Точное земледелие: преимущества использования дронов в селекции растений

Будущее селекции начинается и в воздухе: чтобы ускорить селекцию новых сортов, KWS делает ставку на использование беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Снимки, сделанные с их помощью, обрабатываются на компьютере, что позволяет получить точное представление о росте растений. Итоговые данные помогают ускорить селекцию новых семян, что несомненно является большим преимуществом для сельского хозяйства.

В воздухе ощущается вибрация. Как будто приближается рой пчел. Эти звуки издает дрон Мариуса Буркхардта, летающий между опытными участками компаниями KWS в Айнбеке, Нижняя Саксония. На несколько секунд четыре винта ярко-оранжевого летательного аппарата пригибают растения потоком воздуха.

Затем дрон взмывает вверх и гораздо тише описывает точно заданную траекторию над полем, на котором видны еще слабые высотой всего в несколько сантиметров ростки кукурузы. Именно из-за них Мариус Буркхардт запустил свой квадракоптер над Айнбеком этим утром.

На нижней части летательного аппарата закреплены несколько датчиков, которые считывают информацию о посевах, чтобы определить их рост. Полной зарядки аккумулятора хватает на полчаса полета в зависимости от поставленных задач, высоты, траектории и использования датчиков. За это время дрон успевает записать данные с площади 3–8 га. Мультиспектральная и тепловизионная камеры в различных диапазонах волн измеряют количество света, отраженного и поглощенного растениями. Кроме того, проводится фотосъемка поля.

1 / 3

К пуску готов: в будущем дроны все чаще будут использоваться в селекции растений, так как помогают получить точную информацию о росте посевов.
2 / 3

Постоянная высота полета дрона – 25 м. С помощью программ можно получить точные GPS-координаты каждого растения.
3 / 3

Всевидящее око: камеры дрона снимают каждое растение и позволяют сделать выводы о его росте и возможных болезнях.

Дроны и анализ изображений: средства, помогающие усовершенствовать селекцию

Специалист KWS Мариус Буркхардт следит за тем, чтобы съемка постоянно велась с высоты 25 метров. Только в этом случае с помощью программ в дальнейшем можно будет определить точные GPS-координаты и составить 3D-модель каждого растения.

Объединив технические инновации и накопленный опыт в области селекции, мы можем в более короткий срок создавать новые сорта растений, устойчивые к болезням. В конечном итоге, из семян должны вырастать растения, дающие высокий урожай даже в самых сложных агрономических условиях.

«Сельхозпроизводители хотят работать с семенами, полностью отвечающими их индивидуальным требованиям», – говорит доктор Кристоф Бауэр, ответственный за развитие технологий цифрового фенотипирования в компании KWS, который координирует полеты дронов и проводит оценку полученных результатов. Новые цифровые инструменты, разработанные компанией KWS, помогают среди сотен тысяч растений найти те, что наилучшим образом подходят для дальнейшей селекционной работы. «Благодаря им наши специалисты могут отобрать лучшие экземпляры, – говорит Бауэр, – по этой причине дроны и анализ изображений становятся все более ценным ресурсом».

Точное земледелие: больше точности в сельском хозяйстве

Этот подход известен так же давно, как и селекция: так называемое «фенотипирование» помогает ответить на вопросы, подходят ли новые сорта для выращивания в конкретно взятых условиях, подвержены ли они поражению вредителями, и если да, то в какой именно части.

«На протяжении 160-летней деятельности компании KWS наши специалисты проводят оценку посевов на полях, – говорит Бауэр, – этот этап необходим для разработки новых сортов». Каждый год селекционеры высевают семена новых растений, чтобы затем анализировать развитие их посевов. Они регистрируют данные о размерах растений, их окраске, скорости роста, количестве и форме листьев, а также прочие признаки. Таким образом, после долгого, зачастую непростого пути, селекционеры разрабатывают новые сорта, оптимально подходящие сельхозпроизводителям.

Съемка с воздуха и анализ изображений с помощью специальных программ значительно ускоряют этот процесс. «Кроме того, они дают и другие преимущества для аграрного сектора», – поясняет Бауэр. Распространение грибковых заболеваний, подверженные засухе участки, недостаточное содержание хлорофилла – ничего не скроется от цифровых датчиков. А поскольку измерительные приборы и программное обеспечение могут работать без перерыва, результаты анализа скорости роста растений, количества и размера их листьев становятся доступны KWS раньше и носят гораздо более точный характер, чем без применения технических устройств.

«Глаза человека не так точны, – прямо говорит Бауэр, – когда поле осматривают несколько человек и оценивают развитие листвы, обычно получаются очень схожие, тем не менее несколько отличающиеся результаты».

Именно благодаря объективной оценке с помощью техники нам удается избежать расхождений, при этом скорость выполнения задачи также является преимуществом: «Ни один человек не способен оценить столь огромные площади с подобной объективностью».

Ни один человек не способен оценить столь огромные площади с подобной объективностью.

