Большой брат наблюдает: Как учёные НовГУ делают регион зоной НЕрискованного земледелия

Новгородская область традиционно является почётным членом всевозможных неблагоприятных сельскохозяйственных перечней и рискованных земледельческих зон. Так уж вышло, что местный климат подходит лишь ограниченному количеству сельхозкультур. Тем не менее «зона рискованного земледелия» совсем не значит «зона совсем никакого земледелия». Тезис подтвердят предки, пахавшие эту землю на протяжении почти 900 лет. Извержений вулканов, землетрясений и ураганов здесь не бывает. Как не бывает запредельных морозов и жары. Если подходить с умом, то местные почвенно-климатические условия не придётся ломать через колено ради больших урожаев. Достаточно лишь точечно корректировать, поглядывая на них свысока. Во всех смыслах. В лаборатории ГИС Новгородского университета «Газон.Медиа» рассказали, как в этом помогают спутниковые технологии и беспилотники.

С высоты полёта

Детальные знания о рельефе и специфике грунта в реальном времени позволяют добиваться максимально эффективных результатов в сельском хозяйстве. Получить их можно ежедневно, обходя тысячегектарные поля ногами. Или при помощи беспилотников. Аэрофотоснимок несёт информацию о стадиях роста урожая, состоянии почвы, наличии проплешин и зон гибели урожая вследствие погодных условий или других причин. За несколько минут полёта можно получить данные, которые помогут скорректировать агротехническую тактику и смягчить последствия температурных качелей, дефицита минеральных веществ или массового нашествия бабочек-капустниц.

Лаборатория ГИС в прошедшем полевом сезоне сотрудничала с новгородскими сельхозпроизводителями СПК «Россия» в Солецком районе и «Агро-Волок» в Боровичском. Учёные выполняли исследовательские работы, предлагали и апробировали методики оптимизации урожайности на конкретных участках и выдавали конкретные рекомендации.

— По результатам полевого сезона 2022 выполнены две научные работы по сельскому хозяйству с применением беспилотных летательных аппаратов и спутниковых технологий, — рассказал завлабораторией геоинформационных систем НовГУ Евгений Лукашик. — Первая работа — теоретико-методологические основы применения нормализованного вегетационного индекса растительности NDVI в расчётах агрономических показателей кормовых культур. Индекс растительности NDVI — это числовой показатель качества и количества растительности на участке поля. Он рассчитывается по спутниковым снимкам в зависимости от характера отражения и поглощения растениями световых волн разной длины. Вторая — проведение мультиспектральной аэрофотосъёмки и расчёты агрономических показателей кормовых культур, влияющих на расчёт оптимальной дозы удобрения. Мы работали совместно с кафедрой технологии производства и переработки сельхозпродукции. Наша лаборатория занималась формированием карт, схем, индексов NDVI. Кафедра на основании этих данных разрабатывала методики и рекомендации: как компаниям организовать производство, чтобы выйти на определённый экономический показатель выпуска продукции.

Работы проводились в реальном времени с помощью БПЛА, но учёные хотели понять, какова была картина до их вмешательства, чтобы построить динамику и проанализировать её. Для этого использовались спутниковые снимки.

— Мы можем строить динамику сельхозполей за большой срок, — рассказал Евгений Лукашик. — Анализируем, как растительность себя ведёт на поле в зависимости от количества удобрений, погоды, агротехники, сортов культур. Это комплексные экономические показатели, которые анализируют агрономы, чтобы нам понимать, что именно мы увидели с воздуха при дистанционном зондировании или из космоса. Для этого мы закладываем контрольные точки, снимаем их координаты по геодезическим приёмникам. На точках агрономы определяют показатели: высоту растения, его санитарное состояние, уровень развития в зависимости от фазы вегетации. Показания собираются на площадке метр на метр. И таких точек нужно много, чтобы выборка была репрезентативной. Само поле может быть 400 и более гектаров. Производителям не под силу проводить эти работы самостоятельно, поскольку нужно обладать специфическими знаниями и неограниченным количеством времени. Пока в хозяйстве будут обходить поля, сезон уже закончится.

Точки роста

Получается следующий алгоритм: закладываются точки, делается мультиспектральная аэрофотосъёмка с беспилотников и собираются данные со спутников, точки указываются на картах и привязываются к относительному индексу, который стыкуется с биомассой, количеством растений, их санитарным состоянием. Так учёные экстраполируют данные в точках на всю площадь. Параллельно выполняются работы на полях.

