Спектрально-оптические свойства листового аппарата в оценке состояния растений
Spectral-optical properties of the leaf apparatus in assessing the state of plants

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

растениеводство, вегетационные индексы, мониторинг, прогнозирование, состояние растений, crop production, vegetation indices, monitoring, prediction, plant condition

АННОТАЦИЯ

Авторы: Басарыгина Елена Михайловна, Деев Виталий Вячеславович, Черепухина Светлана Васильевна, Колотыгина Евгения Александровна

В настоящее время в растениеводстве широко используются данные о спектрально-оптических свойствах растительного покрова, полученные с помощью космической и наземной съемки. Вегетационные индексы, определяемые с помощью спектрально-оптических свойств листового аппарата (коэффициента отражения), и в первую очередь индекс NDVI, используются для мониторинга состояния сельскохозяйственных земель; развития посевов; сезонных изменений в растительных сообществах и т.д. Применение индекса NDVI позволяет прогнозировать урожайность сельскохозяйственных растений; моделировать высокоурожайные сорта; выявлять неперспективные линии и т.п. Данный индекс, основанный на способности растений отражать электромагнитное излучение в разных спектральных областях, зависит от структуры листьев, наличия пигментов, содержания воды. Установлено, что индекс NDVI достаточно тесно коррелирует с содержанием хлорофилла, фотосинтетической активностью растений и содержанием азота. В связи с вышеизложенным представляется целесообразным исследование вегетационного индекса растений, выращиваемых в контролируемых климатических условиях. Эксперименты, связанные с определением спектрально-оптических характеристик листового аппарата и расчетом на их основе вегетационного индекса NDVI, проводились в лаборатории урбанизированного растениеводства ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ. Растения ежевики, базеллы и базилика выращивались с использованием фитотрона «Роса-1». В расчете индекса растений огурца использовались ранее опубликованные данные. Результаты экспериментальных исследований показали, что вегетационный индекс NDVI принимал значения от 0 до 1. Средние арифметические значения индекса NDVI здоровых листьев ежевики оказались равны 0,80; 0,75; 0,67; базилика 0,93; 0,80; 0,60; огурца 0,95; базеллы 0,80. Самое высокое значение вегетационного индекса (0,95) отмечено у растений огурца, плодоносящих в условиях интенсивной светокультуры. Наиболее часто встречающееся значение (0,8) характерно для ежевики, базилики и базеллы. Увядающие (желтеющие) листья отличались низкими значениями вегетационного индекса NDVI: ежевика – 0,32; 0,06; базелла – 0,08; 0,27; 0,48.

Abstract:

NAME: Spectral-optical properties of the leaf apparatus in assessing the state of plants
AUTOR: Basarygina Elena Mikhailovna, Deev Vitaly Vyacheslavovich, Cherepukhina Svetlana Vasilyevna, Kolotygina Evgeniia Aleksandrovna

Nowadays, in crop production, data on the spectral-optical properties of vegetation cover obtained using space and ground surveys are widely used. Vegetation indices, determined using the spectral-optical properties of the leaf apparatus (reflection coefficient), and primarily the NDVI index, are used to monitor the state of agricultural land; crop development; seasonal changes in plant communities, etc. The use of the NDVI index makes it possible to predict the yield of agricultural plants; model high-yielding varieties; detection of unpromising lines, etc. This index, based on the ability of plants to reflect electromagnetic radiation in different spectral areas, depends on the structure of the leaves, the presence of pigments, and the content of water. It was found that the NDVI index correlates quite closely with the content of chlorophyll, photosynthetic activity of plants and the content of nitrogen. In connection with the above, it seems appropriate to study the vegetation index of plants grown in controlled climatic conditions. Experiments related to determining the spectral and optical characteristics of the leaf apparatus and calculating the NDVI growing index based on them were carried out in the laboratory of urbanized crop production of the South Ural State Agrarian University. Blackberry, basella and basil plants were grown using the Rosa-1 phytotron. Previously published data were used to calculate the cucumber plant index. The results of experimental studies showed that the NDVI vegetation index took values from 0 to 1. The arithmetic average values of the NDVI index of healthy blackberry leaves were equal to 0.80; 0.75; 0.67; basil 0.93; 0.80; 0.60; cucumber 0.95; basellas 0.80. The highest value of the vegetation index (0.95) was observed in cucumber plants bearing fruit under conditions of intensive light culture. The highest value of the growing index (0.95) was noted in cucumber plants bearing fruit in conditions of intensive light culture. The most common value (0.8) is characteristic of blackberries, basilica and basella. Fading (yellowing) leaves differed in low values of the growing index NDVI: blackberries – 0.32; 0,06; basella – 0.08; 0,27; 0,48.