Информационные технологии в прецизионном земледелии
Рассмотрены результаты и перспективы использования портативного прибора “Флоратест” для создания прецизионной технологии в системе прецизионного земледелия. Розглянуті результати використання портативного приладу ”Флоратест” і перспективи використання приладу для створення прецизійної технології в с...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2010
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46393 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Информационные технологии в прецизионном земледелии / Е.В. Сарахан // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2010. — № 9. — С. 82-91. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859898660405379072 |
|---|---|
| author | Сарахан, Е.В. |
| author_facet | Сарахан, Е.В. |
| citation_txt | Информационные технологии в прецизионном земледелии / Е.В. Сарахан // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2010. — № 9. — С. 82-91. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
| description | Рассмотрены результаты и перспективы использования портативного прибора “Флоратест” для создания прецизионной технологии в системе прецизионного земледелия.
Розглянуті результати використання портативного приладу ”Флоратест” і перспективи використання приладу для створення прецизійної технології в системі прецизійного землеробства.
Results of portable device "Floratest" utilization and perspectives of device usage for precision technology development in precision agriculture' systems are considered.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:55:45Z |
| format | Article |
| fulltext |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 82
Ye.V. Sarakhan
INFORMATION
TECHNOLOGIES IN PRECISION
AGRICULTURE
Results of portable device "Flora-
test" utilization and perspectives of
device usage for precision technolo-
gy development in precision agricul-
ture' systems are considered.
Key words: agriculture, «Floratest»,
precision technology chlorophyll
fluorescence induction, fluorometer.
Розглянуті результати викорис-
тання портативного приладу
”Флоратест” і перспективи ви-
користання приладу для створен-
ня прецизійної технології в сис-
темі прецизійного землеробства.
Ключові слова: сільське господар-
ство, «Флоратест», прецизійна
технологія, флуориметр, індукція
флуоресценції хлорофілу.
Рассмотрены результаты и пер-
спективы использования порта-
тивного прибора “Флоратест”
для создания прецизионной тех-
нологии в системе прецизионного
земледелия.
Ключевые слова: сельское хозяй-
ство, «Флоратест», прецизион-
ная технология, флуориметр,
индукция флуоресценции хлоро-
филла.
Е.В. Сарахан, 2010
УДК 631.548+681.7.08
Е.В. САРАХАН
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
В ПРЕЦИЗИОННОМ ЗЕМЛЕДЕЛИИ
Вступление. Одним из базовых элементов
ресурсосберегающих технологий в сельском
хозяйстве является "точное земледелие" (или
как его иногда называют "прецизионное зем-
леделие" – precision agriculture). Точное зем-
леделие – это управление продуктивностью
посевов c учётом внутрипольной вариабель-
ности среды обитания растений. Целью тако-
го управления является получение макси-
мальной урожайности при условии оптими-
зации процесса сельскохозяйственного про-
изводства, экономии хозяйственных и при-
родных ресурсов. При этом открываются ре-
альные возможности производства высоко-
качественной продукции и сохранения окру-
жающей среды [1].
Разработка средств экспресс-диагностики
растительных объектов, программного обес-
печения для преобразования полученной ин-
формации, методического обеспечения диаг-
ностики для растений являются компонента-
ми технологии точного земледелия.
Портативный флуориметр «Флоратест»,
разработанный в Институте кибернетики
имени В.М. Глушкова НАН Украины [2, 3],
в on-line режиме регистрирует флуоресцен-
цию листового аппарата растения для оценки
продуктивности сельскохозяйственных куль-
тур. Информация в виде кривой индукции
флуоресценции хлорофилла (ИФХ) выво-
диться на дисплей прибора. Кривая ИФХ
отображает физиологическое состояние всей
цепочки фотосинтеза и кинетику его различ-
ных звеньев [4, 5]. Все изменения в любом
звене фотосинтеза приводят к изменению
формы кривой ИФХ. По форме этой кривой
и отдельных ее участков можно прогнози-
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРЕЦИЗИОННОМ ЗЕМЛЕДЕЛИИ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 83
ровать степень влияния на растение, как основных факторов окружающей сре-
ды, так и эндогенных факторов. Особенности и результаты исследования метода
ИФХ рассмотрены в [6].