Dr. Christoph Bauer, Руководитель по развитию технологий цифрового фенотипирования в компании KWS

Единое изображение из сотни снимков, сделанных дронами

Использование дронов и специальных программ не отменяет участия селекционеров. Прежде всего, им предстоит калибровать средства измерений. «Отличить растение свеклы от кукурузы – несложная задача для человека, – говорит Бауэр, – но чтобы обучить этому машины, нужно провести значительную работу».

Например, утром и вечером солнце стоит низко над горизонтом, окрашивая посевы в более красный цвет. И напротив, в полдень, когда солнце в зените, спектр света более голубой. Если утром листва покрыта пылью, которую после обеда смывает ливень, внешний вид растений меняется в течение одного дня. Тоже самое наблюдается, например, утром и в середине дня, когда светотень зависит от расположения солнца. «Все это нюансы необходимо принимать во внимание и вносить соответствующие корректировки, – говорит Бауэр, – только в этом случае мы сможем точно оценивать состояние растений и выявлять повреждения листвы».

Люди незаменимы также в ходе оценки данных и при их дальнейшем использовании. После возвращения с поля Буркхардт загружает снимки, сделанные дроном, в специальную аналитическую программу, которая объединяет сотни фотографий в одно большое изображение. На виртуальном поле на экране тянутся тонкие зеленые, красные и синие линии. Затем команда специалистов приступает к обсуждению, делая выводы о преобладающей окраске листвы, занимаемой растениями площади, и учитывает полученные результаты в селекции. Здесь важно четко обозначить все успехи и необходимые доработки.

1 / 3

Несмотря на удобство использования техники, анализ изображений требует участия человека. На специалистах, подобных Кристофу Бауэру, лежит ответственность за правильность выводов, необходимых для селекции.
2 / 3

Распространение грибковых заболеваний, подверженные засухе участки, недостаточное содержание хлорофилла – ничего не скроется от цифровых датчиков при съемке сахарной свеклы.
3 / 3

Изображения, полученные дронами с воздуха, загружаются в специальную компьютерную программу и анализируются.

Междисциплинарные исследования в области фенотипирования, проводимые в KWS

В междисциплинарной рабочей группе компании KWS, которая занимается съемками с воздуха с помощью БПЛА, занято несколько специалистов по анализу изображений. Их возглавляет физик Кристоф Бауэр. Его сотрудники применяют разработанные технологии на опытных станциях по всему миру, что дало множество положительных результатов. «Мы объединили наши сильные стороны благодаря участию специалистов по селекции, биологии и инженерии, – говорит Бауэр, – именно поэтому нам удалось добиться успеха в анализе данных».

В компании KWS тесно работают представители многих областей.

Marius Burkhardt, специалист компании KWS по БПЛА

Для селекционеров работа в поле по-прежнему остается неотъемлемой частью профессии: в их обязанности входит проверка условий измерений на месте и подготовка важных для селекции заключений на основе личных наблюдений. «Мы никогда не сможем полностью заменить людей, – говорит Кристоф Бауэр, – тем не менее технологии, которые мы разработали, будут подспорьем нашим коллегам при принятии важных селекционных решений».

Высокий бюджет KWS на исследования в сфере точного земледелия

Все больше сельхозпроизводителей применяют дроны над полями. Точное земледелие помогает спасти оленят и кротов от уборочных машин, своевременно распознать признаки засухи, составить карту нор кротов и обозначить эти участки как непроходимые, спрогнозировать возможные потери урожая. Используемая в компании KWS комплексная система, состоящая из дронов, датчиков, программного обеспечения, процедур анализа изображений и серверного оборудования, постоянно оптимизируется. В 2016–2017 финансовом году бюджет, выделенный на исследования, составил около 190 миллионов евро, что составляет приблизительно 17% от выручки компании.

Узнать больше

KWS-SAT-TS-Monitoring-Smartphone-Closeup-Corn-Field.jpg

Точное земледелие: снимки из космоса позволяют вовремя приступить к уборке кукурузы

Точное земледелие с помощью спутников: с 2018 года KWS использует уникальную в мире систему спутниковых изображений для определения оптимального срока уборки силосной кукурузы.

Узнать больше Узнать больше

Исследование «тайных глубин» с помощью сканера: как наблюдать за ростом корней?

Как наблюдать за ростом корней свеклы на глубине 1,5 метров? Это достаточно просто. Все, что потребуется, – это широкий бур, длинные трубки из плексигласа и...

Узнать больше Узнать больше

kws_pipette_und_eppendorfhuetchen_in_orangem_staender_vorbereitung_dna_probe.jpg

Селекция растений и методы исследований

С момента основания KWS более 160 лет назад секрет успеха компании кроется в инновационных методах селекции, которые позволяют обеспечить сельхозпроизводителей лучшими семенами и получить более продуктивные сорта и гибриды. Для этого KWS использует широкий и постоянно обновляемый диапазон методов селекции.

Узнать больше Узнать больше

Назад к главной странице
«Мир сельского хозяйства»

Мир сельского хозяйства