Преди повече от сто години, през лятото на 1922 г., самолет с оборудване за извършване на въздушни химически работи чрез пръскане срещу вредители и болести излетя от столичното летище Ходински. Успешните изпитателни полети бележат началото на развитието на селскостопанската авиация.
Днес използването на различни авиационни средства за растителна защита е от голямо икономическо значение, тъй като дава възможност за:
— широкомащабно дистанционно наблюдение на земеделските култури;
- защитни мерки в кратки агросрочни условия и на труднодостъпни места срещу особено опасни вредители (скакалци, ливаден молец, мишевидни гризачи, колорадски бръмбар, вредна костенурка) и болести (кафява ръжда, късна болест, алтернариоза);
- обработка на почвата със силно овлажняване на почвата, когато наземната техника не може да влезе в полето, особено при борбата с плевелите;
– обработка на високи култури (царевица, слънчоглед) и сеитба на семенни култури;
— обработка на оризови полета;
- изсушаване;
– обработка на култури на склонове с наклон над 7 градуса, където не могат да работят наземни пръскачки.
В Съветския съюз основата на флота на селскостопанската авиация беше АН-2. В момента развитието на селскостопанската авиация върви към значително разширяване на използването на свръхлеки летателни апарати (ALV) и безпилотни летателни апарати (UAV), които са много по-евтини от тежките самолети. В съответствие с Федералните авиационни правила и Въздушния кодекс на Руската федерация апарат (самолет) се нарича свръхлек, ако има:
- максимално тегло при излитане не повече от 495 kg (без авиационно спасително оборудване);
- максимална калибровъчна скорост на срив (минимална скорост на полета) не повече от 65 km/h.
Безпилотните летателни апарати (UAV) включват превозни средства, чиито полети се контролират от пилоти, които са извън борда (външни пилоти).
Характеристиките на правилния режим на използване на БЛА се определят от максималното му тегло при излитане:
- до 250 g - не подлежат на държавна регистрация или счетоводство;
- от 250 г до 30 кг - подлежат на задължително държавно отчитане;
- от 30 кг и повече - подлежат на държавна регистрация.
Важни предимства на използването на UAV и ALS са:
— липса на загуби от повреда на посевите от колелата или необходимостта от използване на технологични линии (в сравнение с наземното оборудване);
- висока ефективност при намаляване на оперативните разходи (в сравнение с тежките самолети, тъй като тези самолети не се нуждаят от оборудвани летища).
Използването на безпилотни летателни апарати помага за решаването на следните задачи:
- получаване на подробна информация за създаване на картографска основа на земеделските земи и разположението на земеделските обекти с техните точни координати за планиране и управление на технологичните процеси на земеделското производство;
– извършване на дистанционен мониторинг на базата на мултиспектрално заснемане на подстилащата повърхност на земеделските земи за определяне на състоянието и развитието на посевите, прогнозиране на добивите въз основа на изчисляването на вегетационния индекс въз основа на резултатите от спектралното заснемане и др.;
– оперативен контрол в реално време върху работата на наземната техника и качеството на агротехническата работа;
– геокодиран фитосанитарен мониторинг на земеделски земи за определяне на степента на заплевеляване на културите, наличието на неприятели и прояви на болести в ранен стадий на развитие, включително в латентна форма;
Използването на UAV за въздушна фотография на земеделски земи осигурява, в сравнение със сателитните изображения, получаване на изображения с по-висока разделителна способност (до един сантиметър на точка) и най-важното, прави възможно извършването на тези работи в присъствието на плътни облаци (снимането с космически кораб през такива периоди е невъзможно).
Нека се спрем по-подробно на фитосанитарния мониторинг на културите. Напоследък обемът на употребата на продукти за растителна защита в Русия непрекъснато нараства: според статистиката на всеки пет години, започвайки от 2010 г., те се удвояват и през 2020 г. достигат 221 хиляди тона. С нарастването на използването на продукти за растителна защита стопанствата трябва да осигурят своевременно събиране и обработка на информация за фитосанитарното състояние на земеделските площи. Без тази информация е невъзможно да се решат проблемите на технологичното осигуряване за рационално и безопасно използване на продукти за растителна защита в кратък селскостопански период. Съществуващите методи за наземна проверка на полета не позволяват получаването на необходимата информация бързо и в необходимия обем. В тази връзка в чужбина и у нас активно се работи за разработване на високоефективни дистанционни методи за извличане на информация за планиране и провеждане на растителнозащитни мерки. За оперативен дистанционен фитосанитарен мониторинг най-широко се използват безпилотни летателни апарати, осигуряващи геокодирани видео, мултиспектрални и хиперспектрални изображения на подстилащата повърхност на Земята.
