Lebih dari seratus tahun yang lalu, pada musim panas tahun 1922, sebuah pesawat terbang dengan peralatan untuk melakukan pekerjaan kimia udara dengan menggunakan metode penyemprotan terhadap hama dan penyakit lepas landas dari lapangan terbang ibu kota Khodynka. Uji terbang yang sukses menandai awal dari pengembangan penerbangan pertanian.
Saat ini, penggunaan berbagai sarana penerbangan untuk perlindungan tanaman mempunyai kepentingan ekonomi yang besar, karena memberikan peluang untuk:
— pemantauan jarak jauh terhadap tanaman pertanian dalam skala besar;
— langkah-langkah perlindungan dalam periode pertanian yang singkat dan di tempat-tempat yang sulit dijangkau terhadap hama-hama yang sangat berbahaya (belalang, ngengat padang rumput, tikus seperti tikus, kumbang kentang Colorado, penyu berbahaya) dan penyakit (karat daun, penyakit busuk daun, alternaria);
— perawatan ketika tanah sangat lembab, ketika peralatan tanah tidak dapat memasuki lahan, terutama ketika memerangi gulma;
— pengolahan tanaman tinggi (jagung, bunga matahari) dan tanaman berbiji;
— pengolahan sawah;
- pengeringan;
— mengolah tanaman pada lereng dengan kemiringan lebih dari 7 derajat, dimana peralatan penyemprotan tanah tidak dapat beroperasi.
Di Uni Soviet, basis armada penerbangan pertanian adalah AN-2. Saat ini, perkembangan penerbangan pertanian bergerak menuju perluasan yang signifikan dalam penggunaan pesawat ultra ringan (ULA) dan kendaraan udara tak berawak (UAV), yang jauh lebih murah dibandingkan pesawat tugas berat. Sesuai dengan Peraturan Penerbangan Federal dan Kode Udara Federasi Rusia, pesawat ultraringan adalah pesawat (pesawat) yang memiliki:
— berat lepas landas maksimum tidak lebih dari 495 kg (tidak termasuk peralatan penyelamatan penerbangan);
— kecepatan stall maksimum yang dikalibrasi (kecepatan penerbangan minimum) tidak lebih dari 65 km/jam.
Pesawat tanpa awak (UAV) meliputi kendaraan yang penerbangannya dikendalikan oleh pilot yang berada di luar pesawat (remote pilot).
Ciri-ciri mode penggunaan UAV yang benar ditentukan oleh berat lepas landas maksimumnya:
- hingga 250 g - tidak tunduk pada pendaftaran atau akuntansi negara;
- dari 250 g hingga 30 kg - tunduk pada pendaftaran negara wajib;
- dari 30 kg dan lebih - tunduk pada pendaftaran negara.
Keuntungan penting menggunakan UAV dan SLA adalah:
— tidak ada kerugian akibat kerusakan tanaman akibat roda atau kebutuhan untuk menggunakan jalur trem (dibandingkan dengan peralatan di darat);
— efisiensi tinggi dengan biaya pengoperasian yang lebih rendah (dibandingkan dengan pesawat tugas berat, karena pesawat ini tidak memerlukan lapangan terbang yang dilengkapi peralatan).
Penggunaan pesawat tak berawak membantu memecahkan masalah berikut:
— memperoleh informasi rinci tentang pembuatan dasar kartografi lahan pertanian dan penempatan objek pertanian dengan koordinat yang tepat untuk perencanaan dan pemantauan proses teknologi produksi pertanian;
— melakukan pemantauan jarak jauh berdasarkan fotografi multispektral pada permukaan dasar lahan pertanian untuk mengetahui kondisi dan perkembangan tanaman, memprediksi hasil berdasarkan penghitungan indeks vegetasi berdasarkan hasil fotografi spektral, dll.;
— pengendalian operasional secara real time atas pengoperasian peralatan darat dan kualitas pekerjaan pertanian;
— pemantauan fitosanitasi lahan pertanian dengan geocode untuk menentukan tingkat gulma tanaman, keberadaan hama dan manifestasi penyakit pada tahap awal perkembangan, termasuk dalam bentuk laten;
Penggunaan UAV untuk fotografi udara lahan pertanian memberikan, dibandingkan dengan citra satelit, memperoleh gambar dengan resolusi lebih tinggi (hingga satu sentimeter per titik) dan, yang paling penting, memungkinkan dilakukannya pekerjaan ini di tengah kondisi padat. awan (perekaman menggunakan pesawat ruang angkasa selama periode tersebut tidak mungkin dilakukan).
