Информационное агентство "Светич". Сайт о сельском хозяйстве. 16+
Доска Почета АПК агроснабжение

Использование оптических датчиков в борьбе с сорными растениями

Использование оптических датчиков в борьбе с сорными растениями
В последние десятилетия разработка мер борьбы с сорными растениями была направлена в основном на совершенствование химического метода. Огромные материально-технические затраты на научно-исследовательские работы в области поиска и синтеза новых высоко эффективных гербицидов не сняли остроты проблемы повышения эффективности регулирующего воздействия на популяции сорных растений в агрофитоценозах. Кроме того, гербициды влияют весьма негативно на заметно обострившуюся экологическую ситуацию в сельском хозяйстве, особенно при нарушении технологии и регламентов их применения.
 
Успешная борьба с сорняками должна осуществляться на основе системного подхода, научными и практическими принципами которого в современном земледелии является интегрированная система борьбы, представляющая собой сочетание биологических, химических, экологических и других методов защиты культурных растений, направленных на снижение численности сорного компонента до уровня экономических порогов вредоносности.
 
Результаты исследований по оценке способов снижения загрязнения окружающей среды средствами химизации в современных ресурсосберегающих технологиях возделывания с-х культур показали, что наиболее эффективным является дифференцированное с учетом обилия вредных организмов применение средств защиты растений в системе точного земледелия, которые получают все большее признание и распространение в нашей стране. Они основаны на новых методологических подходах к разработке современных технологий возделывания полевых культур, при которых сельскохозяйственное поле, неоднородное по рельефу, почвенному покрову, содержанию элементов питания и характеристики ионно-обменных свойств, требует применение на каждом участке адаптированных к данному ландшафту агротехнологий.
 
В настоящее время активно ведутся разработки различных датчиков, позволяющих использовать режим «on- line». Это оптические датчики, определяющие содержание
азота в листьях и засоренность посевов, механические — оценивающие биомассу;
 
электромагнитные, имеющие широкий спектр применения /www.agrophys.com/. В своих исследованиях мы использовали систему «Greenseeker» (Рис. 1).
Система «GreenSeeker» представляет собой несколько оптических датчиков, которые равномерно располагаются вдоль штанги опрыскивателя /http://agro-profi.ru/archive/55/.
Датчики можно устанавливать впереди или позади штанги. «Направление» датчика не имеет значения, но прямоугольное светодиодное окошко должно быть параллельно штанге /www.egps.ru/production/10/18/ (Рис. 2). Каждый из этих датчиков имеет свой источник света и может использоваться в любое время суток. Таким образом, система GreenSeeker RT 200 измеряет индекс вегетации биомассы NDVI (Normalized Difference Vegetative Index), затем сравнивает полученное значение индекса с заданным алгоритмом и в режиме реального времени определяет, сколько азотных удобрений или пестицидов надо внести на данном участке поля. Кроме того, если подключить приемник GPS, то в память компьютера можно занести значение индекса NDVI с привязкой к местности, а затем составить карту его распределения
 
Наши исследования проводились в центре точного земледелия, который был организован благодаря национальному проекту в 2008 году на опытном поле РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева. В опыте изучаются две технологии: традиционная, основанная на вспашке с оборотом пласта, и минимальная с прямым посевом зерновых культур.
 
На половине площади опыта применялись традиционные технологии возделывания полевых культур, а на второй – технологии с элементами точного земледелия (автопилот, дифференцированное внесение удобрений и др.). Для оценки данных технологий наши исследования проводили на посевах ячменя, так как в год закладки опыта обработка почвы была одинаковой для всех делянок, мы использовали варианты традиционной технологии посева по маркеру и по системе автопилот. Опыт имеет две повторности. В задачу наших исследований входило определение возможности использования оптических датчиков системы «GreenSeeker» при применении гербицидов в посевах зерновых культур. Индекс вегетации NDVI определяется частью отраженного света от зеленого растения, который попадает на фотодиоды, где измеряется его количество. После вычисления на компьютере выдается индекс вегетации, который служит показателем плотности травостоя и его жизнеспособности. В начальный период развития зерновых культур сорный компонент агрофитоценоза за счет своего проективного покрытия оказывает определенное влияние на изменение индекса вегетации NDVI.
 
Проезжая по полю, датчики, прикрепленные к агрегату, сканируют листовую поверхность и выдают индекс NDVI, который фиксировался и одновременно определялись координаты места учета индекса вегетации. По ходу движения агрегата установлены стационарные рамки размером 50 Х 50 см, 40 штук на один проход, в них подчитывались сорняки и определялся индекс NDVI. При определении показаний датчиками необходимо, чтобы они всегда были на одной высоте от поверхности поля.
 
Проективное покрытие поверхности поля зеленой массой в посеве ячменя различалась в зависимости от числа и массы сорняков, чем их больше и чем они массивнее, тем выше индекс NDVI. Это говорит о том, что данный показатель дает качественную оценку засоренности посевов культуры.
 
