Pred več kot sto leti, poleti 1922, je z metropolitanskega letališča Khodynsky vzletelo letalo z opremo za izvajanje letalskih kemičnih del s škropljenjem proti škodljivcem in boleznim. Uspešni poskusni leti so pomenili začetek razvoja kmetijskega letalstva.
Danes je uporaba različnih letalskih sredstev za varstvo rastlin velikega gospodarskega pomena, saj omogoča:
— obsežno daljinsko spremljanje kmetijskih pridelkov;
- zaščitni ukrepi v kratkih kmetijskih območjih in na težko dostopnih mestih pred posebej nevarnimi škodljivci (kobilica, travniška vešča, mišji glodavci, koloradski hrošč, škodljiva želva) in boleznimi (rjava rja, ožig, alternarioza);
- obdelava tal z močno vlažnostjo tal, ko zemeljska oprema ne more vstopiti na polje, zlasti v boju proti plevelu;
– predelava visokih poljščin (koruza, sončnice) in setev semenskih posevkov;
— predelava riževih polj;
- izsušitve;
- obdelava pridelkov na pobočjih z naklonom nad 7 stopinj, kjer škropilna oprema ne more delovati.
V Sovjetski zvezi je bila osnova flote kmetijskega letalstva AN-2. Trenutno gre razvoj kmetijskega letalstva v smeri znatne širitve uporabe ultralahkih letal (ALV) in brezpilotnih letal (UAV), ki so veliko cenejši od težkih letal. V skladu z Zveznimi letalskimi pravili in Zračnim zakonikom Ruske federacije se naprava (zrakoplov) imenuje ultralahka, če ima:
- največja vzletna teža ne več kot 495 kg (brez letalske reševalne opreme);
- največja kalibracijska hitrost (najmanjša hitrost leta) ne več kot 65 km/h.
Brezpilotna letala (UAV) vključujejo vozila, katerih lete nadzirajo piloti, ki so zunaj krova (zunanji piloti).
Značilnosti pravilnega načina uporabe UAV so določene z njegovo največjo vzletno težo:
- do 250 g - niso predmet državne registracije ali računovodstva;
- od 250 g do 30 kg - so predmet obveznega državnega računovodstva;
- od 30 kg in več - so predmet državne registracije.
Pomembne prednosti uporabe UAV in ALS so:
— ni izgub zaradi poškodb pridelkov s kolesi ali potrebe po uporabi voznih poti (v primerjavi s talno opremo);
- visoka učinkovitost ob znižanju obratovalnih stroškov (v primerjavi s težkimi letali, saj za ta letala ni treba imeti opremljenih letališč).
Uporaba brezpilotnih letal pomaga pri reševanju naslednjih nalog:
- pridobivanje podrobnejših informacij o izdelavi kartografske podlage kmetijskih zemljišč in umeščanju kmetijskih objektov z njihovimi natančnimi koordinatami za načrtovanje in vodenje tehnoloških procesov kmetijske proizvodnje;
– izvajanje daljinskega monitoringa na podlagi multispektralnega slikanja podlage kmetijskih zemljišč za ugotavljanje stanja in razvoja posevkov, napoved pridelka na podlagi izračuna vegetacijskega indeksa na podlagi rezultatov spektralnega slikanja ipd.;
– sprotni operativni nadzor nad delovanjem zemeljske opreme in kakovostjo agrotehničnega dela;
– geokodirano fitosanitarno spremljanje kmetijskih zemljišč za ugotavljanje stopnje zapleveljenosti pridelkov, prisotnosti škodljivcev in manifestacij bolezni v zgodnji fazi razvoja, tudi v latentni obliki;
Uporaba UAV za aerofotografiranje kmetijskih zemljišč omogoča, v primerjavi s satelitskimi posnetki, pridobivanje posnetkov z višjo ločljivostjo (do en centimeter na točko) in, kar je najpomembneje, omogoča izvajanje teh del v prisotnosti gostih površin. oblaki (snemanje z vesoljskimi plovili v takih obdobjih ni mogoče).
Oglejmo si podrobneje fitosanitarni nadzor pridelkov. V zadnjem času obseg uporabe fitofarmacevtskih sredstev v Rusiji vztrajno narašča: po statističnih podatkih so se vsakih pet let, od leta 2010, podvojili in leta 2020 dosegli 221 tisoč ton. Z naraščajočo uporabo fitofarmacevtskih sredstev morajo kmetije zagotoviti pravočasno zbiranje in obdelavo podatkov o fitosanitarnem stanju kmetijskih površin. Brez teh podatkov je nemogoče rešiti probleme tehnološke podpore za smotrno in varno rabo fitofarmacevtskih sredstev v kratkem kmetijskem roku. Obstoječe metode zemeljskega pregleda polj ne omogočajo hitrega in ustreznega pridobivanja potrebnih informacij. V zvezi s tem v tujini in pri nas aktivno potekajo dela za razvoj visoko zmogljivih oddaljenih metod za pridobivanje informacij za načrtovanje in izvajanje ukrepov varstva rastlin. Za operativni daljinski fitosanitarni monitoring se največ uporabljajo brezpilotna letala, ki zagotavljajo geokodirane video, multispektralne in hiperspektralne slike podzemnega površja Zemlje.
