Fa més de cent anys, a l'estiu de 1922, una aeronau amb equips per a la realització de treballs químics aeris amb polvorització contra plagues i malalties es va enlairar de l'aeròdrom metropolità de Khodynsky. Els vols de prova amb èxit van marcar l'inici del desenvolupament de l'aviació agrícola.
Avui en dia, l'ús de diversos mitjans d'aviació per a la protecció de plantes té una gran importància econòmica, ja que ofereix la possibilitat de:
— seguiment remot a gran escala dels cultius agrícoles;
- mesures de protecció en agrotermes curts i en llocs de difícil accés contra plagues especialment perilloses (llagosta, arna del prat, rosegadors semblants al ratolí, escarabat de la patata, tortuga nociva) i malalties (òxid marró, tizón tardana, alternariosi);
- conreu amb una forta humitat del sòl, quan l'equip de terra no pot entrar al camp, especialment en la lluita contra les males herbes;
– processament de cultius alts (blat de moro, gira-sol) i sembra de cultius de llavors;
— processament d'arròs;
- dessecacions;
– processament de cultius en pendents amb un pendent superior a 7 graus, on els equips de polvorització de terra no poden funcionar.
A la Unió Soviètica, la base de la flota d'aviació agrícola era l'AN-2. En l'actualitat, el desenvolupament de l'aviació agrícola avança cap a una important expansió de l'ús d'avions ultralleugers (ALV) i vehicles aeris no tripulats (UAV), que són molt més barats que els avions pesats. D'acord amb les Regles Federals d'Aviació i el Codi Aeri de la Federació Russa, un aparell (avió) s'anomena ultralleuger si té:
- pes màxim a l'enlairament no superior a 495 kg (excepte l'equip de rescat aeri);
- velocitat màxima de parada de calibratge (velocitat mínima de vol) no superior a 65 km/h.
Els vehicles aeris no tripulats (UAV) inclouen els vehicles els vols dels quals estan controlats per pilots que es troben fora del tauler (pilots externs).
Les característiques del mode d'ús adequat de l'UAV es determinen pel seu pes màxim d'enlairament:
- fins a 250 g - no estan subjectes a registre o comptabilitat estatal;
- de 250 g a 30 kg - estan subjectes a la comptabilitat estatal obligatòria;
- a partir de 30 kg - estan subjectes a registre estatal.
Els avantatges importants d'utilitzar UAV i ALS són:
— No hi ha pèrdues per danys als cultius per rodes o la necessitat d'utilitzar tramvies (en comparació amb l'equip de terra);
- alta eficiència alhora que es redueixen els costos operatius (en comparació amb els avions pesats, ja que aquests avions no necessiten disposar d'aeròdroms equipats).
L'ús de vehicles aeris no tripulats ajuda a resoldre les tasques següents:
- obtenir informació detallada sobre la creació d'una base cartogràfica de terres agrícoles i la col·locació d'objectes agrícoles amb les seves coordenades exactes per planificar i controlar els processos tecnològics de producció agrícola;
– realitzar un seguiment remot basat en imatges multiespectrals de la superfície subjacent de les terres agrícoles per determinar l'estat i desenvolupament dels cultius, predir els rendiments a partir del càlcul de l'índex de vegetació a partir dels resultats de la imatge espectral, etc.;
– control operatiu en temps real sobre el funcionament dels equips terrestres i la qualitat del treball agrotècnic;
– seguiment fitosanitari geocodificat de les terres agrícoles per determinar el nivell de males herbes dels cultius, la presència de plagues i manifestacions de malalties en una fase inicial de desenvolupament, fins i tot en forma latent;
L'ús d'UAV per a la fotografia aèria de terrenys agrícoles proporciona, en comparació amb les imatges de satèl·lit, l'obtenció d'imatges amb una resolució més alta (fins a un centímetre per punt) i, el més important, permet realitzar aquests treballs en presència de densos. núvols (és impossible disparar amb naus espacials durant aquests períodes).
Detenem-nos amb més detall en el seguiment fitosanitari dels cultius. Recentment, el volum d'ús de productes fitosanitaris a Rússia ha anat creixent constantment: segons les estadístiques, cada cinc anys, a partir del 2010, s'han duplicat i el 2020 van arribar a les 221 mil tones. Amb el creixement de l'ús de productes fitosanitaris, les granges han de garantir la ràpida recollida i processament d'informació sobre l'estat fitosanitari dels camps agrícoles. Sense aquesta informació, és impossible resoldre els problemes de suport tecnològic per a l'ús racional i segur dels productes fitosanitaris en un període de temps agrícola curt. Els mètodes existents d'inspecció de la ruta terrestre dels camps no permeten obtenir la informació necessària ràpidament i en el volum adequat. En aquest sentit, s'està treballant activament a l'estranger i al nostre país per desenvolupar mètodes a distància d'alt rendiment per a la recuperació d'informació per a la planificació i execució de mesures fitosanitàries. Per al control fitosanitari remot operatiu, els vehicles aeris no tripulats són els més utilitzats, que proporcionen vídeo geocodificat, imatges multiespectrals i hiperespectrals de la superfície subjacent de la Terra.