Mari kita membahas lebih detail tentang pemantauan fitosanitasi tanaman. Baru-baru ini, volume penggunaan produk perlindungan tanaman di Rusia terus meningkat: menurut statistik, setiap lima tahun sejak 2010, jumlahnya meningkat dua kali lipat dan pada tahun 2020 mencapai 221 ribu ton. Dengan meningkatnya volume penggunaan produk perlindungan tanaman, peternakan perlu memastikan pengumpulan dan pemrosesan informasi yang cepat mengenai kondisi fitosanitasi lahan pertanian. Tanpa informasi ini, tidak mungkin menyelesaikan masalah dukungan teknologi untuk penggunaan produk perlindungan tanaman yang rasional dan aman dalam jangka waktu pertanian yang singkat. Metode survei rute lapangan berbasis darat yang ada tidak memungkinkan diperolehnya informasi yang diperlukan dengan cepat dan dalam jumlah yang diperlukan. Dalam hal ini, pekerjaan sedang dilakukan secara aktif di luar negeri dan di negara kita untuk mengembangkan metode pengumpulan informasi jarak jauh yang berkinerja tinggi untuk merencanakan dan melaksanakan tindakan perlindungan tanaman. Untuk pemantauan operasional fitosanitasi jarak jauh, yang paling banyak digunakan adalah kendaraan udara tak berawak yang menyediakan video geocode, gambar multispektral dan hiperspektral dari permukaan bumi.
Perlu dicatat bahwa isu-isu mengenai penggunaan metode jarak jauh untuk mengumpulkan informasi di bidang pengendalian gulma (menentukan lokasi gulma di lahan lapang, menilai kehilangan tanaman, memetakan zona berbahaya) telah terselesaikan sebagian. Di bidang ini, dalam kerangka perjanjian kerjasama ilmiah dan teknis, penelitian dilakukan dengan partisipasi spesialis dari VIZR, Universitas Instrumentasi Dirgantara (St. Petersburg), Akademi Agraria Samara dan Ptero LLC (Moskow). Hasil positif telah diperoleh dengan menggunakan UAV untuk metode pengumpulan informasi jarak jauh berdasarkan spektrometri untuk menilai kelemahan tanaman biji-bijian dan penanaman kentang untuk lebih dari 20 jenis gulma, termasuk yang berbahaya seperti hogweed Sosnovsky. Data diperoleh berdasarkan penentuan dan analisis karakteristik spektral pantulan tanaman budidaya dan gulma pada rentang panjang gelombang 300-1100 nm.
Jadi, dalam penelitian yang dilakukan untuk mengidentifikasi ciri-ciri penentu berdasarkan kecerahan spektral pantulan dari tanaman dan gulma, subrentang spektral paling informatif dari panjang gelombang radiasi elektromagnetik ditetapkan untuk penggunaan fotografi multispektral dari permukaan dasar lahan pertanian. menggunakan sistem penginderaan jauh yang modern. Analisis gambar spektral gulma dan tanaman budidaya menunjukkan bahwa kami mengamati perbedaan karakteristik dalam kurva kecerahan spektral yang diperoleh dalam subrentang radiasi elektromagnetik biru, hijau, merah dan inframerah dekat dalam subrentang panjang gelombang inframerah dekat.
Tugas yang lebih sulit untuk meluasnya penggunaan metode penginderaan jauh pada lahan pertanian adalah penentuan tanda-tanda informatif penyakit tanaman, dan yang terpenting, dalam bentuk laten. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa banyak tanda-tanda penyakit yang informatif memiliki kecerahan spektral yang serupa dengan tanda-tanda patologi tidak menular pada tanaman yang diteliti.
