Há mais de cem anos, no verão de 1922, uma aeronave com equipamentos para a realização de trabalhos químicos aéreos por pulverização contra pragas e doenças decolou do aeródromo metropolitano de Khodynsky. Os voos de teste bem-sucedidos marcaram o início do desenvolvimento da aviação agrícola.
Hoje, a utilização de diversos meios de aviação para a proteção fitossanitária é de grande importância económica, pois proporciona a possibilidade de:
— monitorização remota em grande escala das culturas agrícolas;
- medidas de proteção em curto prazo agrícola e em locais de difícil acesso contra pragas especialmente perigosas (gafanhotos, mariposas, roedores semelhantes a ratos, besouro da batata do Colorado, tartarugas nocivas) e doenças (ferrugem marrom, requeima, alternariose);
- preparo do solo com forte umidade do solo, quando os equipamentos de solo não conseguem entrar no campo, principalmente no combate às ervas daninhas;
– processamento de culturas altas (milho, girassol) e semeadura de sementes;
— processamento de campos de arroz;
- dessecações;
- processamento de culturas em encostas com inclinação superior a 7 graus, onde os equipamentos de pulverização terrestre não podem funcionar.
Na União Soviética, a base da frota de aviação agrícola era o AN-2. Atualmente, o desenvolvimento da aviação agrícola caminha para uma expansão significativa do uso de aeronaves ultraleves (ALVs) e veículos aéreos não tripulados (UAVs), que são muito mais baratos que as aeronaves pesadas. De acordo com as Regras Federais de Aviação e o Código Aéreo da Federação Russa, um aparelho (aeronave) é chamado ultraleve se tiver:
- peso máximo de decolagem não superior a 495 kg (excluindo equipamentos de resgate de aviação);
- velocidade máxima de estol de calibração (velocidade mínima de voo) não superior a 65 km/h.
Os veículos aéreos não tripulados (VANTs) incluem veículos cujos voos são controlados por pilotos que estão fora do tabuleiro (pilotos externos).
As características do modo correto de uso do UAV são determinadas pelo seu peso máximo de decolagem:
- até 250 g - não estão sujeitos a registro ou contabilidade estadual;
- de 250 ga 30 kg - estão sujeitos à obrigatoriedade de contabilização estadual;
- a partir de 30 kg - estão sujeitos a registro estadual.
Vantagens importantes do uso de UAV e ALS são:
— ausência de perdas resultantes de danos causados às culturas pelas rodas ou da necessidade de utilização de linhas de eléctrico (em comparação com equipamento terrestre);
- alta eficiência e redução de custos operacionais (em comparação com aeronaves pesadas, pois essas aeronaves não precisam ter aeródromos equipados).
A utilização de veículos aéreos não tripulados auxilia na resolução das seguintes tarefas:
- obtenção de informação detalhada sobre a criação de uma base cartográfica de terrenos agrícolas e a colocação de objetos agrícolas com as suas coordenadas exatas para o planeamento e controlo dos processos tecnológicos da produção agrícola;
– realizar a monitorização remota com base em imagens multiespectrais da superfície subjacente dos terrenos agrícolas para determinar o estado e o desenvolvimento das culturas, prever os rendimentos com base no cálculo do índice de vegetação com base nos resultados da imagem espectral, etc.;
– controle operacional em tempo real sobre o funcionamento dos equipamentos de solo e a qualidade do trabalho agrotécnico;
– monitoramento fitossanitário geocodificado de terras agrícolas para determinar o nível de infestação das culturas, a presença de pragas e manifestações de doenças em um estágio inicial de desenvolvimento, inclusive de forma latente;
A utilização de VANT para fotografia aérea de terrenos agrícolas proporciona, em comparação com imagens de satélite, a obtenção de imagens com maior resolução (até um centímetro por ponto) e, o mais importante, possibilita a realização desses trabalhos na presença de denso nuvens (é impossível fotografar com espaçonaves durante esses períodos).
Detenhamo-nos mais detalhadamente no monitoramento fitossanitário das culturas. Recentemente, o volume de utilização de produtos fitofarmacêuticos na Rússia tem crescido continuamente: segundo as estatísticas, a cada cinco anos, a partir de 2010, duplicaram e em 2020 atingiram 221 mil toneladas. Com o crescimento da utilização de produtos fitofarmacêuticos, as explorações agrícolas precisam de garantir a recolha e o processamento imediatos de informações sobre as condições fitossanitárias dos campos agrícolas. Sem esta informação é impossível resolver os problemas de apoio tecnológico à utilização racional e segura dos produtos fitofarmacêuticos num curto espaço de tempo agrícola. Os métodos existentes de inspeção terrestre de campos não permitem obter as informações necessárias com rapidez e volume adequado. Nesse sentido, está sendo realizado ativamente um trabalho no exterior e em nosso país para desenvolver métodos remotos de alto desempenho para recuperação de informações para o planejamento e execução de medidas de proteção fitossanitária. Para o monitoramento fitossanitário remoto operacional, os veículos aéreos não tripulados são os mais amplamente utilizados, fornecendo vídeo geocodificado e imagens multiespectrais e hiperespectrais da superfície subjacente da Terra.