Cal assenyalar que els problemes d'utilitzar mètodes remots de recuperació d'informació en l'àmbit del control de males herbes (determinació de la ubicació de les males herbes al camp, avaluació de pèrdues de cultius, cartografia de zones de dany) ja s'han resolt parcialment. En aquest àmbit, en el marc d'un acord de cooperació científica i tècnica, es va dur a terme una investigació amb la participació d'especialistes de VIZR, la Universitat d'Instrumentació Aeroespacial (Sant Petersburg), la Samara Agrarian Academy i Ptero LLC (Moscou). S'han obtingut resultats positius de l'ús de BVS per a mètodes remots de recuperació d'informació basats en l'espectrometria per avaluar la infestació de cultius de cereals i plantacions de patates per a més de 20 tipus de males herbes, inclosa una de tan nociva com la hogweed de Sosnowsky. Les dades es van obtenir a partir de la determinació i anàlisi de les característiques espectrals de reflexió de plantes i males herbes cultivades en el rang de longitud d'ona de 300-1100 nm.
Així, en el transcurs dels estudis realitzats per identificar les característiques definitòries basades en la brillantor espectral de la reflexió de les plantes cultivades i de males herbes, es van establir els subintervals espectrals més informatius de longituds d'ona de radiació electromagnètica per utilitzar imatges multiespectrals de la superfície subjacent de les terres agrícoles amb l'ús modern. sistemes de teledetecció. Una anàlisi de les imatges espectrals de males herbes i plantes cultivades mostra que observem diferències característiques en les corbes de lluminositat espectral obtingudes en els subintervals de radiació electromagnètica blava, verda, vermella i infraroja propera en el subinterval de longituds d'ona de l'infraroig proper.
Una tasca més difícil per a l'ús generalitzat de mètodes de teledetecció de terres agrícoles és la determinació de signes informatius de malalties de les plantes, i sobretot, en forma latent. Això es deu al fet que molts signes informatius de malalties són similars en brillantor espectral als signes de patologia no infecciosa de les plantes estudiades.
Es van obtenir resultats positius per a la determinació de malalties de la patata i danys a les plantes de patata per l'escarabat de la patata mitjançant espectroradiometria. Quan s'utilitza aquest mètode, es va trobar que quan es planten patates es veuen afectades pel tizón tardà (Fig. 1), el tercer dia després de la infecció, observem una forta disminució de la brillantor espectral del reflex en comparació amb les plantes sanes, i en el setè dia després de la infecció, els valors de la brillantor espectral mostren que les plantes estan pràcticament mortes. En aquest cas, el valor de la brillantor espectral de les plantes afectades pel tizón tardà és proper als valors de la brillantor espectral de la reflexió del sòl.
Quan l'escarabat de la patata danya les patates, també observem una disminució dels valors de la brillantor de la reflexió espectral de dues a tres vegades en comparació amb les plantes sense danys per la plaga. La figura 2 mostra dades sobre la brillantor espectral de la reflexió de les plantes de patata, tenint en compte el diferent grau de dany. Les dades obtingudes són de gran importància per al mètode remot de detecció de lesions de les plantes de patata per l'escarabat de la patata.
En l'actualitat, a partir dels estudis realitzats per determinar les característiques informatives basades en la brillantor espectral de la reflexió de les plantes de patata sanes i malaltes, així com les danyades per l'escarabat de la patata de Colorado, s'han trobat els subintervals espectrals més informatius de longituds d'ona de radiació electromagnètica. establert per utilitzar imatges multiespectrals de la superfície subjacent de terres agrícoles mitjançant BVS i SLA.
A l'hora de determinar les malalties, cal tenir en compte els resultats de la investigació de l'Institut Agrofísic, que va permetre determinar les característiques espectrals de la reflexió de les plantes amb deficiència de nitrogen i humitat del sòl.
Els resultats obtinguts són importants per identificar trets informatius que permetin distingir clarament, a l'hora de desxifrar l'estat fitosanitari de les terres agrícoles, les plantes afectades per malalties i les que presenten patologies produïdes per un dèficit de nutrició mineral o d'humitat del sòl.
La formació de biblioteques d'imatges espectrals de malalties de diversos cultius, així com imatges espectrals d'aquests cultius que són deficients en nutrició mineral o humitat del sòl, permetran, a partir dels resultats de la recuperació remota d'informació, prendre decisions raonables i ràpides. estabilitzar la situació fitosanitària davant la presència de malalties o dur a terme un conjunt de mesures agrotècniques per alleujar les situacions d'estrès dels cultius provocades per altres factors.