Hasil positif diperoleh dalam menentukan penyakit kentang dan kerusakan tanaman kentang oleh kumbang kentang Colorado menggunakan spektroradiometri. Dengan menggunakan metode ini, ditemukan bahwa ketika tanaman kentang terkena penyakit busuk daun (Gbr. 1), pada hari ketiga setelah infeksi, kami mengamati penurunan tajam dalam kecerahan spektral pantulan dibandingkan dengan tanaman sehat, dan pada hari ketujuh. Sehari setelah terinfeksi, nilai kecerahan spektral menunjukkan tanaman hampir mati. Dalam hal ini, nilai kecerahan spektral pada tanaman yang terkena penyakit busuk daun mendekati nilai kecerahan spektral pantulan tanah.
Ketika kentang dirusak oleh kumbang kentang Colorado, kami juga mengamati penurunan kecerahan spektral pantulan sebanyak dua hingga tiga kali lipat dibandingkan tanaman yang tidak dirusak oleh hama. Gambar 2 menyajikan data kecerahan spektral pantulan tanaman kentang, dengan mempertimbangkan berbagai tingkat kerusakannya. Data yang diperoleh sangat penting untuk metode jarak jauh dalam mengidentifikasi fokus kerusakan tanaman kentang oleh kumbang kentang Colorado.
Saat ini, berdasarkan penelitian yang dilakukan untuk menentukan fitur informatif berdasarkan kecerahan spektral pantulan dari tanaman kentang yang sehat dan sakit, serta yang dirusak oleh kumbang kentang Colorado, subrentang spektral paling informatif dari panjang gelombang radiasi elektromagnetik telah ditetapkan untuk penggunaan fotografi multispektral dari permukaan dasar lahan pertanian menggunakan UAV dan SLA.
Dalam menentukan penyakit, perlu memperhatikan hasil penelitian Institut Agrofisika yang memungkinkan untuk menentukan karakteristik spektral refleksi tanaman yang mengalami kekurangan nitrogen dan kelembaban tanah.
Hasil yang diperoleh penting untuk mengidentifikasi fitur-fitur informatif yang memungkinkan untuk membedakan dengan jelas, ketika menguraikan keadaan fitosanitasi lahan pertanian, tanaman yang terkena penyakit dan tanaman dengan patologi yang disebabkan oleh kekurangan nutrisi mineral atau kelembaban tanah.
Pembentukan perpustakaan gambar spektral penyakit berbagai tanaman pertanian, serta gambar spektral tanaman yang mengalami kekurangan nutrisi mineral atau kelembaban tanah, akan memungkinkan, berdasarkan hasil perolehan informasi jarak jauh, untuk membuat keputusan yang tepat dan cepat. untuk menstabilkan situasi fitosanitasi di hadapan penyakit atau untuk melakukan serangkaian tindakan agroteknik untuk menghilangkan situasi stres pada tanaman yang disebabkan oleh faktor lain.
Area penting berikutnya dalam penggunaan BVS adalah penggunaannya untuk tindakan perlindungan tanaman. Untuk pertama kalinya, UAV berupa helikopter tak berawak yang dikendalikan dari jarak jauh mulai digunakan di Jepang pada awal tahun 90an untuk mengolah sawah dengan pestisida. Saat ini, di Tiongkok, yang merupakan pemimpin dalam produksi drone pertanian, area pengolahan menggunakan UAV sudah melebihi beberapa juta hektar. Pasar UAV berkembang secara dinamis di seluruh dunia, volume penggunaan pesawat ini meningkat setiap tahunnya sebesar 400-500%. Menurut para ahli, penggunaan teknologi UAV di bidang pertanian di dunia akan mencapai nilai pasar sebesar $5,7 miliar.
Di antara drone pertanian, perusahaan China DJI mendominasi pasar, dan model yang paling umum adalah DJI Agras T16.
Karena sebagian besar bagian UAV model ini terbuat dari bahan komposit, berat perangkat tidak melebihi 18,5 kg (tanpa baterai). Dengan peralatan pelindung tanaman, ketika tangki diisi dengan fluida kerja, berat lepas landas mesin mencapai 41 kg. Kapasitas reservoir fluida kerja adalah 16 liter bila boom dilengkapi dengan delapan nozel. Keunggulan model drone ini adalah dilengkapi dengan radar yang secara signifikan mengurangi risiko tabrakan dengan rintangan, dan juga memberikan kemampuan untuk beroperasi di malam hari menggunakan lampu sorot. Ketinggian penerbangan optimal drone di atas lapangan adalah 2,5-3 meter, dan bila perlu, perangkat dapat naik hingga 30 meter (ketinggian penerbangan horizontal maksimum). Ketinggian ini diperlukan untuk merawat tanaman tahunan, tanaman di kebun raya dan hutan dari hama dan penyakit.
