Hace más de cien años, en el verano de 1922, despegó del aeródromo metropolitano de Khodynsky un avión con equipo para realizar trabajos químicos aéreos mediante fumigación contra plagas y enfermedades. Los vuelos de prueba exitosos marcaron el comienzo del desarrollo de la aviación agrícola.
Hoy en día, el uso de diversos medios de aviación para la protección de las plantas es de gran importancia económica, ya que brinda la posibilidad de:
— seguimiento remoto a gran escala de cultivos agrícolas;
- medidas de protección a corto plazo y en lugares de difícil acceso contra plagas especialmente peligrosas (langosta, polilla de la pradera, roedores parecidos a ratones, escarabajo de la patata de Colorado, tortuga dañina) y enfermedades (roya parda, tizón tardío, alternariosis);
- labranza con fuerte humedad del suelo, cuando los equipos terrestres no pueden ingresar al campo, especialmente en la lucha contra las malas hierbas;
– procesamiento de cultivos altos (maíz, girasol) y siembra de cultivos de semillas;
— procesamiento de campos de arroz;
- desecaciones;
– procesamiento de cultivos en pendientes con una pendiente de más de 7 grados, donde los equipos de pulverización terrestre no pueden funcionar.
En la Unión Soviética, la base de la flota de aviación agrícola fue el AN-2. En la actualidad, el desarrollo de la aviación agrícola avanza hacia una expansión significativa del uso de aviones ultraligeros (ALV) y vehículos aéreos no tripulados (UAV), que son mucho más económicos que los aviones pesados. De acuerdo con las Reglas Federales de Aviación y el Código Aéreo de la Federación Rusa, un aparato (avión) se llama ultraligero si tiene:
- peso máximo de despegue no más de 495 kg (excluido el equipo de rescate de aviación);
- velocidad máxima de pérdida de calibración (velocidad mínima de vuelo) no superior a 65 km/h.
Los vehículos aéreos no tripulados (UAV) incluyen vehículos cuyos vuelos están controlados por pilotos que están fuera del tablero (pilotos externos).
Las características del modo correcto de uso del UAV están determinadas por su peso máximo de despegue:
- hasta 250 g - no están sujetos a registro o contabilidad estatal;
- de 250 g a 30 kg - están sujetos a contabilidad estatal obligatoria;
- de 30 kg y más - están sujetos a registro estatal.
Las ventajas importantes de usar UAV y ALS son:
— ninguna pérdida por daños a los cultivos por las ruedas o la necesidad de utilizar líneas de tranvía (en comparación con el equipo terrestre);
- alta eficiencia al tiempo que reduce los costos operativos (en comparación con los aviones pesados, ya que estos aviones no necesitan tener aeródromos equipados).
El uso de vehículos aéreos no tripulados ayuda a resolver las siguientes tareas:
- obtener información detallada sobre la creación de una base cartográfica de tierras agrícolas y la ubicación de objetos agrícolas con sus coordenadas exactas para planificar y controlar los procesos tecnológicos de producción agrícola;
– llevar a cabo un seguimiento remoto basado en imágenes multiespectrales de la superficie subyacente de las tierras agrícolas para determinar el estado y el desarrollo de los cultivos, predecir los rendimientos en función del cálculo del índice de vegetación basado en los resultados de las imágenes espectrales, etc.;
– control operativo en tiempo real sobre el funcionamiento de los equipos terrestres y la calidad del trabajo agrotécnico;
– monitoreo fitosanitario geocodificado de tierras agrícolas para determinar el nivel de maleza de los cultivos, la presencia de plagas y manifestaciones de enfermedades en una etapa temprana de desarrollo, incluso en forma latente;
El uso de UAV para la fotografía aérea de terrenos agrícolas proporciona, frente a las imágenes de satélite, la obtención de imágenes con una mayor resolución (hasta un centímetro por punto) y, lo más importante, posibilita la realización de estos trabajos en presencia de densos nubes (disparar usando naves espaciales durante tales períodos es imposible).
Detengámonos con más detalle en el seguimiento fitosanitario de los cultivos. Recientemente, el volumen de uso de productos fitosanitarios en Rusia ha ido en constante crecimiento: según las estadísticas, cada cinco años, a partir de 2010, se han duplicado y en 2020 alcanzaron las 221 mil toneladas. Con el crecimiento en el uso de productos fitosanitarios, las fincas necesitan asegurar la pronta recolección y procesamiento de información sobre la condición fitosanitaria de los campos agrícolas. Sin esta información, es imposible resolver los problemas de soporte tecnológico para el uso racional y seguro de productos fitosanitarios en un corto plazo agrícola. Los métodos existentes de inspección de campos por vía terrestre no permiten obtener la información necesaria de forma rápida y en el volumen adecuado. En este sentido, se trabaja activamente en el extranjero y en nuestro país para desarrollar métodos remotos de alto rendimiento para la recuperación de información para la planificación y ejecución de medidas fitosanitarias. Para el monitoreo fitosanitario remoto operativo, los vehículos aéreos no tripulados son los más utilizados, proporcionando video geocodificado, imágenes multiespectrales e hiperespectrales de la superficie subyacente de la Tierra.