Трябва да се отбележи, че проблемите с използването на дистанционни методи за извличане на информация в областта на борбата с плевелите (определяне на местоположението на плевелите в полето, оценка на загубите на култури, картографиране на зони на увреждане) вече са частично решени. В тази област, в рамките на споразумение за научно-техническо сътрудничество, бяха проведени изследвания с участието на специалисти от ВИЗР, Университета по аерокосмическо приборостроене (Санкт Петербург), Самарската аграрна академия и Ptero LLC (Москва). Положителни резултати са получени от използването на BVS за дистанционни методи за извличане на информация, базирани на спектрометрия, за оценка на заразяването на зърнени култури и картофени насаждения за повече от 20 вида плевели, включително такъв вреден като храст на Сосновски. Данните са получени въз основа на определянето и анализа на спектралните характеристики на отражение от култивирани растения и плевели в диапазона на дължината на вълната 300-1100 nm.
По този начин, в хода на проучванията, проведени за идентифициране на дефиниращи характеристики въз основа на спектралната яркост на отражение от култивирани и плевелни растения, бяха установени най-информативните спектрални поддиапазони на дължини на вълните на електромагнитното излъчване за използване на мултиспектрално изображение на подстилащата повърхност на земеделска земя с помощта на съвременни системи за дистанционно наблюдение. Анализът на спектралните изображения на плевелите и култивираните растения показва, че се наблюдават характерни разлики в получените спектрални криви на яркост в поддиапазоните на синьо, зелено, червено и близко инфрачервено електромагнитно излъчване в близкия инфрачервен поддиапазон от дължини на вълните.
По-трудна задача за широкото използване на методите за дистанционно наблюдение на земеделски земи е определянето на информативни признаци на болести по растенията и преди всичко в латентна форма. Това се дължи на факта, че много информативни признаци на заболявания са подобни по спектрална яркост на признаците на неинфекциозна патология на изследваните растения.
Получени са положителни резултати за определяне на болести по картофите и увреждане на картофените растения от колорадски бръмбар чрез спектрорадиометрия. При използването на този метод беше установено, че когато засаждането на картофи е засегнато от късна болест (фиг. 1), на третия ден след инфекцията наблюдаваме рязко намаляване на спектралната яркост на отражението в сравнение със здравите растения и на на седмия ден след заразяването стойностите на спектралната яркост показват, че растенията практически са загинали. В този случай стойността на спектралната яркост в растенията, засегнати от късна болест, е близка до стойностите на спектралната яркост на отражението от почвата.
Когато картофите са повредени от колорадския бръмбар, ние също наблюдаваме намаляване на стойностите на яркостта на спектралното отражение с два до три пъти в сравнение с растенията без увреждане от вредителя. Фигура 2 показва данни за спектралната яркост на отражението на картофените растения, като се вземе предвид различната степен на тяхното увреждане. Получените данни са от голямо значение за дистанционния метод за откриване на лезии на картофени растения от колорадски бръмбар.
Понастоящем, въз основа на проучванията, проведени за определяне на информативни характеристики въз основа на спектралната яркост на отражението от здрави и болни картофени растения, както и тези, увредени от колорадски бръмбар, са установени най-информативните спектрални поддиапазони на дължините на вълните на електромагнитното излъчване създаден за използване на мултиспектрално изобразяване на основната повърхност на земеделска земя с помощта на BVS и SLA.
При определяне на болестите е необходимо да се вземат предвид резултатите от изследванията на Агрофизическия институт, които позволиха да се определят спектралните характеристики на отражението на растенията, които имат дефицит на азот и почвена влага.
Получените резултати са важни за идентифициране на информативни характеристики, които позволяват ясно да се разграничат при дешифриране на фитосанитарното състояние на земеделските земи растенията, засегнати от болести, и тези с патологии, причинени от дефицит на минерално хранене или почвена влага.
Формирането на библиотеки от спектрални изображения на заболявания на различни култури, както и спектрални изображения на тези култури, които имат дефицит на минерално хранене или почвена влага, ще позволи, въз основа на резултатите от дистанционно извличане на информация, да се вземат разумни и бързи решения за стабилизиране на фитосанитарната ситуация при наличие на болести или за провеждане на комплекс от агротехнически мерки за облекчаване на стресовите ситуации върху културите, причинени от други фактори.