Принцип работы флуориметра «Флоратест». Между пластинами вынос-
ного оптического сенсора помещают лист растения. Его часть между пластина-
ми изолирована от света и проходит темновую адаптацию в течение 3–5 минут.
Выносной сенсор освещает синим светом часть поверхности листовой пластины
диаметром до 5 мм. Под действием этого света в хлорофилле освещенного пятна
возбуждается флуоресценция в красной области спектра. Флуоресцентный сиг-
нал через красный светофильтр поступает на фотоприемник сенсора, который
преобразует его в электрический сигнал и усиливает. Электрический сигнал фо-
топриемника, пропорциональный флуоресценции хлорофилла, поступает для
обработки в процессорный модуль флуориметра (рис. 1).
РИС. 1. Функциональная схема прибора «Флоратест»
Измерения проводятся в естественной среде обитания растительного орга-
низма. Условия эксплуатации флуориметра: температура окружающей среды –
от 0 до + 55 ºС; атмосферное давление – от 84 до 107 кПа (630–800 мм Hg);
относительная влажность – до 98 % при температуре +25 ºС.
Для оценки состояния фотосинтетического аппарата растений используют
ряд числовых характеристических показателей, которые подробно рассмотрены
в [5, 6].
Флуориметр «Флоратест» позволяет оценить влияние следующих факторов
на жизнедеятельность хлорофилл-содержащих видов: климатических условий;
вносимых в почву веществ; загрязняющих окружающую среду веществ; вирус-
ных инфекций; химических средств защиты растений; оросительных норм.
Оптический
сенсор
АЦП
Блок
цифровой об-
работки
Дисплей
Источник
питания
Кнопки
управления
RS-232
Е.В. САРАХАН
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 84
Кроме того, прибор позволяет осуществить подбор оптимальных технологи-
ческих приемов при промышленном возделывании культурных растений, обес-
печить контроль и управление продуктивностью растений в режиме реального
времени. Опытная эксплуатация прибора подтвердила его эффективность, ре-
зультаты которой приведены далее.
Оценка влияния окружающей среды на состояние зеленых насаждений
мегаполиса. Некоторые результаты опытной эксплуатации «Флоратест» ис-
пользуют для оценки жизнедеятельности растений в условиях выбросов вред-
ных веществ. На рис. 2 показана концентрация содержания хлора в зеленых час-
тях деревьев клена остролистного полученная путем биохимических исследова-
ний. Кривая ИФХ для этих же деревьев показана на рис. 3 [7]. Наблюдается кор-
реляция между концентрацией хлора, полученной в результате долговременного
биохимического анализа, и изменением формы кривой ИФХ, измеренной в ре-
альном масштабе времени.
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
2,500
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Номер дерева
Х
л
ор
, %
РИС. 2. Содержание хлора в листьях деревьев клена остролистного, полученное
с помощью стандартных биохимических методик
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРЕЦИЗИОННОМ ЗЕМЛЕДЕЛИИ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 85
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Номер дерева
И
нт
ен
си
вн
ос
ть
И
Ф
Х
, о
тн
ос
. е
д.
РИС. 3. Кривая ИФХ листьев деревьев клена остролистного in situ для исследуемой
группы растений
По изменению формы кривой ИФХ можно обеспечить биоиндикацию и мо-
ниторинг влияния опасных веществ на окружающую среду и природные ресур-
сы регионов и на основании этого разработать комплексные мероприятия для
принятия оперативных мер по защите окружающей среды в промышленных ре-
гионах и мегаполисах.
Опытная эксплуатация портативного флуориметра «Флоратест» для опре-
деления физиологического состояния растений, а также влияния экстремаль-
ных температур на виноградные растения выполнена в Национальном научном
центре "Институт виноградарства и виноделия имени В.Е. Таирова" НААН
Украины.
