Аналіз знімків із дронів допоможе збільшити врожайність сої у зв'язку зі зміною клімату
Останніми роками Кеті Рейні та Кіт Черкауер з Університету Пердью працювали над прогнозуванням біомаси сої на основі знімків із дронів в Індіані.
"Тепер ми поширюємо цю можливість на всі державні програми селекції сої в регіоні", - сказав Рейні, професор агрономії, який також керує Центром сої Purdue. Незабаром вона і Черкауер почнуть отримувати зображення з дронів, зібрані на панелі з 1200 сортів сої, які селекціонери посадили в 11 штатах північно-центрального регіону США.
"Тут, у Purdue, ми виконаємо всю обробку і модифікацію зображень, щоб передбачити біомасу", - сказала вона. Ці зусилля є частиною проєкту SOYGEN3 (Оптимізований з точки зору науки приріст врожайності в різних середовищах), у якому беруть участь вісім університетів, зокрема Purdue.
"Основна мета цього експерименту - розробити методи і моделі для добору соєвих бобів, які будуть високоврожайними в майбутніх екстремальних умовах за сценаріїв зміни клімату", - сказав Рейні. "Ми знаємо, що майбутні умови, в яких ми збираємося вирощувати сою, відрізняються від тих, які в нас є зараз, тому що клімат змінюється. Ми також отримуємо більш екстремальні погодні умови через зміну клімату".
У проєкті використовується програмне забезпечення Plot Phenix, яке швидко перетворює аерофотознімки сільськогосподарських культур на корисну інформацію для селекції рослин, моделювання сільськогосподарських культур і точного землеробства. Рейні і Шеркауер, професор сільськогосподарської та біологічної інженерії, і доктор філософії Purdue, випускник Ентоні Херст, генеральний директор Progeny Drone Inc., запатентував Plot Phenix у 2022 році.
"Мене цікавить використання води, вплив довкілля та можливість вимірювати й моделювати вирощування сої на великих площах", - сказав Черкауер, який також керує Дослідницьким центром водних ресурсів Індіани. "Наявність місць, які знаходяться далі одне від одного, збільшує ймовірність того, що у нас буде ціла низка умов навколишнього середовища".
Селекціонери і фермери, які займаються вирощуванням сої в Міннесоті, вирощують інший генетичний матеріал, ніж, наприклад, в Індіані, де потрібні більш жаростійкі сорти. Але навіть у районах з однаковою середньорічною кількістю опадів можуть спостерігатися абсолютно різні роки.
"Тут, в Індіані, може бути посуха, а в східному Канзасі може бути звичайний рік. Наявність доступу до стількох місць, де можуть бути середні погодні умови і сухіші умови, дає нам змогу розширити аналіз зображень і моделі, які ми будуємо, за його межами, що ми робимо просто зараз", - сказав Черкауер.
У Східному Канзасі випадає приблизно стільки ж опадів, скільки в Індіані, Іллінойсі та Міссурі. Але західний Канзас отримує вдвічі менше опадів. У цьому відношенні він нагадує центрально-західну Небраску, Дакоту і західну Міннесоту.
"Індіана майже повністю богарна, за винятком виробництва насіння та вирощування на піщаних ґрунтах. Іллінойс буде таким самим. У міру того, як ви потрапляєте в Айову, вони починають бачити трохи більше зрошення", - сказав Черкауер.
Черкауер є співзасновником GRYFN, дочірньої компанії Purdue, яка надала для проєкту новий безпілотник. Калібрувальні польоти для нової платформи вже розпочалися в Агрономічному центрі досліджень і освіти Purdue, фермі площею 1600 акрів, розташованій за сім миль на північний захід від кампуса.
Колаборація SOYGEN3 керуватиме дронами, які збирають зображення в червоному, зеленому і синьому кольорах (RGB, або істинний колір, тип, знятий звичайними камерами).
"SOYGEN3 передбачає почати з відносно недорогих камер і апаратних систем у різних місцях, - сказав Черкауер. Але безпілотник Purdue також буде оснащений мультиспектральними і тепловізійними камерами, що дасть змогу отримувати більш якісні набори даних, які можуть призвести до рекомендацій для їхніх партнерів по SOYGEN3.
Такі дані можуть допомогти США зберегти свої позиції провідного світового виробника сої. Виручка у 2022 році перевищила 66 мільярдів доларів. За даними Іноземної сільськогосподарської служби Міністерства сільського господарства США, це включає експорт на суму понад 34 мільярди доларів.
"Це унікальна культура, тому що вона дуже важлива для забезпечення білкової продовольчої безпеки в майбутньому", - сказав Рейні, який фігурував в останній статті журналу Seed World. Проте, соя використовується в основному в промисловості, а це означає, що люди споживають лише невеликий відсоток її виробництва.
"Час від часу ви можете їсти традиційні соєві продукти, такі як тофу або едамаме. Але здебільшого 95% соєвих бобів у всьому світі згодовують курям і свиням, і вони складають основу цього харчового ланцюга", - сказав Рейні.
Щоб підтримувати зростання виробництва сої, дослідники потребуватимуть більш точного розуміння того, як погода і клімат впливають на врожайність у різних середовищах, пов'язаних із генетичною мінливістю. Тоді селекціонери зможуть вибирати сорти сої більш стратегічно.
"Генетична мінливість є ключовою, тому що найочевидніший спосіб, у який селекціонери або селекційні організації в приватному секторі використовуватимуть дані, які ми виробляємо, - це так зване геномне передбачення", - пояснив Рейні.
За наявності достатньої кількості даних по всьому геному сої геномне прогнозування дає змогу селекціонерам створити статистичну модель, яка прогнозує врожайність для 10 000 неперевірених ліній.
"Але моделі геномного прогнозування повинні бути відкалібровані для довкілля і містити більше інформації, ніж те, що є на даний час", - сказав Рейні. Також необхідна модель, яка включає прогнози біомаси. Такі моделі засновані на зображеннях дронів і генетиці.
"У моїй лабораторії ми працюємо над об'єднанням цієї інформації. Ми майже єдині, хто робить це в державному і приватному секторах щодо сої", - сказала вона.
Також читайте: