Что такое портативный спектроскоп и как он изменит сельское хозяйство

10 сентября в 11:00

623

mdpi.com

mdpi.com

Инновационные разработки в области спектроскопии могут быть полезны для поддержания здоровья и предотвращения болезней растений. А также позволят проводить точный анализ состояния растения при помощи смартфона или беспилотника.


Точное земледелие — это практика микроуправления растениями для увеличения урожая, используя сенсоры, методы картографирования и такие лабораторные исследования, как спектроскопия.

Развитие смарт-фермерства особенно важно для оптимального использования ограниченных природных ресурсов — земли, воды и удобрений. В мире крупные хозяйства широко используют информационные технологии, но и меньшим фермам они уже доступны.  

Применение GPS и сенсоров открыло путь другим методам анализа в сельском хозяйстве. Разработанные оптические датчики способны собирать детальную информацию о почве, здоровье растений, температуре, климате, составе воды, уровне загрязнения и т.д.

Достижения в сфере доступа и хранения информации позволяют создать полный комплект программного обеспечения, сводящий всю информацию воедино и анализирующий ее. И самое главное, вся информация и аналитика доступны удаленно — на компьютере или смартфоне.

Спектроскопия и здоровье растений

Пшеница и другие ключевые сельскохозяйственные культуры нуждаются в азотных удобрениях для получения хорошего урожая. Научными исследованиями было доказано, что равномерное распределение удобрений неэффективно. Всегда есть участки поля, где норма внесения должна быть выше. Потому для повышения эффективности необходимо проводить специальные исследования почвы на содержание азота и внедрять дифференцированное внесение удобрений.

Для решения этой задачи используется индекс растительного покрова. С его помощью можно рассчитать какое количество воды и удобрений необходимо пшенице. Индекс растительного покрова дает сведения о наличии, состоянии растения и о его вегетативной фазе развития.

Этот метод анализа помогает разделить растения согласно их потребностям или болезням, используя спектральный анализ. Он построен на контрасте красного цветового канала и ближнего инфракрасного канала, который не воспринимается человеческим зрением. 

Как спектрометры определяют состояние здоровья растения.

Источник: youtube.com.

Индекс растительного покрова основывается на исследованиях в области спектроскопии. Спектроскопия — это наука о красных, зеленых, синих излучениях различных материалов.

Портативный спектрометр QualitySpec Trek. Источник: analytik.co.uk.

Спектральный анализ можно проводить при помощи дрона или трактора, установив на них современные небольшие датчики или камеры. Тогда информацию о состоянии почвы, воды и уровне азота или растительного белка можно будет получать прямо с фотографий, сделанных во время обработки полей. Это позволит заменить промежуточные лабораторные тесты и сделает точное земледелие значительно более легким и быстрым.

На фото дрон вносит удобрения и параллельно делает снимки для обнаружения потенциально уязвимых перед заболеваниями растений. Источник: findlight.net.

Индекс растительного покрова поможет вычислить места, где не хватает влаги или азота, а также обнаружить генетически слабые растения. С помощью таких сведений фермеры смогут лучше организовать подачу воды или удобрений.

Микроуправление растениями и их урожайностью — одно из самых заметных достижений точного земледелия. Дальнейшие исследования по расширению диапазона датчиков смогут предложить новые решения по картированию растений на больших полях.

Предотвращение распространения заболеваний

Контроль заболеваний — еще одна область применения установленных на беспилотник спектральных камер. Как известно, болезни сельскохозяйственных культур распространяются быстро и их бывает сложно диагностировать и принять нужные меры.

Особенно если причина заболевания находится в почве, как например гниль корней. Лечение корневой гнили предполагает использование фунгицидов или пересадку растений в другую почву. Эта болезнь поражает такие культуры, как хлопок, люцерна и многие виды ореховых деревьев.

При отсутствии специального оборудования для диагностирования или немедленного доступа в лабораторию, вовремя найти причину болезни и остановить ее практически невозможно.

Используя беспилотники со спектроскопами, фермеры получают аэрофотосьемку, по которой можно определить какие растения заражены. Спектроскопические фотографии, сделанные с большего расстояния и с более широким разрешением, предоставляют больше информации, чем обычные.

Полученные снимки можно просто отослать профессионалу, который идентифицирует болезнь, вместо приобретения дорогой диагностической аппаратуры. Потом фотографии могут быть использованы для научных исследований в области сельского хозяйства.

Преимущество метода в том, что современные дроны относительно дешевые и становятся все более доступными для фермеров. В первую очередь эта технология важна для решения проблем, например контроля болезней, и только потом для дальнейших научных исследований в области.

Спектроскопия с помощью смартфона

Смартфоны дают возможность мелким фермерским хозяйствам проводить сбор и анализ данных, которые раньше были доступны лишь крупным производителям. Для этой цели разработчики уже создали несколько простых приложений и программ для спектроскопии.

На камеру мобильного телефона крепиться маленький спектрометр, который анализирует флуоресценцию хлорофилла в растениях. Уровень хлорофилла указывает на фазу фотосинтеза, в которой находится растение, что в свою очередь указывает на зрелость растения. Камера смартфона также способна определять потребность в воде и фазу развития растения.

Смартфон со спектрометром. Источник: findlight.net.

Индекс листовой поверхности — показатель равный площади освещенных листьев, приходящейся на единицу поверхности почвы, необходим для определения количества зрелых фотосинтезирующих растений. Фермеры для определения этого индекса могут использовать мобильный телефон со специальным объективом “рыбий глаз”, стоимостью около 20 долл.

Этот объектив определяет индекс листовой поверхности без взятия образцов. Сделанные снимки могут использоваться другим программным обеспечением для прогнозирования урожайности растения, основанном на индексе. В будущем весь анализ данных будет осуществляться мобильными приложениями.

Смартфоны и беспилотники — отлично подходят для проведения локальных исследований и создания полной картины происходящего на поле. Особенно это важно для сельского хозяйства с его огромными территориями для выращивания и постоянно меняющимися погодными и почвенными условиями.

Портативные спектрометры смогут повысить продуктивность сельского хозяйства, предоставив огромное количество информации без дорогостоящих лабораторных исследований.

О восьми новых мобильных приложениях для точного земледелия можно прочитать здесь.

Источник: findlight.net.

Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter, чтобы сообщить нам.


AgriGeek

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

bn

Вверх