Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19. № 3. С. 165-177
Изменение спектральных характеристик культурных и сорных растений под влиянием минеральных удобрений в агроценозах Северо-Запада России
А.М. Шпанев
1 , В.В. Смук
1 1 Агрофизический научно-исследовательский институт, Санкт-Петербург, Россия
Одобрена к печати: 04.05.2022
DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-3-165-177
Применение минеральных удобрений — неотъемлемая составляющая эффективного ведения сельскохозяйственного производства во всём мире. В нашей стране особенно актуально улучшение питательного режима культурных растений на низкоплодородных дерново-подзолистых почвах Северо-Западного региона. При этом внесение удобрений способно приводить к изменениям спектральных характеристик культурных и сорных растений, что затрудняет интерпретацию полученных данных дистанционного зондирования Земли с помощью спутников или беспилотных летательных аппаратов в отношении оценки фитосанитарного состояния агроценозов. Изучение особенностей отражательной способности культурных и сорных растений и её изменчивости под влиянием вносимых минеральных удобрений проводилось на экспериментальной базе Меньковского филиала Агрофизического научно-исследовательского института в 2020 г. Объектами гиперспектральных наземных измерений выступали растения ярового ячменя и картофеля как культур, имеющих широкое распространение на северо-западе России, а также наиболее типичные для агроценозов данных культур виды сорных растений. Статистической обработкой было подтверждено наличие достоверных различий в отражательных свойствах культурных и сорных растений в ближнем инфракрасном диапазоне, а для ярового ячменя — во всём диапазоне проведённых измерений (320–1100 нм). Данные различия чётко обозначились как в начальный период развития растений, так и в середине вегетации. Под влиянием минеральных удобрений наблюдалось увеличение отражательных способностей у растений ярового ячменя и большинства видов сорных растений, в основном за счёт ближнего инфракрасного диапазона. На удобренном варианте спектральная яркость листьев ярового ячменя оказалась выше, чем у сорных растений, тогда как на неудобренном варианте — ниже. Полученные результаты указывают на большие перспективы использования гиперспектральных измерений при оценке засорённости агроценозов, в том числе для обнаружения пространственной неравномерности размещения сорных растений под влиянием минеральных удобрений и дифференцированного применения гербицидов, предусмотренного системой точного земледелия.
Ключевые слова: яровой ячмень (Hordeum vulgare L.), картофель (Solanum tuberosum L.), сорные растения, минеральные удобрения, наземные гиперспектральные измерения, спектральная характеристика, коэффициент спектральной яркости
Полный текстСписок литературы:
- Антонов В. Н., Сладких Л. А. Мониторинг состояния посевов и прогнозирование урожайности яровой пшеницы по данным ДЗЗ // Геоматика. 2009. № 4. С. 50–53.
- Архипова О. Е., Качалина Н. А., Тютюнов Ю. В., Ковалев О. В. Оценка засоренности антропогенных фитоценозов на основе данных дистанционного зондирования Земли (на примере амброзии полыннолистной) // Исслед. Земли из космоса. 2014. № 6. С. 15–26. DOI: 10.7868/S0205961414050017.
- Ашмарин И. П., Васильев Н. Н., Амбросов В. А. Быстрые методы статистической обработки и планирование экспериментов. Л.: ЛГУ, 1971. 78 с.
- Богданов В. Л., Осипов А. Г., Гарманов В. В. Методика мониторинга засорения земель борщевиком Сосновского по данным дистанционного зондирования // Изв. Санкт-Петербургского гос. аграр. ун-та. 2020. № 59. С. 69–74. DOI: 10.24411/2078-1318-2020-12069.
- Григорьев А. Н., Рыжиков Д. М. Общая методика и результаты спектрорадиометрического исследования отражательных свойств борщевика Сосновского в диапазоне 320–1100 нм в интересах дистанционного зондирования Земли // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 1. С. 183–192. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-1-183-192.
- Данилов Р. Ю., Кремнева О. Ю., Исмаилов В. Я., Третьяков В. А., Ризванов А. А., Кривошеин В. В., Пачкин А. А. Общая методика и результаты наземных гиперспектральных исследований сезонного изменения отражательных свойств посевов сельскохозяйственных культур и отдельных видов сорных растений // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 1. С. 113–127. DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-1-113-127.
- Ивченко В. К., Демьяненко Т. Н., Шевырногов А. П., Ботвич И. Ю., Емельянов Д. В., Ларько А. А. Оценка агротехнических факторов возделывания ячменя по ресурсосберегающим технологиям с помощью наземной спектрометрии // Вестн. Красноярского гос. аграрного ун-та. 2019. № 5. С. 86–93.
- Канаш Е. В., Литвинович А. В., Ковлева А. О., Осипов Ю. А., Сальников Э. Продуктивность и оптические характеристики трех сортов пшеницы (Triticum aestivum L.) при известковании и внесении азотных удобрений // Сельскохозяйственная биология. 2018. Т. 53. № 1. С. 61–71. DOI: 10.15389/agrobiology.2018.1.61rus.
