Способ дистанционной диагностики питания почвенного покрова земли, например озимой пшеницы, вне зависимости от погодных условий и времени суток

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Дистанционные методы индикации азотного режима сельскохозяйственных культур обычно основываются на использовании пассивного излучения земной поверхности в различных диапазонах волнового спектра, которое улавливается спектрофотометрическими приборами. Существенным недостатком таких методов служат ограничения, связанные с наличием облачности, характером освещения и другими погодными условиями. Радиолокация для диагностики азотного питания растений не применялась из-за отсутствия соответствующих методов дешифрования радиолокационных снимков. Предлагаемый способ основан на использовании активного зондирования земной поверхности с помощью радиолокаторов бокового обзора (РЛ БО), устанавливаемых на искусственных спутниках земли. В сравнении с ранее используемыми методами это позволяет проводить диагностику азотного питания озимой пшеницы в любое время суток и вне зависимости от облачности и других погодных условий, т. к. они не оказывают существенного влияния на эффективность радиолокационного зондирования. Архитектоника посева озимой пшеницы и биохимический состав растений, в значительной мере определяемые уровнем азотного питания, в частности азотными удобрениями, особым образом изменяют характер отраженного сигнала, что служит основанием для тематического дешифрирования радиолокационных изображений. Для практического использования предложенного способа необходимо в обследуемом регионе подобрать эталонные посевы (поля, участки) озимой пшеницы с разной обеспеченностью азотом или закладывать специальные подспутниковые опыты с разными (возрастающими) дозами азотных удобрений с определением содержания азотистых веществ в индикаторных органах растений в диагностические сроки традиционными химическими методами. Сравнение изображений эталонных посевов с производственными путем вычисления функциональной зависимости отраженных сигналов РЛБО от содержания азота в растениях эталонных (ключевых) участков и экстраполяция полученных результатов оперативно с минимальными затратами диагностировать обеспеченность азотом озимой пшеницы на больших площадях и определять дозы азотной подкормки в соответствии с общепринятыми рекомендациями.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к способам дистанционной диагностики азотного питания посевов озимой пшеницы в целях его оптимизации путем проведения подкормок азотными удобрениями.

Известен способ дистанционной диагностики (индикации) азотного режима посевов сельскохозяйственных культур с помощью спектрометрирования приборами, установленными на искусственных спутниках Земли (ИСЗ) и самолетах. Этот способ имеет существенный недостаток, состоящий в том, что съемки с ИСЗ и высотной авиации (ТУ-134-СХ и др.) возможны только при облачности, не превышающей 20% и в светлое время суток. Подобные погодные условия, особенно в ранневесенний период, на большей части территории РФ маловероятны из-за большой облачности, что затрудняет использование в целях оперативной диагностики спектрометрирования и других методов, основанных на регистрации электромагнитных волн световом и близких к нему диапазонах электромагнитного спектра. Применение низколетящих самолетов типа АН-2 и вертолетов также сопряжено, с одной стороны, с затруднениями, связанными с необходимостью летной погоды, и, с другой, с высокой стоимостью этих работ из-за ограниченной масштабности съемки с низколетающих авианосителей.

Использование радиолокаторов для дистанционного зондирования земли в интересах сельского хозяйства (журнал "Почвоведение", N2, 1994 г. Интерпретация структуры почвенного покрова по данным цифровой обработки многозональной информации. Г. В. Королюк, Н. В.Щебенко, Аль Мисбер Васим) непосредственно для диагностики минерального питания растений, в частности озимой пшеницы, не применялось.

Цель изобретения дистанционное определение нуждаемости посевов озимой пшеницы в азоте, независимое от погодных условий и времени суток, сокращение затрат на диагностику, повышение оперативности и производительности диагностических работ.

Достигается тем, что наряду или вместо спектрометрической (сканерной) съемки для диагностики азотного питания озимой пшеницы используется радиолокатор бокового обзора (РЛ БО) с длиной волны излучения дециметрового диапазона, устанавливаемое на ИСЗ. По данным исследований, проведенных на базе ОПХ "Газырское" Краснодарского края в 1991 г. съемка с помощью РЛ БО с длиной волны 9,6 см, установленного на ИСЗ "Алмаз-1", позволила выявить различия в обеспеченности озимой пшеницы общим и нитратным азотом в фазу трубкования, обусловленные внесением в опыте азота от нуля до 210 кг/га с разницей между ближайшими по величине дозами 30 кг в расчете на 1 га. Коэффициент парной корреляции между интенсивностью сигналов на обработанных (оцифрованных) снимках и концентрацией азотистых веществ в растениях озимой пшеницы на разноудобренных вариантах полевого опыта составил 0,73, что указывает на тесную взаимосвязь азотного режима посева с величиной отраженного сигнала радиолокатора.