Treba je opozoriti, da so vprašanja uporabe oddaljenih metod pridobivanja informacij na področju zatiranja plevela (določitev lokacije plevela na polju, ocena izgub pridelka, kartiranje območij škode) že delno rešena. Na tem področju so v okviru sporazuma o znanstveno-tehničnem sodelovanju potekale raziskave, v katerih so sodelovali strokovnjaki VIZR, Univerze za vesoljsko instrumentacijo (Sankt Peterburg), Samarske agrarne akademije in Ptero LLC (Moskva). Pozitivni rezultati so bili pridobljeni z uporabo BVS za oddaljene metode pridobivanja informacij na podlagi spektrometrije za oceno okužbe žitnih posevkov in nasadov krompirja za več kot 20 vrst plevelov, vključno s tako škodljivim, kot je sosnowskyjev hogweed. Podatki so bili pridobljeni na podlagi določanja in analize spektralnih karakteristik odboja kulturnih rastlin in plevelov v območju valovnih dolžin 300-1100 nm.
Tako so med študijami, ki so bile izvedene za identifikacijo značilnih lastnosti na podlagi spektralne svetlosti odboja gojenih in plevelnih rastlin, ugotovljene najbolj informativne spektralne podobmočja valovnih dolžin elektromagnetnega sevanja za uporabo multispektralnega slikanja spodnje površine kmetijskih zemljišč z uporabo sodobnega sistemi daljinskega zaznavanja. Analiza spektralnih slik plevelov in kulturnih rastlin pokaže, da opazimo značilne razlike v dobljenih krivuljah spektralne svetlosti v podobmočjih modrega, zelenega, rdečega in bližnjega infrardečega elektromagnetnega sevanja v bližnjem infrardečem podobmočju valovnih dolžin.
Težja naloga za široko uporabo metod daljinskega zaznavanja kmetijskih zemljišč je določanje informativnih znakov rastlinskih bolezni, predvsem v latentni obliki. To je posledica dejstva, da so številni informativni znaki bolezni po spektralni svetlosti podobni znakom neinfektivne patologije proučevanih rastlin.
Dobili smo pozitivne rezultate pri določanju bolezni krompirja in poškodovanosti rastlin krompirja s koloradskim hroščem s spektroradiometrijo. Pri uporabi te metode je bilo ugotovljeno, da ko je sajenje krompirja prizadeto s pozno plesnijo (slika 1), tretji dan po okužbi opazimo močno zmanjšanje spektralne svetlosti odseva v primerjavi z zdravimi rastlinami in na sedmi dan po okužbi vrednosti spektralne svetlosti kažejo, da so rastline praktično odmrle. V tem primeru je vrednost spektralne svetlosti v rastlinah, ki jih je prizadela pozna plesni, blizu vrednosti spektralne svetlosti odboja od tal.
Pri poškodbah krompirja s koloradskim hroščem opazimo tudi zmanjšanje vrednosti svetlosti spektralne refleksije za dva do trikrat v primerjavi z rastlinami brez poškodb škodljivca. Slika 2 prikazuje podatke o spektralni svetlosti odboja rastlin krompirja ob upoštevanju različne stopnje njihove poškodovanosti. Dobljeni podatki so velikega pomena za daljinsko metodo odkrivanja poškodb rastlin krompirja s koloradskim hroščem.
Trenutno so na podlagi študij, izvedenih za določitev informativnih značilnosti na podlagi spektralne svetlosti odboja zdravih in obolelih rastlin krompirja ter tistih, ki jih je poškodoval koloradski hrošč, ugotovljena najbolj informativna spektralna podobmočja valovnih dolžin elektromagnetnega sevanja. vzpostavljen za uporabo multispektralnega slikanja spodnje površine kmetijskih zemljišč z uporabo BVS in SLA.
Pri določanju bolezni je treba upoštevati rezultate raziskav Agrofizikalnega inštituta, ki so omogočile določitev spektralnih značilnosti odboja rastlin, ki jim primanjkuje dušika in talne vlage.
Dobljeni rezultati so pomembni za identifikacijo informativnih značilnosti, ki omogočajo jasno razlikovanje pri dešifriranju fitosanitarnega stanja kmetijskih zemljišč med rastlinami, ki so jih prizadele bolezni, in tistimi s patologijami, ki jih povzroča pomanjkanje mineralne prehrane ali vlage v tleh.
Oblikovanje knjižnic spektralnih slik bolezni različnih poljščin, pa tudi spektralnih slik teh poljščin, ki jim primanjkuje mineralne prehrane ali vlage v tleh, bo na podlagi rezultatov oddaljenega pridobivanja informacij omogočilo sprejemanje razumnih in hitrih odločitev. stabilizirati fitosanitarne razmere ob prisotnosti bolezni ali izvesti niz agrotehničnih ukrepov za lajšanje stresnih situacij na pridelkih, ki jih povzročajo drugi dejavniki.
