoty spektrální jasnosti ukazují, že rostliny prakticky uhynuly. V tomto případě je hodnota spektrálního jasu u rostlin postižených plísní blízká hodnotám spektrálního jasu odrazu od půdy.
Při poškození brambor mandelinkou bramborovou také pozorujeme dvoj až trojnásobný pokles hodnot jasu spektrálního odrazu oproti rostlinám bez poškození škůdcem. Obrázek 2 ukazuje údaje o spektrální jasnosti odrazu rostlin bramboru s přihlédnutím k různému stupni jejich poškození. Získaná data mají velký význam pro vzdálenou metodu zjišťování lézí brambor bramborového mandelinky.
V současné době, na základě studií provedených za účelem stanovení informativních vlastností založených na spektrální jasnosti odrazu od zdravých a nemocných rostlin bramboru, jakož i těch, které poškodil mandelinka bramborová, jsou nejinformativnější spektrální podrozsahy vlnových délek elektromagnetického záření. zřízena pro využití multispektrálního zobrazování podložního povrchu zemědělské půdy pomocí BVS a SLA.
Při určování chorob je nutné vzít v úvahu výsledky výzkumu Agrofyzikálního ústavu, které umožnily stanovit spektrální charakteristiky odrazu rostlin, které mají nedostatek dusíku a půdní vláhy.
Získané výsledky jsou důležité pro identifikaci informativních znaků, které umožňují při dešifrování fytosanitárního stavu zemědělské půdy jasně rozlišit rostliny napadené chorobami a rostliny s patologiemi způsobenými nedostatkem minerální výživy nebo půdní vláhy.
Vytváření knihoven spektrálních snímků chorob různých plodin, jakož i spektrálních snímků těchto plodin, které mají nedostatek minerální výživy nebo vlhkosti půdy, umožní na základě výsledků vzdáleného vyhledávání informací činit rozumná a rychlá rozhodnutí stabilizovat rostlinolékařskou situaci při výskytu chorob nebo provést soubor agrotechnických opatření ke zmírnění stresových situací na plodinách způsobených jinými faktory.
Dalším důležitým směrem ve využití BVS je jejich aplikace pro opatření na ochranu rostlin. Poprvé se UAV ve formě bezpilotních dálkově řízených vrtulníků začaly používat v Japonsku na počátku 90. let pro ošetření rýžových polí pesticidy. V současné době v Číně, která je lídrem ve výrobě zemědělských dronů, plocha obdělávaná pomocí UAV již přesahuje několik milionů hektarů. Trh s UAV se také dynamicky rozvíjí po celém světě, objem využití těchto letadel se každoročně zvyšuje o 400-500 %. Podle odborníků dosáhne využití UA technologií v zemědělství ve světě tržní hodnoty 5,7 miliardy dolarů.
Ze zemědělských dronů dominuje trhu čínská společnost DJI a nejrozšířenějším modelem je DJI Agras T16.
Vzhledem k tomu, že většina UAV dílů tohoto modelu je vyrobena z kompozitních materiálů, hmotnost zařízení nepřesahuje 18,5 kg (bez baterie). S prostředky na ochranu rostlin při plnění nádrže pracovní kapalinou dosahuje vzletová hmotnost stroje 41 kg. Kapacita zásobníku na pracovní kapalinu je 16 litrů, když je výložník vybaven osmi tryskami. Výhodou tohoto modelu dronu je, že je vybaven radary, což drasticky snižuje riziko kolize s překážkami a také poskytuje možnost práce v noci pomocí světlometů. Optimální výška letu dronu nad polem je 2,5-3 metry a v případě potřeby může zařízení vystoupat až na 30 metrů (maximální výška horizontálního letu). Tato výška je nezbytná pro ošetření trvalých plantáží, rostlin v botanických zahradách a lesích před škůdci a chorobami.
V Ruské federaci byly získány pozitivní výsledky o použití BVS pro hubení myších hlodavců (studie byly provedeny za účasti VIZR a společnosti Ginus). Výrobní testy dálkového monitorování a geokódované aplikace rodenticidů do nor myším hlodavcům ukázaly, že přesnost nové technologie ve srovnání s manuální aplikací je 91 % oproti 97 %.
Praktické zkušenosti byly shromážděny s využitím BVS pro dálkový monitoring areálů rozšíření bolševníku Sosnowského a také s využitím technologie herbicidního postřiku proti tomuto škodlivému druhu.
I přes pozitivní výsledky a perspektivu využití UA v zemědělství existují nedostatky a také nedořešené problémy v oblasti legislativy a regulačních dokumentů o jejich efektivním a bezpečném využití pro dálkový monitoring a ochranu rostlin, a to:
- vysoké náklady na UAV s rizikem ztráty zařízení během provádění práce;
- zákonná omezení použití: ve většině zemí světa musí být UAV během výkonu práce v zorném poli obsluhy (vzdálenost není větší než 500 metrů);
- nutnost registrace, registrace zařízení (ve většině zemí, pokud jeho hmotnost přesahuje 25 kg) a získání licence k použití UAV pro komerční účely;
- potřeba dalšího drahého vybavení a kvalifikovaného personálu: pro nepřetržitý a efektivní provoz UAV je nutné mít minimálně tři další baterie, generátor pro jejich nabíjení; alespoň tři osoby se zabývají servisem jednoho vozu;
- velká závislost na meteorologických podmínkách. Za větrného počasí je ovládání aparátu velmi obtížné, zvláště při silném bočním větru;
- nedostatek legalizovaných předpisů pro používání přípravků na ochranu rostlin pomocí BVS v souladu s požadavky federálního zákona č. 109 „O bezpečném zacházení s pesticidy a agrochemikáliemi“;
- nedostatek regulačních dokumentů pro bezpečný provoz UAV v zemědělství;
- chybějící standardy pojistných rizik pro právnické a fyzické osoby při používání přípravků na ochranu rostlin s pomocí BVS;
- vysoká cena a nedostatek softwarových produktů pro řešení problémů dálkového fytosanitárního monitoringu plevelů, škůdců a chorob s přihlédnutím k ekonomickým prahům škodlivosti, jakož i automatické dekódování jejich výsledků.
Je naléhavě nutné vytvořit regionální centra pro školení operátorů a výrobní schvalování technologických postupů pro použití UAS pro monitorování a ochranu rostlin.
V rámci digitalizace zemědělských programů je nutné urychlit vývoj rozsáhlých databází referenčních vzorků plevelů v nejzranitelnější fázi vývoje pro použití herbicidů a referenčních vzorků s charakteristickými informativními znaky poškození hlavních plodin škůdci. Stejně důležité je dokončit tvorbu knihoven spektrálních snímků zdravých a nemocných rostlin s přihlédnutím k vlivu úrovně minerální výživy a agroklimatických parametrů.
Anatolij Lysov, vedoucí Laboratoře integrované ochrany rostlin, VIZR, e-mail: lysov4949@yandex.ru