Ученые разрабатывают новые методы мониторинга здоровья сельскохозяйственных культур с высоты

Ученые из Университета Вирджинии и Университета Иллинойса работают над оценкой состояния посевов и прогнозированием урожайности в реальном времени.

Исследователи надеются, что в будущем их инновационная методика — дистанционное измерение побочного продукта фотосинтеза — позволит прогнозировать урожайность на региональном и глобальном уровнях с помощью датчиков на спутниках.

В настоящее время они тестируют метод в меньшем масштабе на Среднем Западе США. Над соевым полем в Иллинойсе установлена мониторинговая станция, которая измеряет невидимое для человеческого глаза свечение, испускаемое растениями. Это свечение может раскрыть фотосинтетическую активность растений в течение всего сезона роста — показатель, позволяющий ученым предсказывать урожайность.

Результаты исследования были опубликованы в Journal of Geophysical Research – Biogeosciences. Ученые использовали данные о солнечно-индуцированной флуоресценции (SIF), чтобы в реальном времени определить, как соя реагирует на колебания уровня освещенности и стрессы окружающей среды в течение полевого сезона.

Методика также применяется для других культур в Небраске.

Принцип работы

Фотосинтез — это процесс, при котором растения преобразуют световую энергию в сахара и углеводы. От 1 до 2% поглощенной растением световой энергии излучается в виде флуоресцентного света, пропорционального скорости фотосинтеза, что является индикатором роста и здоровья.

Исследователи регистрируют эти флуоресцентные эмиссии с помощью спектроскопической сенсорной системы, разработанной профессором Си Яном. Цель непрерывного исследования — лучше понять взаимосвязь между поглощенным светом, излучаемым флуоресцентным светом и скоростью фотосинтеза, а также проверить, является ли эта пропорция постоянной для различных экосистем.

Перспективы применения

"Передовая система SIF, разработанная Си Яном, прокладывает путь к использованию спутникового мониторинга фотосинтеза для прогнозирования урожайности и управления посевами", — сказал Кайю Гуань, ведущий исследователь проекта, финансируемого NASA.

SIF также можно использовать для выявления стресса у растений во время засухи, жары или нашествия насекомых. Лаборатория Яна разрабатывает систему дистанционного зондирования на базе дронов, которая измеряет солнечно-индуцированную флуоресценцию и температуру растительного покрова.

Спутники наблюдения Земли, измеряющие углекислый газ и озон в атмосфере, также улавливают сигналы флуоресценции от растительности. Ян считает, что эти данные можно использовать для глобального мониторинга фотосинтеза, оценки здоровья экосистем и сельского хозяйства, а также для прогнозирования изменений. Такая информация будет полезна фермерам и лесникам для планирования, полива, внесения удобрений и сбора урожая.