Di Federasi Rusia, hasil positif telah diperoleh dalam penggunaan BVS untuk memerangi hewan pengerat mirip tikus (penelitian dilakukan dengan partisipasi VIZR dan perusahaan Ginus). Uji lapangan pemantauan jarak jauh dan penerapan rodentisida secara geocode ke dalam liang hewan pengerat mirip tikus menunjukkan bahwa keakuratan teknologi baru dibandingkan dengan aplikasi manual adalah 91% berbanding 97%.
Pengalaman praktis telah dikumpulkan dalam penggunaan UAV untuk pemantauan jarak jauh di area distribusi hogweed Sosnovsky, serta penggunaan teknologi penyemprotan herbisida terhadap spesies berbahaya ini.
Meskipun terdapat hasil dan prospek positif dari penggunaan UAV di bidang pertanian, terdapat kekurangan serta permasalahan yang belum terselesaikan di bidang peraturan perundang-undangan mengenai penggunaannya yang efektif dan aman untuk pemantauan jarak jauh dan perlindungan tanaman, yaitu:
- tingginya biaya UAV dengan risiko kehilangan perangkat selama bekerja;
- pembatasan hukum dalam penggunaan: di sebagian besar negara di dunia, UAV harus berada dalam jangkauan pandang operator saat melakukan pekerjaan (jarak tidak lebih dari 500 meter);
- kebutuhan untuk mendaftar, mendaftarkan perangkat (di sebagian besar negara, jika beratnya melebihi 25 kg) dan mendapatkan lisensi untuk menggunakan UAV untuk tujuan komersial;
- kebutuhan akan peralatan tambahan yang mahal dan personel yang berkualifikasi: untuk pengoperasian UAV yang lancar dan efisien, diperlukan setidaknya tiga baterai tambahan dan generator untuk mengisi dayanya; setidaknya tiga orang terlibat dalam servis satu mesin;
- Ketergantungan yang lebih besar pada kondisi meteorologi. Dalam cuaca berangin, sangat sulit untuk mengendalikan perangkat, terutama dengan angin kencang;
- kurangnya peraturan yang disahkan untuk penggunaan produk perlindungan tanaman menggunakan BVS sesuai dengan persyaratan Undang-Undang Federal No. 109 “Tentang penanganan pestisida dan bahan kimia pertanian yang aman”;
- kurangnya dokumen peraturan tentang pengoperasian UAV yang aman di bidang pertanian;
- belum adanya standar risiko asuransi bagi badan hukum dan perorangan pada saat menggunakan produk perlindungan tanaman menggunakan BVS;
- harga tinggi dan kurangnya produk perangkat lunak untuk memecahkan masalah pemantauan fitosanitasi jarak jauh terhadap gulma, hama dan penyakit, dengan mempertimbangkan ambang batas ekonomi dari bahaya, serta penguraian otomatis hasilnya.
Ada kebutuhan mendesak untuk mendirikan pusat regional untuk pelatihan operator dan pengujian industri peraturan teknologi penggunaan UAV untuk pemantauan dan perlindungan tanaman.
Sebagai bagian dari program digitalisasi pertanian, perlu dilakukan percepatan pengembangan database besar sampel referensi gulma pada fase pengembangan yang paling rentan untuk penggunaan herbisida dan sampel referensi dengan tanda-tanda informatif yang khas dari kerusakan hama pada tanaman utama. . Sama pentingnya untuk melengkapi pembentukan perpustakaan gambar spektral tanaman sehat dan sakit, dengan mempertimbangkan pengaruh tingkat nutrisi mineral dan parameter agroklimat.
Anatoly Lysov, Kepala Laboratorium Perlindungan Tanaman Terpadu, Lembaga Anggaran Negara Federal VIZR, email: lysov4949@yandex.ru