Россия
Россия
Россия
Россия
УДК 528.854 Анализ изображения, распознавание образов
УДК 631.527 Селекция растений
Выявлено, что наибольшие значения индекс ClGreen на посевах гороха принимает в период цветения - начало плодообразования. С устойчивостью к полеганию в период цветения – начало плодообразования культуры определяется среднеотрицательная корреляция. С длиной растений при уборке сопряженность в периоды развития, цветения, начало плодообразования положительная и принимает отрицательные значения ближе к периоду созревания, а также интерпретируется как средняя в условиях достаточного увлажнения вегетационного периода и является слабой в засушливых условиях.
индекс ClGreen, горох, вегетационный период, корреляция, селекционные образцы
Актуальность. С целью мониторинга состояния посевов сельскохозяйственных культур возможно использование БПЛА (беспилотных летательных аппаратов) [1, 2]. Способность беспилотных летательных аппаратов выполнять съемку на малых высотах позволяет получать данные со сверхвысоким пространственным разрешением. Это дает возможность использовать их для оценки состояния и развития сельскохозяйственных культур, планировании их урожайности.
Возможность применения беспилотных технологий для прогнозирования продуктивности сельскохозяйственных посевов ранее была подтверждена рядом исследований [3, 4]. Цифровой мониторинг показателей агроэкосистем проводится на основе оценки вариабельности посевов по вегетационным индексам, с помощью аэрофотосъемки на мультиспектральную и другие виды камер [5].
Наиболее приемлемые периоды для определения коэффициента ClGreen на посевах гороха и его связь с основными сортовыми признаками изучена недостаточно, чем вызвана актуальность проводимых исследований.
Целью проведенных исследований являлось выявление характера и величины корреляционной связи рассчитанного на основании мультиспектральной съемки вегетационного индекса ClGreen со следующими селекционно-важными параметрами гороха: устойчивость к полеганию и длина растений в период уборки, а также установление наиболее приемлемых для проведения мультиспектральной съемки периода развития растений культуры Pisum sativum L.
Условия. Исследования проводились в 2022 – 2023 годах на полях Красноярского НИИСХ, в питомнике конкурсного сортоиспытания лаборатории селекции гороха.
В работе использовали относительный индекс хлорофилла ClGreen, являющийся показателем фотосинтетической активности растительного покрова [6]. Наибольшие значения индекса ClGreen коррелируют с наибольшим содержанием хлорофилла в листьях растений. Индекс ClGreen рассчитывали по формуле [7]:
где GREEN – отражение в зелёной области спектра; NIR – отражение в ближней инфракрасной области спектра.
Объекты и методы. Объектом исследования являлись образцы Pisum sativum L. Определялось изменение индекса на посевах гороха в течение вегетационного периода, а также корреляционная зависимость показателя индекса ClGreen c устойчивостью к полеганию и длиной растений при уборке.
Исследования проводились в 2022 – 2023 годах. 2022 год характеризовался как умеренно увлажненный (ГТК = 1,04), вегетационный период 2023 г. в целом характеризовался как засушливый (ГТК=0,82). На засушливость вегетационного периода 2023 года сказалось преимущественно недостаточное увлажнение июня и августа (табл. 1).
Таблица 1. Условия тепло- и влагообеспечения периода вегетации.
|
Года |
Сумма осадков, мм |
||||
|
май |
июнь |
июль |
август |
сумма |
|
|
2022 |
15,00 |
75,00 |
49,00 |
65,00 |
204,00 |
|
2023 |
40,00 |
42,00 |
49,00 |
30,00 |
161,00 |
|
Температура, °С |
среднее |
||||
|
2022 |
9,40 |
18,60 |
20,10 |
18,10 |
16,55 |
|
2023 |
10,40 |
17,07 |
19,10 |
15,70 |
15,57 |
Обсуждение результатов. Засушливые условия 2023 года отразились на графике индекса ClGreen. Формы кривых 2022 и 2023 года имеют подобную форму, главным отличительным критерием является разница в величине интеграла данных кривых. Максимальное значение индекс в 2022 году принимал в первой декаде июля, в 2023 году – в последней декаде июля, начале августа. В результате проведенных исследований установлено, что наибольшее значение индекс принимал в период цветения – начало плодообразования культуры (рис. 1).