Объектами исследований были:
- листья привитых саженцев винограда столовых сортов: Одесский сувенир,
Королева виноградников, Аркадия, Кеша, которые выращивали в условиях от-
крытой школки лабораторно-тепличного комплекса института;
- листья микроклонов подвойных сортов винограда Рипария х Рупестрис
101–14 (Р х Р 101–14) и Берландиери х Рипария Кобер 5 ББ (БхР Кобер 5 ББ),
полученные в культуре тканей in vitro. Последующее их выращивание прово-
дили в условиях вегетационного бокса в посуде емкостью 0,7 литров на почвен-
ных субстратах: почва + песок (в соотношении 1:1) и почва + песок (в соотно-
шении 1:1) + гидроабсорбент «Теравет» (рис. 4 – 7).
Е.В. САРАХАН
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 86
РИС. 4. ИФХ листьев микроклонов РхР 101–14 на субстрате “почва–песок”
РИС. 5. ИФХ листьев микроклонов РхР Кобер 5 ББ на субстрате “почва–песок”
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРЕЦИЗИОННОМ ЗЕМЛЕДЕЛИИ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 87
РИС. 6. ИФХ листьев микроклонов РхР 101–14 на субстрате “почва–песок–гидроабсорбент”
РИС. 7. ИФХ листьев микроклонов РхР Кобер 5 ББ на субстрате
“почва–песок–гидроабсорбент”
Рассмотрены изменения индукции флуоресценции хлорофилла листьев мик-
роклонов винограда в зависимости от температуры прогревания окружающего
воздуха и применения разных приемов выращивания растений (добавки к поч-
венной смеси абсорбента воды – «Теравет») (рис. 6, 7). Так, у подвойных сортов
Е.В. САРАХАН
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 88
повышение температуры до +30 ºС и +35 ºС вызывало увеличение амплитуды
кривой ИФХ в сравнении с контролем. Последующее повышение температуры
до +45 ºС не всегда приводило к вспышке ИФХ, что связано с негативным влия-
нием высокой температуры на електрон-транспортную цепь и систему разложе-
ния воды. Отметим, что особенности изменения формы кривых ИФХ были ис-
пользованы нами для отбора засухоустойчивых сортов винограда [8, 9].
Эффективное использование систем капельного орошения невозможно без
научно обоснованной регуляции водного, воздушного и питательного режимов
почвы. Для разработки оптимальных режимов орошения и оперативного плани-
рования поливов необходимо использовать систематические данные об интен-
сивности суммарного водопотребления виноградника. Исходной информацией
для расчета интенсивности водопотребления являются режимы орошения, уста-
новленные экспериментально, величины поливных норм и сроки их проведения,
осадки, и динамика влагозапаса почвы в течение всего вегетационного периода.
Совместно с Институтом гидротехники и мелиорации НААН Украины на-
ми проведены исследования на промышленных столовых виноградниках по вы-
явлению зависимостей между развитием виноградного растения и изменением
относительной влажности почвы. Установлены особенности формирования ра-
ционального режима полива, который способствует оптимальному росту и раз-
витию растений винограда. Показано, что для оптимизации режимов полива
может быть использован портативный флуориметр «Флоратест», так как дина-
мика потенциалов почвенной влаги хорошо согласуется с изменением физиоло-
гического состояния растений винограда. Путем анализа изменения формы кри-
вой ИФХ нами подобраны индивидуальные для определенных сортов растений
поливные нормы [10].
На базе Донецкой опытной станции Национального научного центра «Ин-
ститут почвоведения и агрохимии имени А.Н. Соколовского» НААН Украины,
выполнен ряд исследований с помощью флуориметра «Флоратест», показано,
что некорневая обработка растений микроудобрениями «РЕАКОМ» вызывает
стресс системы фотосинтеза (рис. 8). Восстановление происходит в течение не-
дели. Максимально защищенным от стрессового воздействия оказался пигмен-
тированный лист, минимально – нижний зеленый. Показано, что оптимальным
является сочетание некорневой обработки микроудобрением «РЕАКОМ» и кор-
невой подкормки комплексным удобрением.
