Умные спороулавливатели сохранят урожай
Ученые из Краснодара создают цифровые устройства, позволяющие обнаружить болезни пшеницы за 20 дней до появления визуальных признаков заражения.
Борьба с болезнями и вредителями растений – одна из самых старых, важных и сложных задач аграриев всего мира. По оценкам продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН, в мире ежегодно погибает от вредителей и болезней примерно треть урожая.
Если этих потерь не будет, при нынешнем количестве жителей Земли можно решить проблему голода в мире. Поэтому поиском эффективных технологий распознавания недугов растений занимаются фитопатологи во всем мире.
Чтобы защитить культурные растения от болезней, аграриям необходима точная система мониторинга, позволяющая обнаружить проблему на ранней стадии. В противном случае они видят заболевание тогда, когда появились его внешние признаки. Это значит, что заражение охватило уже значительную часть посевов, и потери будут большие. Кроме того, раннее выявление заболеваний и вредителей позволяет минимизировать расход агрохимикатов, что экономит бюджет. Одновременно поля избавляются от большой пестицидной нагрузки.
Ловят споры
Ученые из Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный научный центр биологической защиты растений» (ФГБНУ ФНЦБЗР) в Краснодаре создали эффективные устройства мониторинга состояния здоровья растений. Они улавливают из воздуха споры грибковых патогенов сельхозкультур. Это дает возможность обнаруживать грибные болезни пшеницы за 20 дней до появления визуальных признаков поражения.
Для диагностики патогенов в спороулавливателях используются различные методы, но постепенно эту работу отдают цифровым системам. «Все активнее применяются оптические методы диагностики: визуализация RGB-изображений, мульти- и гиперспектральные датчики, термография. Появляются программы и мобильные приложения на основе нейросетей для идентификации болезней. Но вышеперечисленные технологии, опять же, нацелены на определение заболевания по внешним проявлениям. При уровне развития болезни ниже 1% вероятность обнаружения симптомов заболевания очень низка, поэтому есть риск выявления патогена в момент, когда он уже прочно закреплен среди растений-хозяев. Поэтому главная задача – разработать методику, позволяющую выявлять болезнь еще до появления симптомов на самых ранних стадиях развития патогенов. Спороулавливающие устройства как раз позволяют решить эту задачу», – отмечает Оксана Кремнева, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник и заведующая лабораторией фитосанитарного мониторинга агроэкосистем ФГБНУ ФНЦБЗР.
Автоматизация анализа спор
После выявления на полях спор необходима их быстрая и точная идентификация, а затем правильная интерпретация полученных данных. Для этого анализировать споры обучают искусственный интеллект. В партнерстве с компаниями «Нейроника» и «Фитосенс» ФГБНУ ФНЦБЗР ведет научно-исследовательские работы с нейросетью. Это даст возможность проводить мониторинг дистанционно и автоматически.
Важность такой работы сложно переоценить. Кубанские ученые работают над мониторингом листовых болезней озимой пшеницы. Только в житнице России, Краснодарском крае, озимая пшеница занимает порядка 40% от всех посевных площадей. Ее нужно защищать от комплекса болезней. Причем эти болезни распространены во всех регионах, из-за них потери урожая могут достигать 50%.
Цифровые спороловушки позволяют снизить экономические затраты растениеводов и химическую нагрузку на агроэкосистему полей. Имея точные данные о здоровье растений, обработку можно проводить не по календарному плану, а при раннем выявлении спор фитопатогенов. Если патогенов немного, лучше применять биологические препараты, которые позволят обеспечить экологически чистую и безопасную продукцию. Таким образом, сократится количество обработок фунгицидами, и аграрии получат существенную экономию средств.
Экспорт спороулавливателей
Новые устройства дают возможность выявлять споры болезней самых разных культур. Уже идет работа над автоматической идентификацией спор фитопатогенов в агроэкосистемах ячменя. В будущем начнется разработка технологий выявления болезней виноградников и плодовых культур.
Спороулавливатели уже используются в хозяйствах Краснодарского и Ставропольского краев, Карачаево-Черкесской республики, Адыгее и Крыму. После полной автоматизации работы спороловушек их можно будет объединить в единую территориальную сеть системы фитосанитарного мониторинга, которая позволит прогнозировать ситуацию в масштабах России.
Такие системы, включающие спороловушки, базы изображений спор, нейросетевые модели и программы прогнозирования заболеваний, имеют хороший экспортный потенциал в странах, где выращивают зерновые, виноград и плодовые культуры. Аграрии в них заинтересованы. Например, технология уже используется в Республике Беларусь.