Naslednja pomembna usmeritev pri uporabi BVS je njihova uporaba za ukrepe varstva rastlin. Prvič so UAV v obliki brezpilotnih daljinsko vodenih helikopterjev začeli uporabljati na Japonskem v zgodnjih 90. letih za obdelavo riževih polj s pesticidi. Trenutno na Kitajskem, ki je vodilna v proizvodnji kmetijskih dronov, površine za pridelavo UA že presegajo več milijonov hektarjev. Tudi trg UAV se dinamično razvija po vsem svetu, obseg uporabe teh letal se letno poveča za 400-500%. Po mnenju strokovnjakov bo uporaba tehnologij UA v kmetijstvu v svetu dosegla tržno vrednost 5,7 milijarde dolarjev.
Od kmetijskih dronov na trgu prevladuje kitajsko podjetje DJI, najpogostejši model pa je DJI Agras T16.
Ker je večina delov UAV tega modela izdelanih iz kompozitnih materialov, teža naprave ne presega 18,5 kg (brez baterije). Z opremo za zaščito rastlin pri polnjenju rezervoarja z delovno tekočino vzletna teža stroja doseže 41 kg. Prostornina rezervoarja za delovno tekočino je 16 litrov, če je nosilec opremljen z osmimi šobami. Prednost tega modela drona je, da je opremljen z radarji, kar drastično zmanjša tveganje trka z ovirami, poleg tega pa omogoča delo ponoči z uporabo reflektorjev. Optimalna višina leta drona nad poljem je 2,5-3 metre, po potrebi pa se lahko naprava dvigne do 30 metrov (največja horizontalna višina leta). Ta višina je potrebna za obdelavo trajnih nasadov, rastlin v botaničnih vrtovih in gozdovih pred škodljivci in boleznimi.
V Ruski federaciji so bili pridobljeni pozitivni rezultati uporabe BVS za zatiranje mišjih glodalcev (študije so bile izvedene s sodelovanjem VIZR in podjetja Ginus). Proizvodni testi daljinskega nadzora in geokodiranega nanašanja rodenticidov v rove miši podobnih glodalcev so pokazali, da je natančnost nove tehnologije v primerjavi z ročnim nanašanjem 91 % proti 97 %.
Praktične izkušnje so bile zbrane z uporabo BVS za daljinsko spremljanje območij razširjenosti sosnovskega mraza, pa tudi z uporabo tehnologije škropljenja s herbicidi proti tej škodljivi vrsti.
Kljub pozitivnim rezultatom in obetom uporabe UA v kmetijstvu obstajajo pomanjkljivosti, pa tudi nerešena vprašanja na področju zakonodaje in regulativnih dokumentov o njihovi učinkoviti in varni uporabi za daljinsko spremljanje in varstvo rastlin, in sicer:
- visoki stroški UAV s tveganjem izgube aparata med izvajanjem dela;
- zakonske omejitve uporabe: v večini držav sveta mora biti UAV med opravljanjem dela v vidnem polju operaterja (oddaljenost ni večja od 500 metrov);
- potreba po registraciji, registraciji naprave (v večini držav, če njena masa presega 25 kg) in pridobitvi dovoljenja za uporabo UAV v komercialne namene;
- potreba po dodatni dragi opremi in usposobljenem osebju: za nemoteno in učinkovito delovanje UAV so potrebne vsaj tri dodatne baterije, generator za njihovo polnjenje; vsaj trije ljudje se ukvarjajo s servisiranjem enega avtomobila;
- velika odvisnost od vremenskih razmer. V vetrovnem vremenu je nadzor nad aparatom zelo otežen, še posebej pri močnem bočnem vetru;
- pomanjkanje legaliziranih predpisov za uporabo fitofarmacevtskih sredstev z uporabo BVS v skladu z zahtevami zveznega zakona št. 109 "O varnem ravnanju s pesticidi in agrokemikalijami";
- pomanjkanje regulativnih dokumentov za varno delovanje UAV v kmetijstvu;
- pomanjkanje standardov zavarovanja tveganja za pravne in fizične osebe pri uporabi fitofarmacevtskih sredstev s pomočjo BVS;
- visoka cena in pomanjkanje programskih izdelkov za reševanje problemov daljinskega fitosanitarnega monitoringa plevelov, škodljivcev in bolezni ob upoštevanju ekonomskih pragov škodljivosti ter avtomatskega dekodiranja njihovih rezultatov.
Nujno je treba oblikovati regionalne centre za usposabljanje operaterjev in proizvodno aprogramacijo tehnoloških postopkov za uporabo UAS za nadzor in zaščito rastlin.
V okviru programov digitalizacije kmetijstva je treba pospešeno razvijati obsežne baze referenčnih vzorcev plevelov v najranljivejši fazi razvoja za uporabo herbicidov in referenčnih vzorcev z značilnimi informativnimi znaki poškodovanosti pomembnejših poljščin s škodljivci. Enako pomembno je dokončati oblikovanje knjižnic spektralnih slik zdravih in obolelih rastlin ob upoštevanju vpliva ravni mineralne prehrane in agroklimatskih parametrov.
Anatolij Lysov, vodja laboratorija za integrirano varstvo rastlin, VIZR, e-naslov: lysov4949@yandex.ru