De referir que as questões da utilização de métodos remotos de recuperação de informação no domínio do controlo de ervas daninhas (determinação da localização das ervas daninhas no campo, avaliação de perdas de colheitas, mapeamento de zonas danificadas) já foram parcialmente resolvidas. Nesta área, no âmbito de um acordo de cooperação científica e técnica, foram realizadas pesquisas com a participação de especialistas da VIZR, da Universidade de Instrumentação Aeroespacial (São Petersburgo), da Academia Agrária de Samara e da Ptero LLC (Moscou). Resultados positivos foram obtidos com o uso de BVS para métodos remotos de recuperação de informações baseados em espectrometria para avaliar a infestação de culturas de grãos e plantações de batata por mais de 20 tipos de ervas daninhas, incluindo uma nociva como a erva daninha de Sosnowsky. Os dados foram obtidos com base na determinação e análise das características espectrais de reflexão de plantas cultivadas e ervas daninhas na faixa de comprimento de onda de 300-1100 nm.
Assim, no decorrer dos estudos realizados para identificar características definidoras com base no brilho espectral de reflexão de plantas cultivadas e ervas daninhas, as subfaixas espectrais mais informativas de comprimentos de onda de radiação eletromagnética foram estabelecidas para o uso de imagens multiespectrais da superfície subjacente de terras agrícolas usando tecnologias modernas sistemas de sensoriamento remoto. Uma análise das imagens espectrais de ervas daninhas e plantas cultivadas mostra que observamos diferenças características nas curvas de brilho espectral obtidas nas subfaixas de radiação eletromagnética azul, verde, vermelha e infravermelha próxima na subfaixa de comprimentos de onda do infravermelho próximo.
Uma tarefa mais difícil para a ampla utilização de métodos de sensoriamento remoto de terras agrícolas é a determinação de sinais informativos de doenças de plantas e, sobretudo, de forma latente. Isso se deve ao fato de que muitos sinais informativos de doenças são semelhantes em brilho espectral aos sinais de patologia não infecciosa das plantas estudadas.
Resultados positivos foram obtidos para a determinação de doenças da batata e danos às plantas de batata pelo besouro da batata do Colorado usando espectrorradiometria. Ao utilizar este método, constatou-se que no plantio da batata é afetado pela requeima (Fig. 1), no terceiro dia após a infecção, observamos uma diminuição acentuada no brilho espectral do reflexo em comparação com plantas saudáveis, e em no sétimo dia após a infecção, os valores do brilho espectral mostram que as plantas praticamente morreram. Neste caso, o valor do brilho espectral nas plantas afetadas pela requeima é próximo dos valores do brilho espectral da reflexão do solo.
Quando as batatas são danificadas pelo besouro da batata do Colorado, também observamos uma diminuição nos valores do brilho da reflexão espectral em duas a três vezes em comparação com plantas sem danos pela praga. A Figura 2 mostra dados sobre o brilho espectral de reflexão das plantas de batata, levando em consideração os diferentes graus de seus danos. Os dados obtidos são de grande importância para o método remoto de detecção de lesões em plantas de batata pelo besouro da batata do Colorado.
Atualmente, com base nos estudos realizados para determinar características informativas baseadas no brilho espectral da reflexão de plantas de batata saudáveis e doentes, bem como daquelas danificadas pelo besouro da batata do Colorado, as subfaixas espectrais mais informativas dos comprimentos de onda da radiação eletromagnética foram foram estabelecido para o uso de imagens multiespectrais da superfície subjacente de terras agrícolas usando BVS e SLA.
Na determinação das doenças, é necessário levar em consideração os resultados dos estudos do Instituto Agrofísico, que permitiram determinar as características espectrais de reflexão das plantas deficientes em nitrogênio e umidade do solo.
Os resultados obtidos são importantes para identificar características informativas que permitem distinguir claramente, na decifração do estado fitossanitário dos terrenos agrícolas, as plantas afectadas por doenças e as que apresentam patologias causadas por deficiência de nutrição mineral ou de humidade do solo.
A formação de bibliotecas de imagens espectrais de doenças de diversas culturas, bem como imagens espectrais dessas culturas deficientes em nutrição mineral ou umidade do solo, permitirá, com base nos resultados da recuperação remota de informações, tomar decisões razoáveis e rápidas estabilizar a situação fitossanitária na presença de doenças ou realizar um conjunto de medidas agrotécnicas para aliviar situações de stress nas culturas causadas por outros factores.
