Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2025. Т. 22. № 3. С. 136-148
Применение гиперспектральной съёмки с беспилотного летательного аппарата для оценки засорённости посевов зерновых культур
А.М. Шпанев
1 , А.Ф. Петрушин
2 1 Агрофизический научно-исследовательский институт, Санкт-Петербург, Россия
2 Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия
Одобрена к печати: 17.03.2025
DOI: 10.21046/2070-7401-2025-22-3-136-148
Сорная растительность — один из наиболее значимых факторов, ограничивающих потенциал продуктивности зерновых культур в Северо-Западном регионе Российской Федерации. Современные тенденции в мониторинге засорённости агроценозов включают использование беспилотных летательных аппаратов и гиперспектральной съёмки с координатной привязкой к местности. Изучение отражательной способности посевов озимой тритикале и яровой пшеницы в зависимости от степени засорённости и уровня азотного питания проводилось в 2022–2023 гг. на экспериментальной базе Меньковского филиала Агрофизического научно-исследовательского института с использованием гиперспектральной съёмки с беспилотного летательного аппарата. Схема опыта включала наличие трёх уровней азотного питания (низкий, средний, высокий) и четырёх степеней засорённости посева (нулевая, слабая, средняя, сильная). По результатам исследований определено, что с увеличением засорённости посева его отражательная способность повышалась, особенно сильно на фоне внесения азотных удобрений, способствующих росту надземной массы сорных растений. В фазу выхода в трубку озимой тритикале изменения в отражательной способности посева под влиянием сорных растений были более выражены, чем в фазу кущения яровой пшеницы в условиях острого дефицита влаги. Достоверные различия в отражательных свойствах делянок с разной степенью засорённости фиксировались только в ближнем инфракрасном (NIR, англ. near infrared) диапазоне спектра. Усреднённые значения коэффициента спектральной яркости (КСЯ) в пределах данного участка спектра увеличивались с 0,49 до 0,76 и с 0,42 до 0,52 соответственно в посевах озимой тритикале и яровой пшеницы. Выявленные закономерности получили подтверждение в виде статистически значимых положительных коэффициентов корреляции между значениями КСЯ в NIR-диапазоне, численностью сорных растений (0,46 и 0,59) и их проективным покрытием (0,68 и 0,63). Получены диапазоны значений КСЯ в NIR-области спектра для каждой степени засорённости и уровня азотного питания озимой тритикале и яровой пшеницы, в том числе для средней и высокой засорённости, в отношении которых целесообразно проведение гербицидной обработки.
Ключевые слова: озимая тритикале, Triticosecale Wittm. Ex A. Camus, яровая пшеница, Triticum aestivum L., сорные растения, азотные удобрения, беспилотные летательные аппараты, гиперспектральные измерения, отражательная способность, коэффициент спектральной яркости
Полный текстСписок литературы:
- Данилов Р. Ю., Кремнева О. Ю., Исмаилов В. Я. и др. 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.
- Кондратьев К. Я., Федченко П. П. Спектральная отражательная способность и распознавание растительности. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 216 с.
- Лысов А. К., Корнилов Т. В. Разработка дистанционных методов съема информации о засоренности посевов сорной растительностью для систем точного земледелия // Техн. обеспечение сельского хоз-ва. 2020. № 1 (2). С. 128–134.
- Назранов Х. М., Хуцинова М. М. Оценка пространственной неоднородности уровня плодородия и засоренности в пределах поля // Изв. Горского гос. аграрного ун-та. 2018. Т. 55. № 2. С. 41–45.
- Павлюшин В. А., Долженко В. И., Шпанев А. М., Лаптиев А. Б., Гончаров Н. Р., Лысов А. К., Кунгурцева О. В., Гришечкина Л. Д., Буркова Л. А., Голубев А. С., Яковлев А. А., Бабич Н. В., Силаев А. И., Хилевский В. А., Лунева Н. Н., Гагкаева Т. Ю., Вилкова Н. А., Нефедова Л. И., Сухорученко Г. И., Гультяева Е. И., Михайлова Л. А., Баранова О. А., Ульяненко Л. Н., Беспалова Л. А., Аблова И. Б., Филоненко В. А. Интегрированная защита озимой пшеницы // Защита и карантин растений. 2015. № 5. С. 38–71.