- Качалина Н. А., Архипова О. Е., Гречищев А. В. Оценка засоренности агрофитоценозов Ростовской области с использованием гиперспектральных данных дистанционного зондирования Земли // Информация и космос. 2016. № 1. С. 131–136.
- Кондратьев К. Я., Федченко П. П. Спектральная отражательная способность и распознавание растительности. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 216 с.
- Письман Т. И., Ерунова М. Г., Ботвич И. Ю., Емельянов Д. В., Кононова Н. А., Бобровский А. В., Крючков А. А., Шпедт А. А., Шевырногов А. П. Информативность спектральных вегетационных индексов для оценки засоренности посевов сельскохозяйственных культур по наземным и спутниковым данным // Исслед. Земли из космоса. 2021. № 3. С. 55–66. DOI: 10.31857/S0205961421030076.
- Подушин Ю. В., Федулов Ю. П. Влияние агротехнических факторов на содержание хлорофилла в листьях озимой пшеницы сорта Нота // Тр. Кубанского гос. аграр. ун-та. 2009. № 16. С. 83–88.
- Полин В. Д., Березовский Е. В., Ларина Н. В. Использование оптических датчиков “GREENSEEKER” при применении гербицида // Докл. ТСХА. 2010. Вып. 282. Ч. 1. С. 310–313.
- Савин И. Ю., Докукин П. А., Вернюк Ю. И., Жоголев А. В. О влиянии засоренности на NDVI посевов ярового ячменя, определяемый по спутниковым данным MODIS // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 3. С. 185–195. DOI: 10.21046/2070-7401-2017-14-3-185-195.
- Савин И. Ю., Шишконакова Е. А., Прудникова Е. Ю., Виндекер Г. В., Грубина П. Г., Шарычев Д. В., Щепотьев В. Н., Вернюк Ю. И., Жоголев А. В. О влиянии засоренности посевов озимой пшеницы на их спектральную отражательную способность // Сельскохозяйственная биология. 2020. Т. 55. № 1. С. 53–65. DOI: 10.15389/agrobiology.2020.1.53rus.
- Смук В. В., Шпанев А. М. Засоренность посадок картофеля, размещенных по пласту многолетних трав в Ленинградской области // Вестн. защиты растений. 2016. № 2(88). С. 38–42.
- Смук В. В., Шпанев А. М. Дистанционный мониторинг засоренности посадок картофеля в периоды до и после появления всходов // Агрофизика. 2019. № 4. С. 46–53. DOI: 10.25695/AGRPH.2019.04.07.
- Фесенко М. А., Шпанев А. М. Фотометрическая экспресс-диагностика минерального питания и фитосанитарного состояния посевов зерновых культур // Агрофизика. 2019. № 2. С. 54–63. DOI: 10.25695/AGRPH.2019.02.08.
- Шпанев А. М. Экспериментальная база для дистанционного зондирования фитосанитарного состояния агроэкосистем на Северо-Западе РФ // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 3. С. 61–68. DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-3-61-68.
- Шпанев А. М., Петрушин А. Ф. Методологические основы изучения оптических характеристик фитосанитарного состояния посевов // Агрофизика. 2017. № 4. С. 48–57.
- Шпанев А. М., Смук В. В. Применение гербицидов на основе спектральных измерений // Земледелие. 2021. № 1. С. 37–40. DOI: 10.24411/0044-3913-2021-10109.
- Шпанев А. М., Лаптиев А. Б., Гончаров Н. Р., Воропаев В. В. Интегрированная защита ячменя ярового на Северо-Западе России // Защита и карантин растений. 2020. № 6. С. 30–36.
- Gerhards R., Christensen S. Real-time weed identification, decision making and path spraying in corn, sugarbeet, winter wheat and winter barley // Weed Research. 2003. V. 43. No. 6. P. 385–392.
- Goel P. K., Prasher S. O., Patel R. M., Smith D. L., Ditommaso A. Use of airborne multi-spectral imagery for weed detection in field crops // Trans. ASAE. 2002. V. 45. No. 2. P. 443–449.
- Merotto A. Jr., Bredemeier C., Vidal R. A., Goulart I. C. G. R., Bortoli E. D., Anderson N. L. Reflectance indices as a diagnostic tool for weed control performed by multipurpose equipment in precision agriculture // Planta Daninha. 2012. V. 30. No. 2. P. 437–447. DOI: 10.1590/S0100-83582012000200024.
- Samseemoung G., Soni P., Jayasuriya H. P. W., Salokhe V. M. Application of low altitude remote sensing (LARS) platform for monitoring crop growth and weed infestation in a soybean plantation // Precision Agriculture. 2012. V. 13. Iss. 6. P. 611–627. DOI: 10.1007/s11119-012-9271-8.
- Zheng H. B., Chen C., Fu Z. Q., Huang H. Research on canopy spectral characteristics of late rice populations with organic manure and chemical fertilizers // 17th National Symp. Theory and Technology of Rice Quality and High Yield Sponsored by the Crop Science Society of China in 2017. 17–20 Aug. 2017, Anhui, China. 2017. P. 6–13.