Дроны с ИИ помогают фермерам оптимизировать использование азотных удобрений
Исследование Университета Флориды, опубликованное в HortScience, показывает, что дроны могут не только делать аэрофотоснимки, но и помогать фермерам выращивать лучшую коноплю, оценивая здоровье посевов с помощью искусственного интеллекта.
Ученые из Тропического исследовательского и образовательного центра (TREC) Института продовольственных и сельскохозяйственных наук Университета Флориды (UF/IFAS) использовали съемку с дронов, чтобы определить, сколько азотных удобрений нужно растениям конопли для оптимального роста и производства соцветий.
Их выводы могут помочь аграриям оптимизировать использование удобрений, чтобы экономить деньги и сохранять окружающую среду.
«Фермеры ищут способы оценивать состояние своих культур в течение года, чтобы принимать обоснованные решения по удобрениям», — сказал Зак Брим, доцент агрономии в UF/IFAS TREC. — «Мы показали, что фермеры, имеющие доступ к аэрофотоснимкам с использованием красного и ближнего инфракрасного (NIR) диапазонов, могут обнаруживать различия в здоровье растений по их цвету при сканировании полей».
Это важно, поскольку своевременное и точное внесение удобрений может значительно повлиять на урожайность и качество конопли.
«Поскольку питательные вещества в почве Флориды движутся очень быстро, фермеры вносят удобрения несколько раз в год. Такие технологии, как съемка с дронов, помогут определить, сколько удобрений может потребоваться в середине сезона, способствуя более эффективному использованию ресурсов и устойчивым методам ведения сельского хозяйства», — пояснил Брим.
Конопля, растение, вновь разрешенное для исследовательского выращивания в сельском хозяйстве Флориды в 2019 году, предоставляет фермерам альтернативную возможность из-за потенциального спроса на продукты из конопли в различных отраслях.
Одна из самых больших проблем — определить, сколько азота, необходимого питательного вещества, требуется для оптимального роста и урожайности культуры. Слишком мало — растение страдает от хлороза (пожелтения листвы), замедления роста и снижения урожая. Слишком много — растение может нарастить слишком много листовой массы с небольшой пользой для ценного производства соцветий, а избыток азота может попасть в окружающую среду.
Брим и его команда изучили эту проблему с помощью аэрофотосъемки. В течение трех лет они выращивали популярный сорт цветочной конопли «Wife» и применяли шесть норм азотных удобрений — от нулевой до очень высокой.
Используя дроны, оснащенные мультиспектральными камерами, они облетали поля за месяц до сбора урожая, чтобы запечатлеть посевы сверху. Эти изображения измеряли, насколько растения были зелеными и здоровыми, что указывало на их рост при разных нормах азота.
Исследование показало, что использование умеренного количества азота — 112–168 килограммов на гектар (около 100–150 фунтов на акр) — привело к самым здоровым растениям и наибольшему урожаю соцветий. Снимки с дронов четко выявили различия в размере и цвете растений, которые соответствовали фактическому количеству собранной растительной массы. Изображения предоставили точную информацию о состоянии растений в реальном времени.
На завершающем этапе исследования ученые использовали искусственный интеллект (ИИ) для обработки изображений, снятых дронами, по отражательной способности (reflectance) полога. Отражательная способность — это мера доли света или другого излучения, отражаемого поверхностью полога конопли. Этот показатель критически важен в дистанционном зондировании и сельскохозяйственных исследованиях, позволяя анализировать, сколько света отражается растениями, что помогает точно идентифицировать и картировать площадь полога.
«Мне не терпелось увидеть, насколько эффективен автоматизированный ИИ в идентификации полога конопли», — сказала Тамара Серрано, ведущий автор и бывшая аспирантка по агроэкологии в команде Брима. — «К моему удивлению, процесс оказался не таким гладким, как ожидалось, и потребовал ручных корректировок для устранения ошибок в идентификации полога».
Это исследование особенно важно для Флориды, где быстрорастущие культуры и мелкие почвы означают, что такие питательные вещества, как азот, могут легко теряться из-за стока. Использование дронов для мониторинга в течение сезона может помочь производителям точно настроить использование удобрений, сократить отходы и повысить прибыль, одновременно заботясь об окружающей среде.
«Несмотря на проблемы с технологией ИИ, засоренностью сорняками и погодой, данные неизменно демонстрировали сильную положительную корреляцию между размером полога и надземной биомассой в разные годы», — сказала Серрано. — «Это показывает, что аэрофотосъемка с дронов может эффективно контролировать рост и здоровье цветочной конопли в полевых условиях и информировать производителей при принятии решений по управлению питательными веществами».