Több mint száz éve, 1922 nyarán a Khodynka fővárosi repülőtérről felszállt a kártevők és betegségek elleni permetezési módszerrel légi vegyi munkák elvégzésére alkalmas berendezésekkel felszerelt repülőgép. A sikeres próbarepülések a mezőgazdasági repülés fejlődésének kezdetét jelentették.
Napjainkban a különféle légiközlekedési eszközök növényvédelmi alkalmazása nagy gazdasági jelentőséggel bír, mivel lehetőséget ad arra, hogy:
— a mezőgazdasági termények nagyszabású távfelügyelete;
— védőintézkedések rövid mezőgazdasági időszakokban és nehezen elérhető helyeken a különösen veszélyes kártevők (sáska, réti moly, egérszerű rágcsálók, Colorado burgonyabogarak, káros teknősök) és betegségek (levélrozsda, késői vész, alternaria) ellen;
— kezelések, amikor a talaj erősen nedves, amikor a talajfelszerelés nem kerülhet a táblára, különösen a gyomok elleni küzdelem során;
— magas termények (kukorica, napraforgó) és vetőmagok feldolgozása;
— rizsföldek feldolgozása;
- kiszáradás;
— 7 foknál nagyobb lejtésű lejtőkön termesztett növények feldolgozása, ahol a talajpermetező berendezések nem működhetnek.
A Szovjetunióban a mezőgazdasági repülési flotta alapja az AN-2 volt. Jelenleg a mezőgazdasági repülés fejlődése az ultrakönnyű repülőgépek (ULA) és a pilóta nélküli légi járművek (UAV) használatának jelentős kiterjesztése felé halad, amelyek jóval olcsóbbak, mint a nagy teherbírású repülőgépek. A Szövetségi Légiközlekedési Szabályzat és az Orosz Föderáció légi szabályzata értelmében az ultrakönnyű repülőgép olyan légi jármű (repülőgép), amely rendelkezik:
— a maximális felszálló tömeg legfeljebb 495 kg (a légi mentő felszerelések nélkül);
— legnagyobb kalibrált leállási sebesség (minimális repülési sebesség) nem több, mint 65 km/h.
A pilóta nélküli légi járművek (UAV) olyan járműveket foglalnak magukban, amelyek repülését a repülőgépen kívül tartózkodó pilóták (távpilóták) irányítják.
Az UAV megfelelő használati módjának jellemzőit a maximális felszálló tömege határozza meg:
- 250 g-ig - nem tartoznak állami nyilvántartásba vagy elszámolás alá;
- 250 g-tól 30 kg-ig - kötelező állami regisztrációhoz kötött;
- 30 kg-tól és több - állami regisztrációhoz kötöttek.
Az UAV-k és SLA-k használatának fontos előnyei a következők:
— nincs veszteség a terményben a kerekek által okozott károkból vagy a művelőutak használatának szükségességéből (a földi berendezésekkel összehasonlítva);
— nagy hatékonyság csökkentett üzemeltetési költségek mellett (a nagy teherbírású repülőgépekhez képest, mivel ezek a repülőgépek nem igényelnek felszerelt repülőtereket).
A pilóta nélküli repülőgépek használata a következő problémák megoldásában segít:
— részletes információk megszerzése a mezőgazdasági területek térképészeti bázisának kialakításáról és a mezőgazdasági objektumok pontos koordinátáival történő elhelyezéséről a mezőgazdasági termelés technológiai folyamatainak tervezéséhez és nyomon követéséhez;
— a mezőgazdasági területek alatti felszínének multispektrális fényképezésén alapuló távfelügyelet elvégzése a kultúrnövények állapotának és fejlettségének megállapítása érdekében, a spektrális fényképezés eredményei alapján a vegetációs index számítása alapján a terméshozam előrejelzése stb.;
— a földi berendezések működésének és a mezőgazdasági munka minőségének valós idejű operatív ellenőrzése;
— a mezőgazdasági területek geokódolt növény-egészségügyi ellenőrzése a növények gyomosodásának, a kártevők jelenlétének és a betegségek korai fejlődési stádiumában, beleértve a látens formát is, meghatározására;
Az UAV-k használata a mezőgazdasági területek légi fényképezésére a műholdképekkel összehasonlítva nagyobb felbontású (pontonként egy centiméterig) képalkotást tesz lehetővé, és ami a legfontosabb, lehetővé teszi ennek a munkának a végrehajtását sűrű felületek jelenlétében. felhők (ilyen időszakokban űrhajóval nem lehet rögzíteni).
