Филиал Владикавказского научного центра РАН – Северо-Кавказский НИИ горного и предгорного сельского хозяйства и Научно-технологический центр уникального приборостроения (НТЦ УП) достигли значительных успехов в совместной работе в области агрофотоники
Две научные структуры объединили свои усилия и разработали и испытали уникальные спектральные приборы. Среди них особое внимание привлекает портативное устройство, способное осуществлять измерения тремя различными методами спектроскопии прямо в поле. Инновация позволит не только улучшить качество и точность экспресс-анализа растений, но и значительно упростит работу агрономов и фермеров.
Суть методологии заключается в определении пигментов в зеленой массе растений с помощью спектрального и флуориметрического анализа. Инновационный подход к определению органических пигментов предоставляет аграриям важные параметры состояния и роста культур, проанализировав которые специалист может сделать заключение о необходимости орошения и внесения минеральных удобрений на конкретных участках. Это способствует повышению рентабельности сельскохозяйственного производства.
Совместная работа началась в 2022 году с подписания соглашения, целью которого является интеграция современных инженерных решений, технологий и вычислительной техники в сельское хозяйство. В рамках этого проекта были применены современные оптические приборы для исследования состояния посевов сои. Испытания проводились на опытных полях института в селении Михайловском, где использовался видеоспектрометр, разработанный Научно-технологическим центром.
На протяжении трех лет научные сотрудники центра совместно с заведующим отделом адаптивно-ландшафтного земледелия, ведущим научным сотрудником института ГПСХ Дмитрием Мамиевым и старшим научным сотрудником отдела Викторией Тедеевой апробировали на базе института гипер - и мультиспектральные видеокамеры. Данные с них позволяют определить пространственное содержание в них хлорофиллов и каротиноидов.
В этом году в ходе проведения Дня поля-2025 в Северо-Кавказском НИИ горного и предгорного сельского хозяйства ВНЦ РАН научные сотрудники НТЦ УП РАН представили свои новые разработки.
«Речь об уникальном портативном устройстве, предназначенном для оценки состояния сельскохозяйственных культур и позволяющем проводить анализ сразу трех типов спектров: отражения, пропускания и флуоресценции. Приборов, реализующих такой широкий функционал в едином корпусе, еще не было в отечественной практике, – подчеркнула Анастасия Гурылева, научный сотрудник лаборатории акустооптической спектроскопии НТЦ УП РАН. – Каждый из методов по отдельности доступен, конечно, однако, объединить их в одном устройстве – это было уникальное решение. Существуют дорогие иностранные приборы, стоимость которых достигает тысяч и даже десятков тысяч долларов, но они работают только с флуоресценцией. Наш прибор совмещает сразу три метода. В следующем году мы добавим еще и возможность измерения спектров поглощения, что позволит собрать все самые востребованные спектральные измерения в одном устройстве».
Ранее члены группы разработчиков использовали для работы в поле базирование видеоспектрометров на штативе. Новый прибор (портативный спектрофлуориметр) более прост в использовании. Достаточно поместить лист растения в специальный измерительный блок, выбрать режим измерения и нажать кнопку, чтобы получить спектральные характеристики отражения, пропускания и флуоресценции всего за несколько секунд. Это делает устройство идеальным для оперативного контроля состояния растений в теплицах и поле, что особенно актуально при неблагоприятных погодных условиях, например, в дождь или летнюю жару. Использование прибора позволяет провести оценку состояния растений и принять решение о проведении необходимых агротехнологических операций, исходя из полученных данных.
Следующим этапом, по словам Анастасии Гурылевой, станет интеграция разработанной в НТЦ УП РАН мультиспектральной камеры с беспилотными летательными технологиями и разработка объединяющего два упомянутых средства мониторинга в единый комплекс оценки биохимических и биофизических параметров растений.
«Одна из главных задач, которая перед нами стоит, это автоматизация и адаптация приборов для конечных пользователей, таких как фермеры, – отметил заведующий лабораторией акустооптической спектроскопии НТЦ УП РАН Александр Мачихин. – На текущий момент исследовательские задачи требуют значительного ручного труда. Цель нашей работы заключается в создании удобных, эффективных и объективных систем диагностики состояния растений с минимальным человеческим участием. Реализация этой цели не только сделает работу агрономов более удобной, но и позволит повысить урожайность и улучшить качество сельскохозяйственной продукции».
Большие перспективы
По словам заведующего лабораторией, они получили грант на разработку новой мультиспектральной камеры, что открывает большие перспективы. Складываются амбициозные планы совместно с Владикавказским научным центром РАН, особенно в области беспилотных летательных аппаратов и разработке с их помощью технологий дифференцированного внесения, фитосанитарного мониторинга и прогнозирования урожайности культур (работы ведутся при поддержке Российского научного фонда (проект № 25-16-00121)).
Александр Мачихин подчеркнул, что они стремятся довести проект до стадии, когда пользователи смогут просто нажать кнопку и сразу получить нужные данные об исследуемых растениях. Ученые надеются, что смогут сделать этот процесс максимально простым и доступным для всех, чтобы избавить пользователей от рутинных лабораторных исследований и позволить им проводить высокопроизводительный анализ состояния сельскохозяйственных культур в полевых условиях.
«Совместная работа Северо-Кавказского НИИ горного и предгорного сельского хозяйства ВНЦ РАН и Научно-технологического центра уникального приборостроения РАН по внедрению прорывных технологий в сельское хозяйство открывает новые горизонты для аграрного сектора страны. На современном этапе сельскохозяйственные производители сталкиваются с необходимостью минимизировать временные и ресурсные затраты на анализ состояния посевов. Внедрение различных инновационных устройств в работу значительно оптимизирует процессы сельхозпроизводства, позволяя повысить их эффективность», – подчеркнул директор СКНИИГПСХ ВНЦ РАН, доктор биологических наук Сослан Козырев. Ключевым аспектом, по его словам, является активное участие в проекте молодых ученых, аспирантов. Это не только способствует их профессиональному росту, интеграции в современную научно-исследовательскую среду, но и служит развитию аграрной науки в целом.