Кроме того, установлено, что некорневую подкормку розы препаратом
«РЕАКОМ» целесообразно проводить в весенний период, когда пигмен-
тация антоцианом выражена ярче. Так как такая обработка является стрессо-
вой, желательно исключить ее воздействие на молодой лист или ослабленное
растение [11].
Концепция технологии прецизионного земледелия. На базе оптических
биосенсорных приборов с навигационной системой и радиоинтерфейсом [12]
нами предложена концепция управления технологией выращивания сельскохо-
зяйственных культур по результатам экспрессных наблюдений за их состоянием
(с учетом эталонных моделей развития данных культур).
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРЕЦИЗИОННОМ ЗЕМЛЕДЕЛИИ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 89
РИС. 8. Динамика изменений показателей состояния системы фотосинтеза розы садовой
Эти системы управления обеспечивают мониторинг разнообразных экологи-
ческих факторов и условий, влажность почвы, режимов питания, а также позво-
ляют в автоматизированном режиме осуществлять фитосанитарный контроль
промышленных насаждений. Кроме того, такие технологии при использовании
соответствующих методик позволяют осуществлять контроль загрязнения почв
тяжелыми металлами, гербицидами, пестицидами и т. п.
Промышленное использование в Украине информационных технологий для
управления процессом повышения эффективности сельского хозяйства обеспе-
чит перевод традиционных технологий в цифровой формат с разработкой соот-
ветствующих баз данных растительного материала, баз знаний сельскохозяйст-
венных мероприятий, цифровых карт сельскохозяйственных полей, кадастров
сортов промышленных насаждений и т. п.
Одновременно с управлением в режиме on-line процессом производительно-
сти продуктов растениеводства информационные технологии дают возможность
экспрессно и неинвазийно оценивать эффективность того или иного технологи-
ческого приема при выращивании растений, а именно, внесения удобрения и его
оптимальной дозировки, проведения мероприятий по защите растений, а также
корректировать оросительные нормы полива.
Е.В. САРАХАН
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 90
Наличие в приборе «Флоратест» (рис. 9) канала GSM-связи дает возмож-
ность обеспечивать наземное подтверждение результата дистанционного мони-
торинга состояния сельскохозяйственных культур Причерноморского региона
Украины, что является приоритетным направлением развития системы GEOSS.
РИС. 9. Связь портативного прибора «Флоратест» со средствами дистанционного
мониторинга
Прибор с радиоканалом позволяет в режиме реального времени передавать
оператору данные о состоянии растения in situ (рис. 10) для принятия управлен-
ческого решения, формировать цифровые базы данных технологических меро-
приятий и т. д.
РИС.10. Информационные технологии
Широкое применение флуориметра «Флоратест», разработанного в Инсти-
туте кибернетики имени В.М. Глушкова в сельском хозяйстве даст возможность
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРЕЦИЗИОННОМ ЗЕМЛЕДЕЛИИ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010, № 9 91
оперативной оценки состояния растений, прогноза будущих урожаев, управле-
ния искусственным поливом, мониторинга накопления вредных веществ в ли-
стьях растений.
Выводы
1. Рассмотрены примеры практического применения флуориметра «Флора-
тест» в сельском хозяйстве и при экспрессной оценке влияния окружающей сре-
ды на зеленые насаждения мегаполиса.
2. Проанализированы возможности использования экспрессной оценки со-
стояния сельскохозяйственных культур по форме кривой ИФХ для наземного
подтверждения результатов дистанционного мониторинга.
3. Предложена концепция управления технологиями выращивания сельско-
хозяйственных культур по результатам экспрессных наблюдений за их состоя-
нием.