- Савин И. Ю., Шишконакова Е. А., Прудникова Е. Ю. и др. О влиянии засоренности посевов озимой пшеницы на их спектральную отражательную способность // С.-х. биология. 2020. Т. 55. № 1. С. 53–65. DOI: 10.15389/agrobiology.2020.1.53rus.
- Самсонова В. П., Кондрашкина М. Ю., Зоткина А. В. Пространственная структура засоренности единичного угодья // Вестн. защиты растений. 2014. № 3. С. 11–17.
- Чичкова Е. Ф., Грядунов Д. А., Зайцев В. В. и др. Оценка фитосанитарного состояния полей самарского полигона по данным эшелонированного мониторинга // Исслед. Земли из космоса. 2022. № 5. С. 74–86. DOI: 10.31857/S0205961422050062.
- Шпаар Д., Сорока С. В., Вартенберг Г. Возможности снижения расхода гербицидов в экологически обоснованном земледелии // Информац. бюл. ВПРС МОББ. 2002. № 33. С. 179–190.
- Шпанев А. М. Влияние азотных удобрений на фитосанитарное состояние и потери урожая яровой пшеницы от вредных организмов в Северо-Западном регионе // Агрохимия. 2016. № 9. С. 62–69.
- Шпанев А. М. Вредоносность сорных растений в посевах пшеницы озимой на Северо-Западе России // Вестн. защиты растений. 2018. № 2 (96). С. 42–46.
- 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. Влияние минеральных удобрений на пространственное размещение сорных растений в посевах ярового ячменя // Плодородие. 2022. № 2 (125). С. 8–12. DOI: 10.25680/S19948603.2022.125.02.
- Шпанев А. М. Вредоносность сорных растений в агроценозе овса с подсевом многолетних трав на Северо-Западе РФ // Вестн. российской с.-х. науки. 2024. № 3. С. 16–20. DOI: 10.31857/10.31857/S2500208224030031.
- Шпанев А. М., Смук В. В. Пространственное размещение сорных растений в посадках картофеля // Земледелие. 2019. № 2. С. 42–45. DOI: 10.24411/0044-3913-2019-10212.
- 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., Смук В. В. Изменение спектральных характеристик культурных и сорных растений под влиянием минеральных удобрений в агроценозах Северо-Запада России // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19. № 3. С. 165–177. DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-3-165-177.
- Шпанев А. М., Смук В. В. Отражательные свойства листовой поверхности люпина узколистного и сорных растений в условиях Северо-Запада России // Агрофизика. 2024. № 1. С. 35–40. DOI: 10.25695/AGRPH.2024.01.05.
- Шпанев А. М., Лекомцев П. В., Петрушин А. Ф., Смук В. В. Методика фитосанитарного мониторинга агроландшафтов с использованием физико-технической базы точного земледелия. СПб.: ФГБНУ АФИ, 2017. 32 с.
- Шпанев А. М., Смук В. В., Петрушин А. Ф. Влияние микрорельефа поля на пространственное размещение сорных растений // Агрофизика. 2020. № 4. С. 20–26. DOI: 10.25695/AGRPH.2020.04.04.
- Gerhards R., Sökefeld M., Timmermann C., Krohmann P., Kühbauch W. Precision weed control — more than just saving herbicides // Zeitschrift für Pflanzenkrankheiten und Pflanzenschutz. Sonderheft. 2000. V. 17. P. 179–186.
- Izquierdo J., Blanco-Moreno J. M., Chamorro L. et al. Spatial distribution of weed diversity within a cereal field // Agronomy for Sustainable Development. 2009. V. 29. P. 491–496. DOI: 10.1051/agro/2009009.
- Lettner J., Hank K., Wagner P. Ökonomische Potenziale der teilflachenspezifischen Unkrautbekämpfung // Berichte über Landwirtschaft. 2001. V. 79. No. 1. P. 107–139.