Принципиальная возможность диагностики азотного питания озимой пшеницы радиолокатором обусловлена тем, что радиолокационный сигнал дециметрового диапазона при отражении от наземной массы посева преобразуется в соответствии с характером размещения растительной массы в приземном слое и ее химическим составом, т.е. в соответствии с высотой и густотой посева, облиственностью растений, величиной биомассы, приходящейся в тесной зависимости от обеспеченности посева азотом, что подтверждается проведенными полевыми и лабораторными исследованиями.

Проверка предложенного способа дистанционного зондирования озимой пшеницы проведена в ОПХ "Газырское" Краснодарского края в 1991 г. В этих целях при обработке результатов радиолокационной съемки полевого подспутникового опыта, состоящего из 49 делянок размером 32х32 метров каждая, различающихся по уровню удобренности их азотом, 20 делянок использовали в качестве ключевых для дешифрирования полученного снимка опытного участка. Зависимость величины сигналов от содержания азота в растениях рассчитали по функции: L f (N) (1) где L цифровое значение радиолокационных сигналов; N содержание азота в вегетативной массе растений на делянке, сухого вещества.

По остальным 29 делянкам опыта с содержанием азота от 1.5 до 4,13% (от очень низкого до очень высокого по принятым в агрохимии градациям) получили расчетные значения по обратной функции, т.е.

N f (L) (2) Средняя разность между содержанием азота в растениях, определенным лабораторным и дистанционным методами, составила 4,4 относительных процента, что не превышает погрешностей, допускаемых при анализе растительных образцов на содержание азота агрохимслужбой (Качество анализов кормов и растений в лабораториях агрохимической службы. М. изд. ЦИНАО, 1988). Коэффициент линейной корреляции между показателями содержания азота, определенного двумя указанными методами, равнялся 0,8, что также свидетельствует о достаточно высокой точности и достоверности (на 0,05 уровне значимости, т.е. 95-процентном уровне вероятности) дистанционной диагностики азотного питания озимой пшеницы предложенным методом, результаты которой могут использоваться для расчета доз азотной подкормки в соответствии с существующими рекомендациями (Методические указания по комплексной диагностике азотного питания озимых зерновых культур, М, Колос, 1984, с.9).

Предложенный способ осуществляют следующим образом.

В обследуемом регионе на поле с озимой пшеницей определенного сорта закладывают эталонный опыт с возрастающими дозами азота от нуля до максимальной, принятой в данных почвенно-климатических условиях. В определенные диагностические сроки на делянках опыта, используемых как ключевые участки, определяют в растениях содержание азотистых веществ общепринятыми химическими методами. В эти же сроки проводится радиолокация опытного участка и производственных посевов озимой пшеницы в данной местности. Затем вычисляют функциональную зависимость сигналов радиолокатора, отраженных ключевыми участками, от содержания азота в растениях этих участков с последующей экстраполяцией полученных результатов по обратной функции на обследованную площадь посевов в соответствии с величиной отраженных сигналов, усредненных по каждому полю или отдельному участку озимой пшеницы данного сорта, и назначают дозы азотных удобрений для подкормки посевов в соответствии с зональными рекомендациями.

Вместо делянок эталонного полевого опыта в качестве ключевых могут использоваться специально подобранные отдельные поля или участки производственных посевов с разным содержанием азота в растениях озимой пшеницы, которое в диагностические сроки определяется общепринятыми химическими методами.

Формула изобретения

Способ дистанционной диагностики питания растительного покрова земли, например посевов озимой пшеницы, вне зависимости от погодных условий и времени суток, включающий съемку растительного покрова земли с помощью аппаратуры, устанавливаемой на искусственном спутнике Земли, и дешифрирование снимков, отличающийся тем, что дистанционная диагностика заключается в определении содержания азота в вегетативной массе озимой пшеницы, выражаемого в процентах сухого вещества, путем съемки полей озимой пшеницы в диагностические сроки радиолокатором бокового обзора, дешифрирования оцифрованных по величине отраженных сигналов снимков на основе ключевых (эталонных) участков в виде делянок, которые специально заложены для полевых опытов с озимой пшеницей или специально отобранных производственных посевов этой культуры с разным содержанием азота в растениях, определяемого в те же сроки лабораторными методами, и вычисления функциональной зависимости сигналов радиолокатора, отраженных ключевыми участками, от содержания азота в растениях этих участков с последующей экстраполяцией полученных результатов от обратной функции на обследуемую площадь посевов в соответствии с величиной отраженных сигналов, усредненных по каждому полю или отдельному участку озимой пшеницы.