A próxima direção importante no uso de BVS é a sua aplicação em medidas de proteção fitossanitária. Pela primeira vez, UAVs na forma de helicópteros não tripulados com controle remoto começaram a ser usados no Japão no início dos anos 90 para tratar campos de arroz com pesticidas. Actualmente, na China, líder na produção de drones agrícolas, a área cultivada com AU já ultrapassa vários milhões de hectares. O mercado de UAV também está se desenvolvendo dinamicamente em todo o mundo, o volume de uso dessas aeronaves aumenta anualmente em 400-500%. Segundo especialistas, o uso de tecnologias de AU na agricultura no mundo atingirá um valor de mercado de US$ 5,7 bilhões.
Dos drones agrícolas, o mercado é dominado pela empresa chinesa DJI, e o modelo mais comum é o DJI Agras T16.
Devido ao fato de a maioria das peças do UAV deste modelo serem feitas de materiais compósitos, o peso do dispositivo não ultrapassa 18,5 kg (sem bateria). Com equipamentos fitofarmacêuticos, ao encher o tanque com fluido de trabalho, o peso de decolagem da máquina chega a 41 kg. A capacidade do reservatório do fluido de trabalho é de 16 litros quando a lança é equipada com oito bicos. A vantagem desse modelo de drone é que ele é equipado com radares, o que reduz drasticamente o risco de colisão com obstáculos, além de possibilitar o trabalho noturno, por meio de holofotes. A altura ideal de vôo do drone acima do campo é de 2,5 a 3 metros e, se necessário, o dispositivo pode subir até 30 metros (altura máxima de vôo horizontal). Essa altura é necessária para tratar plantações perenes, plantas em jardins botânicos e florestas contra pragas e doenças.
Na Federação Russa, foram obtidos resultados positivos no uso de BVS para o controle de roedores murinos (os estudos foram realizados com a participação da VIZR e da empresa Ginus). Testes de produção de monitoramento remoto e aplicação geocodificada de rodenticidas em tocas de roedores semelhantes a camundongos mostraram que a precisão da nova tecnologia em comparação com a aplicação manual é de 91% versus 97%.
A experiência prática foi acumulada no uso de BVS para monitoramento remoto das áreas de distribuição da erva daninha de Sosnowsky, bem como no uso de tecnologia de pulverização de herbicidas contra esta espécie nociva.
Apesar dos resultados positivos e das perspectivas de utilização do AU na agricultura, existem lacunas, bem como questões não resolvidas no domínio da legislação e dos documentos regulamentares sobre a sua utilização eficaz e segura para monitorização remota e protecção fitossanitária, nomeadamente:
- alto custo do VANT com risco de perda do aparelho durante a execução da obra;
- restrições legais de uso: na maioria dos países do mundo, o UAV durante a execução do trabalho deve estar dentro da linha de visão do operador (afastamento não superior a 500 metros);
- a necessidade de registrar, registrar o dispositivo (na maioria dos países, se sua massa ultrapassar 25 kg) e obter licença para uso do UAV para fins comerciais;
- a necessidade de equipamentos adicionais caros e pessoal qualificado: para o funcionamento ininterrupto e eficiente do UAV, é necessário ter pelo menos três baterias adicionais, um gerador para carregá-las; pelo menos três pessoas estão envolvidas na manutenção de um carro;
- grande dependência das condições meteorológicas. Em tempo de vento, o controle do aparelho é muito difícil, principalmente com vento lateral forte;
- falta de regulamentação legalizada para o uso de produtos fitofarmacêuticos utilizando BVS de acordo com os requisitos da Lei Federal nº 109 “Sobre o manuseio seguro de pesticidas e agroquímicos”;
- falta de documentos regulatórios para a operação segura de UAVs na agricultura;
- falta de padrões de seguro de risco para pessoas jurídicas e físicas na utilização de produtos fitofarmacêuticos com auxílio do BVS;
- preço elevado e falta de produtos de software para resolver os problemas de monitorização fitossanitária remota de ervas daninhas, pragas e doenças, tendo em conta os limiares económicos de nocividade, bem como a descodificação automática dos seus resultados.
Há uma necessidade urgente de criação de centros regionais para treinamento de operadores e aprovação de produção de procedimentos tecnológicos para uso de UAS para monitoramento e proteção de plantas.
Como parte da digitalização dos programas agrícolas, é necessário acelerar o desenvolvimento de grandes bases de dados de amostras de referência de ervas daninhas na fase mais vulnerável de desenvolvimento para a utilização de herbicidas e amostras de referência com sinais informativos característicos de danos causados por pragas nas principais culturas. É igualmente importante completar a formação de bibliotecas de imagens espectrais de plantas sãs e doentes, levando em consideração a influência do nível de nutrição mineral e dos parâmetros agroclimáticos.
Anatoly Lysov, Chefe do Laboratório de Proteção Integrada de Plantas, VIZR, e-mail: lysov4949@yandex.ru