Foglalkozzunk részletesebben a növények növény-egészségügyi ellenőrzésével. Az utóbbi időben a növényvédő szerek felhasználásának mennyisége Oroszországban folyamatosan növekszik: a statisztikák szerint 2010 óta ötévente megduplázódott, és 2020-ban elérte a 221 ezer tonnát. A növényvédő szerek használatának növekedésével a gazdaságoknak gondoskodniuk kell a mezőgazdasági táblák növény-egészségügyi állapotára vonatkozó információk gyors összegyűjtéséről és feldolgozásáról. Ezen információk nélkül lehetetlen rövid mezőgazdasági időkereten belül megoldani a növényvédő szerek ésszerű és biztonságos felhasználásának technológiai támogatásának problémáit. A táblák földi nyomvonalas felmérésének meglévő módszerei nem teszik lehetővé a szükséges információk gyors és mennyiségi beszerzését. Ezzel kapcsolatban külföldön és hazánkban is aktívan dolgoznak a növényvédelmi intézkedések tervezéséhez és végrehajtásához szükséges, nagy teljesítményű távoli információgyűjtési módszerek kifejlesztésén. Működési távoli növény-egészségügyi megfigyelésre a legszélesebb körben használt pilóta nélküli légi járművek, amelyek geokódolt videót, multispektrális és hiperspektrális képeket biztosítanak a Föld felszínéről.
Megjegyzendő, hogy a gyomirtás területén (a szántóföldi gyomok elhelyezkedésének meghatározása, termésveszteségek felmérése, káros zónák feltérképezése) a távoli információgyűjtési módszerekkel kapcsolatos kérdések részben már megoldódtak. Ezen a területen a tudományos és műszaki együttműködésről szóló megállapodás keretében kutatások folytak a VIZR, a University of Aerospace Instrumentation (Szentpétervár), a Samara Agrárakadémia és a Ptero LLC (Moszkva) szakembereinek részvételével. Pozitív eredményeket értek el UAV-k használatával a spektrometrián alapuló információgyűjtés távoli módszereivel a gabonanövények és a burgonyaültetvények gyomosságának felmérésére több mint 20 fajta gyomnövény esetében, beleértve az olyan károsakat is, mint a Sosnovsky-féle disznófű. Az adatokat a 300-1100 nm hullámhossz-tartományban kultúrnövényekről és gyomnövényekről való visszaverődés spektrális jellemzőinek meghatározása és elemzése alapján nyertük.
Így a kultúrnövényekről és gyomnövényekről való visszaverődés spektrális fényességén alapuló meghatározó jellemzők azonosítására irányuló vizsgálatok során az elektromágneses sugárzás hullámhosszainak leginformatívabb spektrális résztartományait állapították meg a mezőgazdasági földterületek felszínének multispektrális fényképezésére. modern távérzékelési rendszerekkel. A gyomok és kultúrnövények spektrális képeinek elemzése azt mutatja, hogy a kapott spektrális fényességgörbékben jellemző különbségeket figyelünk meg a kék, zöld, vörös és közeli infravörös elektromágneses sugárzás altartományaiban a közeli infravörös hullámhossz-altartományban.
A mezőgazdasági területek távérzékelési módszereinek széleskörű elterjedésének nehezebb feladata a növénybetegségek tájékoztató jeleinek meghatározása, mindenekelőtt látens formában. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a betegségek sok informatív jele spektrális fényességében hasonló a vizsgált növények nem fertőző patológiájának jeleihez.
