Дистанционный мониторинг состояния растений. Рубрика в журнале - Сельскохозяйственная биология
Статья научная
Методы оперативного дистанционного (спутникового и беспилотного) сельскохозяйственного мониторинга в настоящее время базируются на использовании спектральных вегетационных индексов в качестве интегральных показателей состояния растений. В 1972 году для дистанционного мониторинга растительности был предложен первый спектральный вегетационный индекс NDVI (normalized difference vegetation index), а в последующие годы разработано около сотни индексов, предназначенных для детектирования разных свойств: от влажности, структуры листьев, архитектуры растений в посевах до содержания различных веществ, в том числе пигментов, регулирующих фотосинтез и продуктивность растений. Во многих случаях предлагаемые индексы надежно функционируют для конкретных растений или для растительности в целом. Для плодовых культур, в частности для яблони, подобных индексов практически нет. В представленной статье впервые показано, что спектральные вегетационные индексы, предложенные для детектирования пигментов в сельскохозяйственных растениях, нуждаются в уточнении при их использовании для подобного детектирования пигментов в листьях яблони конкретного сорта. Нашей целью был анализ связи между спектральными вегетационными индексами, рассчитанными для листьев яблони сорта Имрус, с содержанием в них хлорофилла и каротиноидов. Анализ спектральной отражательной способности листьев яблони ( Malus domestica Borkh.) сорта Имрус посадки 2011 года проводили 19 октября 2021 года на территории опытного сада ФГБНУ ФНЦ садоводства (пос. Михнево, Московская обл., Ступинский р-н). Листья собирали в полуденное время случайным образом из средней части кроны с ветвей 2-5-летнего возраста. Всего для анализа содержания пигментов сформировали 26 смешанных образцов листьев. Содержание хлорофиллов a + b определяли в лабораторных условиях методом Винтерманса-Де Мотса, каротиноидов - методом фон Ветштейна. Спектральную отражательную способность оценивали с использованием полевого спектрорадиометра SR-6500 («Spectral Evolution», США), который работает в диапазоне 350-2500 нм с разрешающей способностью 1. Кривые спектральной отражательной способности получали в 5-кратной повторности для верхней поверхности листьев, осредняли для каждого листа, а затем для каждой из 26 смешанных групп листьев. На основании осредненных кривых спектрального отражения вычисляли наиболее распространенные спектральные вегетационные индексы. После этого был проведен анализ связи величин спектральных вегетационных индексов с содержанием пигментов в листьях. Установлено, что предложенные ранее многочисленные вегетационные индексы не могут быть использованы для бесконтактного детектирования содержания хлорофилла и каротиноидов в листьях яблони сорта Имрус. Связь между величиной индекса и содержанием пигмента практически отсутствует. Также не удается сгруппировать проанализированные листья по содержанию пигментов на основе построения дендрограммы сходства между кривыми спектрального отражения листьев в диапазоне 350-2500 нм. На основе корректировки индексов, показавших наиболее точную зависимость, предложены новые вегетационные индексы для бесконтактного детектирования содержания в листьях яблони каротиноидов и хлорофилла, которые позволяют получать регрессионные модели с R2 выше 0,65. Перед широким использованием их необходимо протестировать для листьев яблони других сортов, а также для листьев, находящихся в разной стадии развития.
Бесплатно