La següent direcció important en l'ús de BVS és la seva aplicació de mesures de protecció de plantes. Per primera vegada, els drones en forma d'helicòpters teledirigits no tripulats es van començar a utilitzar al Japó a principis dels anys 90 per al tractament dels camps d'arròs amb pesticides. En l'actualitat, a la Xina, que és líder en la producció de drons agrícoles, la superfície de cultiu d'UA supera ja diversos milions d'hectàrees. El mercat d'UAV també s'està desenvolupant de manera dinàmica a tot el món, el volum d'ús d'aquests avions augmenta anualment entre un 400 i un 500%. Segons els experts, l'ús de les tecnologies UA a l'agricultura al món arribarà a un valor de mercat de 5,7 milions de dòlars.
Des de drons agrícoles, el mercat està dominat per l'empresa xinesa DJI, i el model més comú és el DJI Agras T16.
A causa del fet que la majoria de les peces d'UAV d'aquest model estan fetes de materials compostos, el pes del dispositiu no supera els 18,5 kg (sense bateria). Amb equips fitosanitaris, en omplir el dipòsit amb fluid de treball, el pes d'enlairament de la màquina arriba als 41 kg. La capacitat del dipòsit per al fluid de treball és de 16 litres quan la pluma està equipada amb vuit broquets. L'avantatge d'aquest model de dron és que està equipat amb radars, la qual cosa redueix dràsticament el risc de col·lisió amb obstacles, i també ofereix la possibilitat de treballar de nit, utilitzant reflectors. L'alçada de vol òptima del dron per sobre del camp és de 2,5-3 metres i, si cal, el dispositiu pot augmentar fins a 30 metres (alçada màxima de vol horitzontal). Aquesta alçada és necessària per al tractament de plantacions perennes, plantes en jardins botànics i boscos de plagues i malalties.
A la Federació Russa, s'han obtingut resultats positius sobre l'ús de BVS per al control de rosegadors murins (els estudis es van realitzar amb la participació de VIZR i l'empresa Ginus). Les proves de producció de monitorització remota i aplicació geocodificada de rodenticides als caus de rosegadors semblants a ratolins van demostrar que la precisió de la nova tecnologia en comparació amb l'aplicació manual és del 91% enfront del 97%.
S'ha acumulat experiència pràctica en l'ús de BVS per al seguiment remot de les àrees de distribució de l'alga de Sosnowsky, així com l'ús de la tecnologia de polvorització d'herbicides contra aquesta espècie nociva.
Malgrat els resultats positius i les perspectives d'ús de la UA a l'agricultura, hi ha mancances, així com qüestions no resoltes en l'àmbit de la legislació i els documents reguladors sobre el seu ús efectiu i segur per al seguiment remot i la protecció de les plantes, a saber:
- alt cost d'UAV amb el risc de perdre l'aparell durant l'execució del treball;
- restriccions legals d'ús: a la majoria dels països del món, l'UAV durant la realització del treball ha d'estar dins de la línia de visió de l'operador (la distància no és superior a 500 metres);
- la necessitat de registrar, registrar el dispositiu (a la majoria de països, si la seva massa supera els 25 kg) i obtenir una llicència per utilitzar el dron amb finalitats comercials;
- la necessitat d'equips addicionals cars i personal qualificat: per al funcionament ininterromput i eficient de l'UAV, és necessari tenir almenys tres bateries addicionals, un generador per carregar-les; almenys tres persones es dediquen al servei d'un cotxe;
- gran dependència de les condicions meteorològiques. En temps de vent, el control de l'aparell és molt difícil, sobretot amb un fort vent lateral;
- manca de regulacions legalitzades per a l'ús de productes fitosanitaris amb BVS d'acord amb els requisits de la Llei federal núm. 109 "Sobre la manipulació segura de pesticides i productes agroquímics";
- manca de documents reguladors per al funcionament segur dels UAV a l'agricultura;
- manca d'estàndards de risc d'assegurança per a persones jurídiques i persones físiques quan utilitzen productes fitosanitaris amb l'ajuda de BVS;
- preu elevat i manca de productes de programari per resoldre els problemes de seguiment fitosanitari remot de males herbes, plagues i malalties, tenint en compte els llindars econòmics de nocivitat, així com la descodificació automàtica dels seus resultats.
Hi ha una necessitat urgent de crear centres regionals per a la formació d'operadors i l'aprovació de la producció de procediments tecnològics per a l'ús d'UAS per al seguiment i protecció de plantes.
En el marc de la digitalització dels programes agrícoles, cal accelerar el desenvolupament de grans bases de dades de mostres de referència de males herbes en la fase més vulnerable de desenvolupament per a l'ús d'herbicides i mostres de referència amb signes informatius característics de danys per plagues als principals cultius. És igualment important completar la formació de biblioteques d'imatges espectrals de plantes sanes i malaltes, tenint en compte la influència del nivell de nutrició mineral i els paràmetres agroclimàtics.
Anatoly Lysov, cap del Laboratori Integrat de Protecció Vegetal, VIZR, correu electrònic: lysov4949@yandex.ru