Следващото важно направление в използването на БВС е приложението им за растителнозащитни мерки. За първи път UAV под формата на безпилотни хеликоптери с дистанционно управление започнаха да се използват в Япония в началото на 90-те години за третиране на оризови полета с пестициди. В момента в Китай, който е лидер в производството на селскостопански дронове, площите, обработвани с помощта на БПЛА, вече надхвърлят няколко милиона хектара. Пазарът на UAV също се развива динамично в целия свят, обемът на използване на тези самолети се увеличава ежегодно с 400-500%. Според експерти, използването на UA технологии в селското стопанство в света ще достигне пазарна стойност от $5,7 млрд.
От селскостопанските дронове на пазара доминира китайската компания DJI, като най-разпространеният модел е DJI Agras T16.
Поради факта, че повечето части на БПЛА от този модел са изработени от композитни материали, теглото на устройството не надвишава 18,5 кг (без батерия). С оборудване за растителна защита, при зареждане на резервоара с работна течност, излетното тегло на машината достига 41 кг. Капацитетът на резервоара за работна течност е 16 литра, когато стрелата е оборудвана с осем дюзи. Предимството на този модел дрон е, че е оборудван с радари, което драстично намалява риска от сблъсък с препятствия, а също така осигурява възможност за работа през нощта, с помощта на прожектори. Оптималната височина на полета на дрона над полето е 2,5-3 метра, а при необходимост устройството може да се издигне до 30 метра (максимална хоризонтална височина на полета). Тази височина е необходима за третиране на трайни насаждения, растения в ботанически градини и гори от вредители и болести.
В Руската федерация са получени положителни резултати от използването на BVS за борба с мишевидни гризачи (изследванията са проведени с участието на VIZR и компанията Ginus). Производствените тестове на дистанционно наблюдение и геокодирано приложение на родентициди в дупките на мишевидни гризачи показаха, че точността на новата технология в сравнение с ръчното приложение е 91% срещу 97%.
Натрупан е практически опит в използването на BVS за дистанционен мониторинг на ареалите на разпространение на обикновения блат на Сосновски, както и използването на технология за пръскане с хербициди срещу този вреден вид.
Въпреки положителните резултати и перспективите за използване на UA в селското стопанство, има недостатъци, както и нерешени въпроси в областта на законодателството и нормативните документи относно тяхното ефективно и безопасно използване за дистанционен мониторинг и растителна защита, а именно:
- висока цена на UAV с риск от загуба на апарата по време на изпълнение на работата;
- правни ограничения за използване: в повечето страни по света UAV по време на работа трябва да бъде в рамките на линията на видимост на оператора (отдалечеността е не повече от 500 метра);
- необходимостта от регистрация, регистрация на устройството (в повечето страни, ако масата му надвишава 25 kg) и получаване на лиценз за използване на UAV за търговски цели;
- необходимостта от допълнително скъпо оборудване и квалифициран персонал: за непрекъсната и ефективна работа на БПЛА е необходимо наличието на поне три допълнителни батерии, генератор за зареждането им; най-малко трима души са ангажирани в обслужването на един автомобил;
- голяма зависимост от метеорологичните условия. При ветровито време управлението на апарата е много трудно, особено при силен страничен вятър;
- липса на легализирани разпоредби за използване на продукти за растителна защита, използващи BVS в съответствие с изискванията на Федерален закон № 109 „За безопасното боравене с пестициди и агрохимикали“;
- липса на нормативни документи за безопасна експлоатация на БЛА в селското стопанство;
- липса на стандарти за застрахователен риск за юридически и физически лица при използване на продукти за растителна защита с помощта на БВС;
- висока цена и липса на програмни продукти за решаване на проблемите на дистанционния фитосанитарен мониторинг на плевели, неприятели и болести, отчитащ икономическите прагове на вредност, както и автоматично декодиране на резултатите от тях.
Съществува спешна необходимост от създаване на регионални центрове за обучение на оператори и производствена апробация на технологични процедури за използване на БЛА за мониторинг и защита на растенията.
Като част от цифровизацията на селскостопанските програми е необходимо да се ускори разработването на големи бази данни от референтни проби от плевели в най-уязвимата фаза на развитие за използване на хербициди и референтни проби с характерни информативни признаци на увреждане от вредители на основните култури. Също толкова важно е да се завърши формирането на библиотеки от спектрални изображения на здрави и болни растения, като се вземе предвид влиянието на нивото на минерално хранене и агроклиматичните параметри.
Анатолий Лисов, ръководител на лабораторията за интегрирана растителна защита, VIZR, e-mail: lysov4949@yandex.ru