Внедрение ИК-термографии откроет новые возможности для устойчивого земледелия

Исследователи Института X-BIO ТюмГУ предложили инновационный подход для оценки покрытия листьев растений пестицидными растворами с добавлением поверхностно-активных веществ (ПАВ). В статье, опубликованной в журнале Computers and Electronics in Agriculture, авторы продемонстрировали, что использование инфракрасной (ИК) термографии позволяет в разы повысить точность измерений по сравнению с традиционными оптическими методами. 

В ходе экспериментов авторы сравнивали данные ИК-термографии и стандартной визуализации в видимом спектре при нанесении капель пестицидов с кремнийорганическими ПАВ на листья ячменя и модельные поверхности. Оказалось, что ИК-метод позволяет выявлять до 4.6 раз большую площадь смачивания на поверхности листа, а также фиксировать более долгое время жизни капель — в 1.5 раза продолжительнее, чем при использовании оптического метода. Это связано с тем, что инфракрасные камеры фиксируют температурные изменения, вызванные испарением жидкости, что делает видимыми даже тонкие прекурсорные плёнки, чаще всего незаметные для обычных камер.

«Классические методы, основанные на обработке изображений в видимом диапазоне, часто недооценивают реальную площадь покрытия из-за бликов, неоднородности поверхности листьев и ограничений алгоритмов анализа, — поясняют авторы исследования. — Инфракрасная термография устраняет эти погрешности, позволяя точнее определять оптимальную концентрацию ПАВ, что критически важно для снижения экологической нагрузки и экономии ресурсов».

Исследователи установили, что рекомендуемые производителями концентрации кремнийорганических ПАВ для фунгицидов могут быть сокращены вдвое, а для инсектицидов — ниже минимальных значений. Это особенно актуально в контексте токсического воздействия кремнийорганических ПАВ на пчёл и водные организмы, о котором ранее сообщалось в исследованиях.

Практическая значимость метода заключается не только в повышении эффективности пестицидов, но и в минимизации их расхода. Например, увеличение концентрации ПАВ сверх оптимального уровня приводит к быстрому испарению капель и снижению концентрации действующего вещества на листе, что может негативно сказываться на результативности обработки.

«Разработанный подход позволит адаптировать нормативы применения кремнийорганических ПАВ в составе рабочих растворов пестицидов, — отмечают исследователи. — В будущем мы планируем расширить испытания на растениях со сложной морфологией листьев, а также изучить влияние множества капель на смачиваемость».

Учёные уверены, что внедрение ИК-термографии в сельское хозяйство откроет новые возможности для устойчивого земледелия и защиты биоразнообразия.

Исследование выполнено в рамках проекта госзадания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации № FEWZ-2023-0005 «Моделирование движения капель спреев агрохимических и биологических препаратов на поверхности листьев растений».


Источник:

Управление стратегических коммуникаций ТюмГУ