Pozitív eredményeket kaptunk a burgonyabetegségek és a burgonyanövények károsodásának meghatározásában a Colorado burgonyabogár spektroradiometriával. Ezzel a módszerrel azt találtuk, hogy amikor a burgonyaültetvényeket késői pusztulás érinti (1. ábra), a fertőzést követő harmadik napon a visszaverődés spektrális fényessége éles csökkenést figyelhető meg az egészséges növényekhez képest, és a hetedik napon. nappal a fertőzés után a spektrális fényességi értékek azt mutatják, hogy a növények majdnem elpusztultak. Ebben az esetben a késői fertőzés által érintett növények spektrális fényessége közel áll a talajról való visszaverődés spektrális fényességéhez.
Amikor a burgonyát a Colorado burgonyabogár károsítja, a visszaverődés spektrális fényessége kétszer-háromszoros csökkenését figyeljük meg a kártevő által nem károsított növényekhez képest. A burgonyanövények visszaverődésének spektrális fényességére vonatkozó adatokat a 2. ábra mutatja be, figyelembe véve károsodásuk különböző mértékét. A kapott adatok nagy jelentőséggel bírnak a Colorado burgonyabogár által okozott burgonyanövény-károsodás gócainak távoli azonosításában.
Jelenleg az egészséges és beteg burgonya, valamint a Colorado burgonyabogár által károsított burgonyanövények visszaverődésének spektrális fényességén alapuló informatív jellemzők meghatározására végzett vizsgálatok alapján az elektromágneses sugárzás hullámhosszainak leginformatívabb spektrális altartományait állapították meg. a mezőgazdasági földterületek felszínének multispektrális fényképezése UAV-k és SLA segítségével.
A betegségek meghatározásakor figyelembe kell venni az Agrofizikai Intézet kutatási eredményeit, amelyek lehetővé tették a nitrogén- és talajnedvesség-hiányban szenvedő növények visszaverődésének spektrális jellemzőinek meghatározását.
A kapott eredmények fontosak az olyan informatív jellemzők azonosításához, amelyek lehetővé teszik a mezőgazdasági területek növény-egészségügyi állapotának megfejtésekor a betegségekben érintett növények, valamint az ásványi tápanyaghiány vagy a talajnedvesség hiánya által okozott patológiás növények egyértelmű megkülönböztetését.
A különböző mezőgazdasági termények betegségeinek spektrális képeit tartalmazó könyvtárak, valamint az ásványi tápanyaghiányban vagy talajnedvesség-hiányban szenvedő növények spektrális képei lehetővé teszik a távoli információszerzés eredményei alapján megalapozott és gyors döntések meghozatalát. betegségek jelenlétében a növény-egészségügyi helyzet stabilizálása, vagy olyan agrotechnikai intézkedések végrehajtása, amelyek az egyéb tényezők által okozott stresszhelyzetek enyhítésére szolgálnak.
A BVS használatának következő fontos területe a növényvédelmi intézkedésekre való felhasználásuk. Első alkalommal Japánban, a 90-es évek elején kezdték használni az UAV-kat pilóta nélküli, távirányítású helikopterek formájában a rizsföldek peszticidekkel való kezelésére. Jelenleg Kínában, amely vezető szerepet tölt be a mezőgazdasági drónok gyártásában, az UAV-okat használó feldolgozási terület már meghaladja a több millió hektárt. Az UAV piac dinamikusan fejlődik az egész világon, ezeknek a repülőgépeknek a felhasználási volumene évente 400-500%-kal nő. Szakértők szerint az UAV technológia mezőgazdasági felhasználása a világon eléri az 5,7 milliárd dolláros piaci értéket.
A mezőgazdasági drónok közül a kínai DJI cég uralja a piacot, a legelterjedtebb modell pedig a DJI Agras T16.
Tekintettel arra, hogy ennek a modellnek az UAV-jának legtöbb alkatrésze kompozit anyagokból készül, az eszköz súlya nem haladja meg a 18,5 kg-ot (akkumulátor nélkül). Növényvédelmi berendezéssel a tartály munkafolyadékkal való feltöltésekor a gép felszálló tömege eléri a 41 kg-ot. A munkafolyadék-tartály űrtartalma 16 liter, ha a gém nyolc fúvókával van felszerelve. Ennek a drónmodellnek az az előnye, hogy radarokkal van felszerelve, ami drámaian csökkenti az akadályokkal való ütközés kockázatát, és lehetővé teszi az éjszakai működést is spotlámpákkal. A drón optimális repülési magassága egy szántóföld felett 2,5-3 méter, szükség esetén a készülék akár 30 méterre is emelkedhet (maximális vízszintes repülési magasság). Ez a magasság szükséges évelő ültetvények, botanikus kertek és erdők növényeinek kártevők és betegségek elleni kezeléséhez.
