Радиометрическое дистанционное определение портретов влажности почвы на винограднике в Крыму

06.12.22

Введение

Урожайность сельскохозяйственных культур определяется в основном тремя факторами – количеством полученной растением влаги, количеством тепла и света, а также биохимическим составом почвы, определяющим ее плодородие. Для получения высоких урожаев важную роль играют технологии борьбы с сорняками, вредителями и болезнями. В соответствии с Федеральным законом от 27 декабря 2019 г. N 468-ФЗ «О виноградарстве и виноделии в Российской Федерации» федеральным государственным бюджетным учреждением науки Всероссийским национальным научно-исследовательским институтом виноградарства и виноделия «МАГАРАЧ» РАН сформулирована «Стратегия развития виноградарства и виноделия Крыма» (2020-2050 гг.). Для обеспечения устойчивого развития виноградарства в Крыму необходимо внедрять самые современные, научно обоснованные технологии, в том числе технологии точного земледелия, которые подразумевают получение и использование точной информации о состоянии почв и виноградников на протяжении всего вегетационного периода. Поэтому задача получения актуальной, точной и геопривязанной информации о влагосодержании и температуре поверхности почвы является актуальной.

Наиболее дешевым и эффективным способом дистанционного зондирования почв для получения информации с требуемым разрешением является СВЧ-радиометрия. СВЧ-радиометр это высокочувствительный приемник собственного электромагнитного излучения почвогрунтов. Радиометр измеряет мощность собственного радиотеплового излучения, выраженную, как правило, в градусах по шкале Кельвина радиояркостной температуры. Радиояркостная температура объекта пропорциональна его термодинамической температуре. Коэффициентом пропорциональности служит излучательная способность тела, которая равна единице для абсолютно «черного» тела и нулю для абсолютно «белого» тела, например, плоской металлической поверхности в СВЧ-диапазоне. Измеряя радиояркостную и термодинамическую температуры поверхности можно вычислить излучательную способность почвы, а по ней — определить влагосодержание.

Сотрудниками кафедры РЛ6 Гудковым А.Г., Сидоровым И.А., Чижиковым С.В. и Леушиным В.Ю. при поддержке коллег из Севастопольского Государственного университета Обливанцова В.В. и Ермолова П.П., проведен натурный эксперимент в сентябре 2022 года на винограднике ООО «Качинский+» в Крыму, с использованием СВЧ-радиометров L и C диапазонов.

Виноградники представляют ровные ряды посадок лозы, прикрепленной к горизонтальной проволоке, закрепленной на специальных вертикальных шпалерах. Расстояние между рядами около 3 метров. Виноградная лоза представляет кустарник с густой листвой высотой более 1,5 метра.

Рис.1 Внешний вид СВЧ- радиометров: слева- радиометр L — диапазона, справа — радиометр C- диапазона.

При проведении натурного эксперимента радиометры переносились на руках вдоль рядов посадок виноградной лозы. При перемещении радиометр измеряет и запоминает на карте памяти значения антенных температур на двух поляризациях – горизонтальной и вертикальной.

Рис.2 Способ транспортировки радиометра при проведении натурного эксперимента по дистанционному измерению влажности почвы виноградника

При перемещении вдоль линий виноградника (Рис.2) регистрировались значения антенных температур, а в конце и начале каждой линии производилась внешняя калибровка по реликтовому излучению небесной сферы путем направления антенны вертикально вверх.
Результаты обработки данных, в соответствии с алгоритмом интерполяции, для C-диапазона представлены на рис.3 и для L-диапазона представлены на рис.4.

Рис.3 Карта влажности C-диапазон