Cabe señalar que los problemas del uso de métodos remotos de recuperación de información en el campo del control de malezas (determinación de la ubicación de las malezas en el campo, evaluación de pérdidas de cultivos, mapeo de zonas de daño) ya se han resuelto parcialmente. En esta área, en el marco de un acuerdo de cooperación científica y técnica, se llevó a cabo una investigación con la participación de especialistas de VIZR, la Universidad de Instrumentación Aeroespacial (San Petersburgo), la Academia Agraria de Samara y Ptero LLC (Moscú). Se han obtenido resultados positivos del uso de BVS para métodos remotos de recuperación de información basados en espectrometría para evaluar la infestación de cultivos de granos y plantaciones de papa para más de 20 tipos de malezas, incluida una tan dañina como el perejil de Sosnowsky. Los datos se obtuvieron en base a la determinación y análisis de las características espectrales de reflexión de plantas cultivadas y malezas en el rango de longitud de onda de 300-1100 nm.
Por lo tanto, en el curso de los estudios realizados para identificar características definitorias basadas en el brillo espectral de la reflexión de las plantas cultivadas y malezas, se establecieron los subrangos espectrales más informativos de las longitudes de onda de la radiación electromagnética para usar imágenes multiespectrales de la superficie subyacente de la tierra agrícola usando modernos sistemas de teledetección. Un análisis de las imágenes espectrales de malezas y plantas cultivadas muestra que observamos diferencias características en las curvas de brillo espectral obtenidas en los subrangos de radiación electromagnética azul, verde, roja e infrarroja cercana en el subrango de longitudes de onda del infrarrojo cercano.
Una tarea más difícil para el uso generalizado de métodos de teledetección de tierras agrícolas es la determinación de signos informativos de enfermedades de las plantas y, sobre todo, en forma latente. Esto se debe al hecho de que muchos signos informativos de enfermedades son similares en brillo espectral a los signos de patología no infecciosa de las plantas estudiadas.
Se obtuvieron resultados positivos para la determinación de enfermedades de la papa y daño a las plantas de papa por el escarabajo de la papa de Colorado usando espectrorradiometría. Al usar este método, se encontró que cuando la siembra de papas se ve afectada por el tizón tardío (Fig. 1), al tercer día después de la infección, observamos una fuerte disminución en el brillo espectral del reflejo en comparación con las plantas sanas, y en al séptimo día después de la infección, los valores del brillo espectral muestran que las plantas están prácticamente muertas. En este caso, el valor del brillo espectral en las plantas afectadas por el tizón tardío es cercano a los valores del brillo espectral del reflejo del suelo.
Cuando las patatas son dañadas por el escarabajo de la patata de Colorado, también observamos una disminución en los valores del brillo de reflexión espectral de dos a tres veces en comparación con las plantas sin daños por la plaga. La Figura 2 muestra datos sobre el brillo espectral del reflejo de las plantas de papa, teniendo en cuenta el diferente grado de su daño. Los datos obtenidos son de gran importancia para el método remoto de detección de lesiones en plantas de papa por el escarabajo de la papa de Colorado.
En la actualidad, en base a los estudios realizados para determinar características informativas a partir del brillo espectral del reflejo de plantas de patata sanas y enfermas, así como las dañadas por el escarabajo de la patata de Colorado, se han identificado los subrangos espectrales de longitudes de onda de radiación electromagnética más informativos. Establecido para el uso de imágenes multiespectrales de la superficie subyacente de la tierra agrícola utilizando BVS y SLA.
Al determinar enfermedades, es necesario tener en cuenta los resultados de la investigación del Instituto Agrofísico, que permitió determinar las características espectrales del reflejo de las plantas deficientes en nitrógeno y humedad del suelo.
Los resultados obtenidos son importantes para identificar rasgos informativos que permitan distinguir claramente, a la hora de descifrar el estado fitosanitario de los terrenos agrícolas, las plantas afectadas por enfermedades y aquellas con patologías provocadas por una deficiencia de nutrición mineral o humedad del suelo.
La formación de bibliotecas de imágenes espectrales de enfermedades de diversos cultivos, así como de imágenes espectrales de estos cultivos deficientes en nutrición mineral o humedad del suelo, permitirán, en base a los resultados de la recuperación remota de información, tomar decisiones razonables y oportunas. para estabilizar la situación fitosanitaria ante la presencia de enfermedades o para llevar a cabo un conjunto de medidas agrotécnicas para paliar situaciones de estrés en los cultivos provocadas por otros factores.