Рис. 1. Изменение значений вегетационного индекса ClGreen в течение периодов вегетаций 2022 и 2023 гг.
Максимальная сопряженность индекса с устойчивостью к полеганию образцов гороха посевного также выявлена в период цветения – начала плодообразования культуры, когда растения наиболее развиты. В 2022 году цветение культуры продолжалось в период с 27 июня по 17 июля, при этом дата полного цветение приходилась на 5 июля, в 2023 г. цветение культуры продолжалось с 7 по 17 июля, с датой наиболее выраженного цветения по всем образцам приходящегося на 10 июля. В 2022 году созревание отмечалось 14 августа, в 2023 г. 9 августа. С устойчивостью к полеганию в период вегетации определена отрицательная корреляция с наиболее значимым индексом 2022 года (r = -0,536) 11 июля, 2023 года (r = -0,563) 28 июля – среднеотрицательная зависимость.
С длиной растений в период цветения – начала плодообразования корреляция была положительной, однако к периоду созревания корреляционная зависимость становилась отрицательной. В наиболее влагообеспеченный 2022 год, когда растения характеризовались большей длинной, по сравнению с 2023 годом, диапазон разницы корреляционной зависимости являлся более значительным, он изменялся от среднего положительного 0,499 (5 июля) до среднего отрицательного -0,346 (17 августа), в то время как корреляционная зависимость 2023 года определялась как слабая (рис. 2).
Рис. 2. Корреляция индекса с устойчивостью к полеганию и длиной растений при уборке.
Заключение. Таким образом, наибольшие значения индекса ClGreen на посевах гороха было выявлено в период цветения – начало плодообразования культуры.
В период цветения – начало плодообразования культуры с устойчивостью к полеганию определялась средняя отрицательная корреляция.
С длиной растений корреляция была положительной и принимала отрицательные значения ближе к периоду созревания, а также являлась средней в условиях достаточного увлажнения вегетационного периода и слабой в засушливых условиях.
1. Зубарев, Ю., Фомин, Д., Чащин, А., Заболотнова, М. (2019). Использование беспилотных летательных аппаратов в сельском хозяйстве. Вестник Пермского федерального исследовательского центра, (2), 47-51. - DOIhttps://doi.org/10.7242/2658-705X/2019.2.5 EDN: https://elibrary.ru/TITLEP
2. Cuaran Jose, Leon Jose. Crop Monitoring using Unmanned Aerial Vehicles: A Review // Agricultural Reviews. 2021. 42(2): 121-132. DOI:https://doi.org/10.18805/ag.R-180
3. Рогачев А. Ф. Мелихова Е. В., Белоусов И. С. Исследование развития и продуктивности сельскохозяйственных культур с применением беспилотных летательных аппаратов // Известия НВ АУК. 2019. 4(56). Р. 329-339. - DOI:https://doi.org/10.32786/2071-9485-2019-04-38. EDN: https://elibrary.ru/VQAVIV
4. Кожухова Е.В., Ботвич И.Ю., Емельянов Д.В., Орешникова О.П. Применение беспилотных технологий для анализа технологичности и урожайности гороха // В сборнике: Роль аграрной науки в обеспечении продовольственной безопасности Сибири. Материалы всероссийской конференции с международным участием. Красноярск, 2022. С. 77-81. - DOI:https://doi.org/10.52686/9785604525029_77 EDN: https://elibrary.ru/KUJDSN
5. Оленин О.А. Зудилин, С.Н., Осоргин, Ю.В. Цифровой мониторинг показателей агроэкосистем на основе космических и беспилотных // Пермский аграрный вестник. 2019. № 3 (27). С. 53-61. EDN: https://elibrary.ru/LWKWJO
6. Moran J.A., Mitchell A.K., Goodmanson G., Stockburger K.A. Differentiation among effects of nitrogen fertilization treatments on conifer seedlings by foliar reflectance: a comparison of methods // Tree Physiol. 2000. V. 20. P. 1113–1120.
7. Информативность спектральных вегетационных индексов для оценки засоренности посевов сельскохозяйственных культур по наземным и спутниковым данным / Т. И. Письман, М. Г. Ерунова, И. Ю. Ботвич [и др.] // Исследование Земли из космоса. 2021. № 3. С. 55-66. - DOIhttps://doi.org/10.31857/S0205961421030076. EDN VAKKWD.