1. http://www.agrophys.com/Agrophys_files/Preagro/preagro.html
2. Romanov V., Sherer V., Galeluka I., Kachanovska M., Sarakhan Y., Skrypnyk O. Smart Porta-
ble Fluorometer for Express-Diagnostics of Photosynthesis: Principles of Operation and Re-
sults of Experimental Researches // Proceedings of the Fifth International Conference “Infor-
mation Research and Applications” i. TECH 2007, Varna, Bulgaria. 2. – P. 399 – 403.
3. Романов В.А., Галелюка И.Б., Сарахан Е.В. Портативный флуориметр и особенности его
применения // Сенсорная электроника и микросистемные технологии. – 2010. –1 (7),
№ 3. – С. 146–152.
4. Kautsky H., Hirsch A. Chlorophyllfluoreszenz und Kohlensäureassimilation. Das Fluoreszenz-
verhalten grüner Pflanzen. Biochem. Zeitschrift 274: 1934. – Р. 423–434.
5. Корнеев Д.Ю. Информационные возможности метода индукции флуоресценции хлоро-
филла. – Киев: Альтапрес, 2002. – 188 с.
6. Ковирьова О.В. Моделі фотосинтезу та комп’ютерніа оцінка стану рослин //
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. – 2010. – № 9. – С. 72 – 81.
7. Romanov V.O., Galelyuka I.B., Fedak V.S., Grusha V.M., Galelyuka O., Velychko V.Yu.,
Markov K., Ivanova K., Mitov I. Portable device “Floratest” as tool for estimating of
megalopolis ecology state. International Book Series “Information Science and Computing”. –
Sofia, Bolgaria. – 2009. – N 11. – Р. 9–15.
8. Зеленянська Н.М., Сарахан Є.В., Буркан Н.В., Тулінова Н.В. Флуоресценція хлорофілу
та водний режим листків саджанців винограду // Вісник аграрної науки. – 2008. – № 4. –
С. 25 – 27.
9. Шерер В.О., Романов В.О., Сарахан Є.В., Тетьоркіна О.Є. Використання інформаційних
технологій для розвитку виноградарства // Тезисы докладов и сообщений Международ-
ной научно-практической конференции, посвященной 180-летию НИВиВ «Магарач». –
2008, 28–30 октября. – С. 46–47.
10. Романов В.О., Галелюка І.В., Груша В.М., Чернега П.П. Розподілена система збору і об-
робки інформації на базі інтелектуальних портативних приладів // Комп’ютерні засоби,
мережі та системи. – 2009. – № 8. – С. 64 – 72.
Получено 20.09.2010
http://www.agrophys.com/Agrophys_files/Preagro/preagro.html�
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-46393 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1817-9908 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:55:45Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Сарахан, Е.В. 2013-06-29T18:49:45Z 2013-06-29T18:49:45Z 2010 Информационные технологии в прецизионном земледелии / Е.В. Сарахан // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2010. — № 9. — С. 82-91. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1817-9908 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46393 631.548+681.7.08 Рассмотрены результаты и перспективы использования портативного прибора “Флоратест” для создания прецизионной технологии в системе прецизионного земледелия. Розглянуті результати використання портативного приладу ”Флоратест” і перспективи використання приладу для створення прецизійної технології в системі прецизійного землеробства. Results of portable device "Floratest" utilization and perspectives of device usage for precision technology development in precision agriculture' systems are considered. ru Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України Комп’ютерні засоби, мережі та системи Информационные технологии в прецизионном земледелии Information technologies in precision agriculture Article published earlier |
| spellingShingle | Информационные технологии в прецизионном земледелии Сарахан, Е.В. |
| title | Информационные технологии в прецизионном земледелии |
| title_alt | Information technologies in precision agriculture |
| title_full | Информационные технологии в прецизионном земледелии |
| title_fullStr | Информационные технологии в прецизионном земледелии |
| title_full_unstemmed | Информационные технологии в прецизионном земледелии |
| title_short | Информационные технологии в прецизионном земледелии |
| title_sort | информационные технологии в прецизионном земледелии |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46393 |
| work_keys_str_mv | AT sarahanev informacionnyetehnologiivprecizionnomzemledelii AT sarahanev informationtechnologiesinprecisionagriculture |