La próxima dirección importante en el uso de BVS es su aplicación para medidas de protección de plantas. Por primera vez, los UAV en forma de helicópteros no tripulados a control remoto comenzaron a usarse en Japón a principios de los años 90 para el tratamiento de campos de arroz con pesticidas. En la actualidad, en China, que es líder en la producción de drones agrícolas, la superficie cultivada con la ayuda de UAV ya supera varios millones de hectáreas. El mercado de UAV también se está desarrollando dinámicamente en todo el mundo, el volumen de uso de estos aviones aumenta anualmente en un 400-500%. Según los expertos, el uso de tecnologías de AU en la agricultura en el mundo alcanzará un valor de mercado de 5,7 millones de dólares.
De los drones agrícolas, el mercado está dominado por la empresa china DJI, y el modelo más común es el DJI Agras T16.
Debido al hecho de que la mayoría de las piezas de UAV de este modelo están hechas de materiales compuestos, el peso del dispositivo no supera los 18,5 kg (sin batería). Con equipo de protección de plantas, al llenar el tanque con fluido de trabajo, el peso de despegue de la máquina alcanza los 41 kg. La capacidad del depósito para el fluido de trabajo es de 16 litros cuando la barra está equipada con ocho boquillas. La ventaja de este modelo de dron es que está equipado con radares, lo que reduce drásticamente el riesgo de colisión con obstáculos, y también proporciona la capacidad de trabajar de noche, utilizando reflectores. La altura de vuelo óptima del dron sobre el campo es de 2,5-3 metros y, si es necesario, el dispositivo puede elevarse hasta 30 metros (altura máxima de vuelo horizontal). Esta altura es necesaria para el tratamiento de plagas y enfermedades de plantaciones perennes, plantas en jardines botánicos y bosques.
En la Federación Rusa se han obtenido resultados positivos sobre el uso de BVS para el control de roedores murinos (los estudios se realizaron con la participación de VIZR y la empresa Ginus). Las pruebas de producción de monitoreo remoto y aplicación geocodificada de rodenticidas en las madrigueras de roedores parecidos a ratones mostraron que la precisión de la nueva tecnología en comparación con la aplicación manual es del 91 % frente al 97 %.
Se ha acumulado experiencia práctica sobre el uso de BVS para el monitoreo remoto de las áreas de distribución del perejil de Sosnowsky, así como el uso de la tecnología de aspersión de herbicidas contra esta especie dañina.
A pesar de los resultados positivos y las perspectivas del uso de AU en la agricultura, existen deficiencias, así como cuestiones no resueltas en el campo de la legislación y los documentos reglamentarios sobre su uso efectivo y seguro para el monitoreo remoto y la protección de plantas, a saber:
- alto costo de UAV con el riesgo de perder el aparato durante la ejecución del trabajo;
- restricciones legales de uso: en la mayoría de los países del mundo, el UAV durante la realización del trabajo debe estar dentro de la línea de visión del operador (la distancia no es más de 500 metros);
- la necesidad de registrarse, registrar el dispositivo (en la mayoría de los países, si su masa supera los 25 kg) y obtener una licencia para usar el UAV con fines comerciales;
- la necesidad de equipos costosos adicionales y personal calificado: para el funcionamiento ininterrumpido y eficiente del UAV, es necesario tener al menos tres baterías adicionales, un generador para cargarlas; al menos tres personas se dedican al servicio de un automóvil;
- Gran dependencia de las condiciones meteorológicas. En clima ventoso, el control del aparato es muy difícil, especialmente con un fuerte viento lateral;
- falta de regulación legalizada para el uso de productos fitosanitarios que utilizan BVS de acuerdo con los requisitos de la Ley Federal No. 109 "Sobre el manejo seguro de plaguicidas y agroquímicos";
- falta de documentos reglamentarios para la operación segura de UAV en la agricultura;
- falta de estándares de riesgo de seguros para personas jurídicas y personas naturales cuando utilizan productos fitosanitarios con la ayuda de BVS;
- alto precio y falta de productos de software para resolver los problemas de monitoreo fitosanitario remoto de malezas, plagas y enfermedades, teniendo en cuenta los umbrales económicos de nocividad, así como la decodificación automática de sus resultados.
Urge crear centros regionales de capacitación de operadores y aprobación productiva de procedimientos tecnológicos para el uso de UAS para monitoreo y protección de plantas.
Como parte de los programas de digitalización de la agricultura, es necesario acelerar el desarrollo de grandes bases de datos de muestras de referencia de malezas en la fase más vulnerable de desarrollo para el uso de herbicidas y muestras de referencia con signos informativos característicos de daño de plagas a cultivos principales. Es igualmente importante completar la formación de bibliotecas de imágenes espectrales de plantas sanas y enfermas, teniendo en cuenta la influencia del nivel de nutrición mineral y los parámetros agroclimáticos.
Anatoly Lysov, Jefe del Laboratorio Integrado de Protección Vegetal, VIZR, correo electrónico: lysov4949@yandex.ru