Сурин В. Г., Пищик В. Н., Моисеев К. Г.,

ГНУ АФИ Россельхозакадемии.

РАЗВИТИЕ ОПТИЧЕСКИХ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МЕТОДОВ ФИТОИНДИКАЦИИ ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ПОСЕВОВ

Оперативный мониторинг состояния посевов — актуальная задача управления продуктивностью посева. Растения, как известно, выступают в качестве индикатора изменения состояния экосистем, что позволяет оперативно отслеживать эти изменения оптическими методами. Например, в геологии растения выступают в качестве индикатора аномального содержания конкретных химических элементов на рудопроявлениях. Растения могут быть угнетены углеводородным загрязнением почв в районах нефтегазоносных месторождений и техногенных катастроф. Широко известны факты накопления растениями тяжелых металлов. В сельском хозяйстве продуктивность посевов тесно связана с физиологическим состоянием растений. В этой связи разработка экспресс-методов выявления и исследования стрессов в растениях, вызванных изменениями условий их произрастания представляется актуальной задачей (Безопасность России, 2000, Surin, et. al., 2005, Книжников и др, 2004). Стресс, сопровождающий ухудшение состояния растений, проявляется в изменении физиологических процессов, приводящих к нарушению окраски листьев растений и даже к изменению архитектоники растительного полога. При этом изменяются спектральная отражательная способность растений и посева в целом, что фиксируется оптическими дистанционными датчиками на разной высоте наблюдения (аэрокосмический, полевой уровень). Для эффективного управления сельскохозяйственным производством требуется осуществлять контроль состояния посевов на разных фазах их развития. Актуальным является вопрос методического обеспечения этих разработок.

Для унификации результатов измерений дистанционными оптическими датчиками на разном уровне наблюдения нами разрабатывается методика выполнения измерений (МВИ) для оперативной диагностики уровня азотного питания и физиологического состояния растений в посевах (Сурин, Моисеев и др, 2011.). Методика выполняются с помощью ручного активного оптического тестера АДТ российской разработки. Методика распространяется на посевы с проективным покрытием (ПП) не менее 0,5 и базируется на использовании простого вегетационного индекса для определения состояния растений в посеве. Реализация разрабатываемой методики обеспечит повышение точности измерения вегетационных индексов в два раза, что является важным для обеспечения технологий точного земледелия. Актуальным является вопрос распространения указанной методики на более широкий класс посевов с более низким проективным покрытием, определения пороговых уровней проективного покрытия, при которых ещё возможна оптическая диагностика состояния культурных растений. За основу разработки были взяты алгоритмы мониторинга состояния посевов с/х культур для зарубежных сенсоров, таких как Green Seeker (www. ntechindustries. com) в которых используется система различных вегетационных индексов учитывающих агрохимические и агрофизические характеристики почв. Индикаторами текущего физиологического состояния разреженных посевов с проективным покрытием менее 50%, когда отраженный от почвы сигнал сопоставим с сигналом от растительного покрова, являются перпендикулярные вегетационные индексы (PVI). Эти индексы определяют по коэффициентам яркости в инфракрасной - Rir и видимой – Rv, областях спектра, из следующих соотношений:

1.; 2. .

Индекс PVIс – используется для мониторинга пахотных земель при обработки снимков спутниковой системой MODIS в ИКИ РАН (Барталев и др, 2006); PVI –определяет простой перпендикулярный индекс. Для посевов с ПП > 0,4-0,5 использованы индексы и . Чем выше значения индекса, тем лучше физиологическое состояние растений в посеве. Методика основывается на построении и анализе функций отклика «воздействие - эффект». Воздействием является внесение в почву минерального азота в разной дозе кг/га. Эффектами являются оптические реакции посева (функции отклика ФО) на эти дозы. ФО представляют из себя разные виды вегетационных индексов учитывающие фазы развития, а также, агрохимические и агрофизические предикторы. Для каждой фазы развития растений в посеве выбирается свой индекс, оптимизированный по максимальному значению коэффициента детерминации R² для редуцированных (приведенных к области азотного дефицита) функций отклика. В рамках методики проводится анализ и первичная статистическая обработка данных с учетом агрофизических характеристик почвы и возможных передозировок азота, построение градуировочных характеристик ГХ на исследуемый участок и получение расчетных соотношений для определения уровня азотного питания растений.

Литература

Барталев С. А., Лупян Е. А., Нейштадт И. А., Савин И. Ю. Классификация некоторых типовсельскохозяйственных посевов в южных регионах России по спутниковым даннымMODIS//Исследование Земли из космоса № 3,2006.

Безопасность России. Экологическая диагностика// Колл. авторов под ред. Чл. корр РАН В. В. Клюева МГД «Знание», «Машиностроение», Москва 2000 г, 496с

Книжников Ю. Ф., Кравцова В. И., О. В. Тутубалина Аэрокосмические методы географических исследований, Москва 2004 г., 332с.

Сурин В. Г., Моисеев К. Г., Лыкова Н. А., Лекомцев П. В., Рысев М. Н., МатвеенкоД. А., Маглыш Е. Г. Методика выполнения измерений для оперативной диагностики уровня азотного питания и физиологического состояния растений в посевах активным дистанционным оптическим тестером// Изд. РАСХН АФИ,2011, 22с

Surin V. G., Kuvaldin E. V., Krankina O. N. (Oregon State University.) Field

Photometry for Precision Measuring of Plants Status// NERIN Metadata, GOFC-

GOLD Programm 2005, N195 http://www. daac. ornl. gov/cgi-bin/MDEDIT/access. pl)

Surin V. G., Kuvaldin E. V., Moiseev K. G. and Pishcik V. N. High accuracy method to evaluate variable N-fertililizer rates for topdress application by using remote and contact active optical field testers combined// EFITA/WCCA 2011 Papers presented at 8-th European Federation for Information Technology in Agriculture, Food and the Environment/World Congress on Computers in Agriculture, Prague, Czech Republic 11-14 July 2011, p 125-131.