Az Orosz Föderációban pozitív eredményeket értek el a BVS egérszerű rágcsálók elleni küzdelemben történő használatával kapcsolatban (a kutatást a VIZR és a Ginus cég részvételével végezték). A távfelügyelet és a rágcsálóirtó szerek egérszerű rágcsálók odúiba való geokódolt alkalmazásának helyszíni tesztjei azt mutatták, hogy az új technológia pontossága a kézi kijuttatáshoz képest 91% versus 97%.
Gyakorlati tapasztalatok gyűltek össze a szosznovszkij disznófű elterjedési területeinek távfelügyeletére szolgáló UAV-k alkalmazásában, valamint e káros faj elleni gyomirtó permetezési technológia alkalmazásában.
Az UAV-ok mezőgazdasági felhasználásának pozitív eredményei és kilátásai ellenére vannak hiányosságok, valamint megoldatlan kérdések a hatékony és biztonságos távfelügyeleti és növényvédelmi felhasználásukra vonatkozó jogszabályok és szabályozási dokumentumok terén, nevezetesen:
- az UAV magas költsége az eszköz elvesztésének kockázatával munka közben;
- a használat jogi korlátozásai: a világ legtöbb országában az UAV-nak munkavégzés közben az üzemeltető látószögében kell lennie (a távolság legfeljebb 500 méter);
- az eszköz regisztrálásának, regisztrálásának szükségessége (a legtöbb országban, ha tömege meghaladja a 25 kg-ot), és engedélyt kell szerezni az UAV kereskedelmi célú használatára;
- további drága berendezések és szakképzett személyzet szükségessége: az UAV zavartalan és hatékony működéséhez legalább három további akkumulátorra és egy generátorra van szükség a töltéshez; legalább három személy vesz részt egy gép szervizelésében;
- Nagyobb függés a meteorológiai viszonyoktól. Szeles időben nagyon nehéz irányítani a készüléket, különösen erős oldalszél esetén;
- a BVS-t használó növényvédő szerek használatára vonatkozó legalizált szabályozás hiánya a 109. számú „A peszticidek és mezőgazdasági vegyszerek biztonságos kezeléséről” szóló szövetségi törvény követelményeivel összhangban;
- az UAV-ok mezőgazdasági biztonságos üzemeltetésére vonatkozó szabályozási dokumentumok hiánya;
- a jogi személyek és magánszemélyek biztosítási kockázati szabványainak hiánya a BVS-t használó növényvédő szerek használatakor;
- a magas ár és a szoftvertermékek hiánya a gyomok, kártevők és betegségek távoli növény-egészségügyi megfigyelésének problémáinak megoldására, figyelembe véve a gazdasági ártalmassági küszöböt, valamint az eredmények automatikus dekódolását.
Sürgősen szükség van regionális központok létrehozására az üzemeltetők képzésére és az UAV-k megfigyelési és növényvédelmi felhasználására vonatkozó technológiai előírások ipari tesztelésére.
A mezőgazdaság digitalizálását célzó programok részeként fel kell gyorsítani a fejlesztés legsérülékenyebb szakaszában lévő gyomnövények referenciamintáinak nagy adatbázisainak fejlesztését a gyomirtó szerek használatához, valamint a főbb növénykultúrák kártevékenységének jellegzetes tájékoztató jeleit mutató referenciamintákat. . Ugyanilyen fontos az egészséges és beteg növények spektrális képeit tartalmazó könyvtárak kialakításának befejezése, figyelembe véve az ásványi táplálkozás szintjének és az agroklimatikus paramétereknek a hatását.
Anatolij Liszov, a VIZR Szövetségi Állami Költségvetési Intézet Integrált Növényvédelmi Laboratóriumának vezetője, e-mail: lysov4949@yandex.ru