Кукуруза вырастает высокой с относительно тонкими стеблями, которые из-за дождя, ветра и других все более частых экстремальных погодных явлений падают, подвергая риску весь урожай. Называемое полеганием, физическое падение требует незамедлительной оценки, в чем большую помощь могут оказать дроны и новые технологии.
Кукуруза является одной из основных продовольственных культур в мире, которая играет важнейшую роль в глобальной торговле и продовольственной безопасности.
Изменение климата несет кукурузе различные риски, в том числе полегание. Например, в Китае сильные осадки, вызванные тайфунами, в основном происходят летом, совпадая с быстрым ростом кукурузы. Стресс полегания изменяет структуру полога популяции, а перекрытие листьев влияют на физиологическую активность растения. Поэтому быстрая диагностика стресса полегания и мониторинг изменений временных рядов могут помочь понять его влияние на восстановление роста кукурузы.
Традиционный метод измерения полегания сельскохозяйственных культур предполагает проведение агротехническими специалистами полевых исследований для оценки возникновения, углов и типов полегания. Этот подход является субъективным, требует большого количества специалистов и значительных временных затрат.
Развитие технологии дистанционного зондирования в сельском хозяйстве открывает новые возможности для мониторинга полей и их оценки.
С помощью технологии дистанционного зондирования можно всесторонне контролировать и оценивать процесс роста сельскохозяйственных культур, площадь посадки, урожайность, болезни и насекомых-вредителей и так далее. По сравнению с традиционными полевыми наблюдениями этот метод предлагает значительные преимущества, такие как более широкий охват, более высокое пространственное и временное разрешение, повышенная эффективность мониторинга и снижение затрат.
Принцип мониторинга дистанционного зондирования в сельском хозяйстве заключается в использовании таких платформ, как спутники и беспилотные летательные аппараты (БПЛА), для сбора спектральной информации, которая отражает состояние роста сельскохозяйственных культур.
Влияние стресса полегания на рост урожая является сложным и часто варьируется в зависимости от конкретных культур, стадий роста и генетических разновидностей. Полегание не только изменяет пространственную структуру растений кукурузы, но также приводит к наклону и взаимному покрытию листьев кукурузы. Это явление привело к значительным изменениям в структуре полога популяций кукурузы, глубоко влияя на фотосинтез, газообмен и транспортировку растительных ауксинов.
Группа исследователей из Китая заявила, что быстрый, неразрушающий метод дистанционного мониторинга, называемый гиперспектральной съемкой на основе беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), может точно оценить восстановление кукурузы без временных или финансовых затрат на физический осмотр посевов. Команда опубликовала свой подход в журнале Journal of Remote Sensing .
«Технология гиперспектральной визуализации на основе БПЛА кардинально меняет наши методы мониторинга и оценки восстановления полегающих культур, - сказал первый автор Цянь Сунь, доктор из Университета Янчжоу. - Этот передовой метод позволяет проводить быструю, неразрушающую оценку здоровья и роста растений. Это не только помогает лучше понять состояние растений, но и улучшает общие методы управления посевами, что потенциально приводит к более эффективным вмешательствам и улучшению сельскохозяйственного производства».
Гиперспектральная съемка на основе БПЛА подразумевает использование беспилотных летательных аппаратов, которые могут летать с ограниченным участием человека и исследовать поле. Для каждого пикселя на изображении метод определяет несколько спектральных диапазонов - гораздо более детальное понимание, чем человеческое зрение, которое видит только в трех диапазонах видимого света.
Исследователи использовали гиперспектральную съемку на основе БПЛА для оценки высоты и покрытия полога, а также физиологической активности кукурузы, такой как выработка хлорофилла - свидетельство фотосинтеза, процесса производства энергии, который может снижаться, если стебли становятся короче или листья закрываются другими растениями после полегания. Этот двухсторонний подход необходим для точной оценки, говорят исследователи, поскольку измерение только одной переменной дает неполную картину прогресса отрастания кукурузы.
«Эта методика позволяет более точно контролировать и оценивать условия полегания культур по сравнению с традиционными методами, - сказал соавтор Сяохэ Гу, профессор Исследовательского центра информационных технологий Пекинской академии сельского хозяйства и лесных наук. - В частности, в этом исследовании предложена комплексная система оценки, которая объединяет структуру полога и физиологическую активность, предоставляя точные и эффективные средства оценки степени восстановления полегающей кукурузы. Наш подход к визуализации позволяет точно оценить как высоту полога, так и физиологическую активность, предоставляя информацию фермерам, которые затем могут вносить коррективы в посевы, чтобы способствовать их восстановлению».
«Конечная цель - произвести революцию в сельскохозяйственной практике посредством широкого внедрения гиперспектральной технологии на базе БПЛА, — сказал соавтор Липин Чен, профессор Исследовательского центра информационных технологий Пекинской академии сельского и лесного хозяйства. - Сделав этот передовой инструмент стандартным компонентом мониторинга урожая, мы стремимся значительно повысить точность и эффективность оценки здоровья и восстановления растений. Это позволит фермерам и агрономам эффективнее управлять посевами, оптимизировать вмешательства и в конечном итоге повысить урожайность и производительность».
Другими соавторами исследования являются Баоюань Чжан, Сюйчжоу Цюй и Янлинь Цуй из Научно-исследовательского центра информационных технологий Пекинской академии сельского хозяйства и лесоводства, а также соавтор Мэйянь Шу из Колледжа информационных и управленческих наук Сельскохозяйственного университета провинции Хэнань.