— На этих точках мы знаем о растительности всё, — отметил учёный. — Агрономы считают фитомассу: срезают растения, взвешивают во влажном, сухом виде, делают другие манипуляции. На этапе, когда урожай ещё не собран, можно его прогнозировать, потому что биомасса определена. Мы понимаем, как будет развиваться эта растительность дальше. Если выход продукции не устраивает заказчика, даём рекомендации, что именно нужно поменять. На один цикл обычно уходит два-три дня. Мы формируем карты, рекомендации, привязываем их к полевым обследованиям и показываем хозяйству-заказчику. Красный цвет на карте означает проблемные зоны: недостаточная увлажнённость или рельеф почвы не тот, или заражённость растений. Эта информация позволяет оперативно принять решение — внести удобрения, менять сорта, агротехнику, обработать химикатами.

В прошедшем полевом сезоне методики были впервые апробированы в конкретных хозяйствах. В следующем сезоне учёные планируют работать с ними над увеличением урожая в оперативном режиме.

— В этом году оперативных действий хозяйства не предпринимали, чтобы не сбивать нам выборку, так как участки были опытными, — поделился Евгений Лукашик. — Мы внедряли технологии, готовили методические рекомендации по работе с этими технологиями и переходом на их использование в следующем сезоне.

Упор на методики

Конкурентов у новгородских учёных в регионе нет. Залог успеха — участие в команде специалистов различных профилей и развитая материально-техническая база.

— Были попытки проведения таких работ компаниями из Ленинградской области, но они оставались на уровне демонстрации методик, — рассказал Евгений Лукашик. — Полной картины заказчикам они не могли дать, потому что им не хватало компетенций в области других направлений — агрономии, переработки сельхозпродукции. Мало просто уметь работать с БПЛА, нужно понимать, как использовать эти данные. А в нашей команде есть разные специалисты, включая агрономов, которые говорят с фермерами на одном языке. У нас немного штатных сотрудников, но это не страшно. Потому что мы делаем упор на междисциплинарность и сквозные технологии. Для этого мы стараемся развивать материально-техническую базу. Например, в этом полевом сезоне успешно используется беспилотный летательный аппарат самолётного типа Геоскан Lite. Для работы над аэрофотосъёмкой, по дистанционному зондированию земли используются новейшие геодезические приемники спутникового сигнала.

Учёный НовГУ подчёркивает — лаборатория делает упор на методики применения новых технологий в производстве. В таких отраслях, как лесное и сельское хозяйство, геодезия, землеустройство, география и экология присутствует большое количество технологий и разработок, но во многом проблема возникает в их правильном и экономически выгодном внедрении.

— Если что-то уже придумано и хорошо работает, нужно этим пользоваться, — считает учёный. — На уровнях исследовательских организаций, организаций высшего образования, производственных предприятий есть запрос не на сами технологии, а на их беспроблемное внедрение. Потому что уже имеется большой пласт разработок программного обеспечения и аппаратной части. Но компании не понимают, как всё это применить. Мы же отталкиваемся от текущей ситуации и в науке, и в образовании. Прежде чем вводить дисциплины в переподготовку, профобучение, прежде чем подключаться к научно-исследовательским работам, мы проводили аудит потребностей организаций и производств, чтобы понимать их видение. Мы сформировали план работы в системе среднего профобразования с учётом их запросов. Рабочие программы, дисциплины, учебные планы построены так, что определённые модули решают определённые задачи, которые ставит работодатель. Или обеспечивают тот эффект, который он хочет получить, но не знает как. И наша стратегия работает — на выставке АПК, где экспонировались сельхозметодики, нам задавали только один вопрос — сколько это стоит? Новгородские сельхозпроизводители заинтересованы. Это позволяет надеяться, что словосочетание «зона рискованного земледелия» скоро исчезнет из обихода.

Результаты исследований учёных Новгородского университета были представлены на выставке агропромышленного комплекса Новгородской области 18 июня, на экологическом форуме Новгородской области в рамках губернаторского проекта «Экосреда» 16 августа и на Всероссийском экологическом форуме «Экосистема: заповедный край» в Камчатском крае с 27 августа по 5 сентября.

Фото: лаборатория геоинформационных систем НовГУ