Так на некоторых участках опытной делянки осот полевой (Sonchus arvense L.) и желтушник левкойный (Erysimum cheiranthoides L.) к моменту учета имели большую высоту и массу по сравнению с другими сорняками. Следовательно, в данной части делянки при меньшем количестве сорняков показатель NDVI был большим (0,33-0,54). В другой части делянки взошедших сорняков много, но их проективное покрытие было незначительным, и индекс имел меньшие значения (0,15-0,32). Это еще раз доказывает, что индекс NDVI дает качественную оценку засоренности культуры.
 
Нами был проведен сравнительный анализ измерения индекса NDVI в посевах озимой пшеницы в рамке с сорняками. После получения показателя индекса NDVI, сорняки из рамки вручную удалялись и проводили повторные измерения. Данные показывают, что прибор четко реагирует на удаление сорняков, что проявляется в снижении показателя NDVI.
 
Коэффициент корреляции между показателями NDVI c сорняками и без сорняков с их фактической численностью в посевах ячменя составил 0,84. Данная зависимость использовалась нами для оценки эффективности применения гербицидов при разных нормах расхода рабочей жидкости.
 
Координаты учетных рамок и нормы расхода рабочего раствора были введены в бортовой компьютер по делянкам, посеянным на автопилоте. Делянки, посеянные по маркеру, опрыскивались нормой 500 л/га. Высокий расход рабочего раствора объясняется тем, что норма расхода гербицида определяется количеством расхода рабочей жидкости, чтобы иметь более широкий интервал расхода гербицида применяли высокий расход жидкости. Данная проблема легко решается при помощи сменных распылителей.
 
Во время опрыскивания в фазу кущения зерновых компьютер определял местоположение агрегата на поле и изменял норму расхода жидкости, установленную нами по индексу NDVI.
 
Через 4 недели после обработки посевов ячменя гербицидом мы провели учет засоренности по рамкам и определили его техническую эффективность (Табл. 4). Анализ данных показал, что различия в количестве сорняков по изучаемым вариантам опыта, делянкам не значительны и при полной норме расхода жидкости (500 л/га) и при дифференцированном внесении гербицида количество не погибших сорняков была примерно равным. Невысокая техническая эффективность гербицида (75 и 61 % соответственно) связана с неблагоприятными погодными условиями в период после обработки посевов, избыточное количество осадков и пониженная (+ 8-100) температура воздуха.
 
При дифференцированном внесении гербицида расход рабочего раствора учитывался бортовым компьютером, что давало возможность четко определить его расход по делянкам опыта. При этом экономия рабочего раствора составила 94 л на га.
 
Представленная выше схема по внесению гербицида в режиме «off-line» базируется на учете сорных растений и разработке карты-задания и не является высоко технологичной из-за большого объема работ. Поэтому для ее совершенствования во второй год исследования гербицид вносили в режиме «on-line», с предварительным определением индекса NDVI в посевах ячменя и в зависимости от его значений были определены нормы расхода рабочей жидкости для опрыскивателя UF 901.
 
Во время проведения исследований мы изменяли нормы гербицида в зависимости от показателей NDVI в сторону увеличения расхода жидкости, либо в сторону ее уменьшения, с целью выяснить эффективность гербицида при минимальной и максимальной норме расхода жидкости на разных фонах густоты посевов ячменя. Учет после обработки делянок гербицидом показал, что количество не погибших сорняков, как при стандартной норме расхода жидкости, так и при дифференцированном внесении гербицида было примерно одинаковым. В основном эти несущественные различия определялись видами сорных растений, устойчивых к применяемому гербициду — дымянка аптечная (Fumaria officinalis L.), фиалка полевая (Viola arvensis M ).
 
Технология обработки посевов гербицидами с использованием GPS, позволяет проследить движение агрегата по полю, уточнить индекс NDVI и норму расхода жидкости на конкретном участке поля. На делянках ячменя в период обработки посевов гербицидом программой на изучаемом варианте было учтено 2 343 отдельные точки. Такой объем выборки позволяет проводить дальнейшею обработку данных с высокой точностью и достоверностью, используя программное обеспечение SMS Advanced. (Система пространственного управления).
 
В настоящее время появляются новые датчики, инфракрасные камеры, позволяющие не только определять проективное покрытие поля зеленой массой, но и в начальные фазы развития культуры четко определять количество и размеры сорных растений. Совершенствуются и машины по внесению пестицидов. Если ранее индекс NDVI усреднялся по нескольким датчиком, то теперь на каждый распылитель устанавливается отдельный датчик, и подача рабочего раствора идет по каждому распылителю отдельно, что позволяет более точно работать по проблемным участкам поля.
 
Для более эффективного использования оптических датчиков используют трехкамерные опрыскиватели, которые позволяют в режиме «on-line» изменять концентрации препарата в более широком диапозоне.
 
Полин В.Д. доцент, Смелкова И.А., аспирант, Туляков Д.Г., магистрант
Кафедра земледелия и методики опытного дела
журнал "Нивы Зауралья" №9 (109), октябрь 2013 
Комментарии (0)

Нет комментариев. Ваш будет первым!

Яндекс Директ