SPECTRAL VEGETATION INDEXES AS INDICATORS OF LEAF PIGMENT CONTENT IN APPLE (Malus domestica Borkh.)

Abstract

Методы оперативного дистанционного (спутникового и беспилотного) сельскохозяйственного мониторинга в настоящее время базируются на использовании спектральных вегетационных индексов в качестве интегральных показателей состояния растений. В 1972 году для дистанционного мониторинга растительности был предложен первый спектральный вегетационный индекс NDVI (normalized difference vegetation index), а в последующие годы разработано около сотни индексов, предназначенных для детектирования разных свойств: от влажности, структуры листьев, архитектуры растений в посевах до содержания различных веществ, в том числе пигментов, регулирующих фотосинтез и продуктивность растений. Во многих случаях предлагаемые индексы надежно функционируют для конкретных растений или для растительности в целом. Для плодовых культур, в частности для яблони, подобных индексов практически нет. В представленной статье впервые показано, что спектральные вегетационные индексы, предложенные для детектирования пигментов в сельскохозяйственных растениях, нуждаются в уточнении при их использовании для подобного детектирования пигментов в листьях яблони конкретного сорта. Нашей целью был анализ связи между спектральными вегетационными индексами, рассчитанными для листьев яблони сорта Имрус, с содержанием в них хлорофилла и каротиноидов. Анализ спектральной отражательной способности листьев яблони (Malus domestica Borkh.) сорта Имрус посадки 2011 года проводили 19 октября 2021 года на территории опытного сада ФГБНУ ФНЦ садоводства (пос. Михнево, Московская обл., Ступинский р-н). Листья собирали в полуденное время случайным образом из средней части кроны с ветвей 2-5-летнего возраста. Всего для анализа содержания пигментов сформировали 26 смешанных образцов листьев. Содержание хлорофиллов a + b определяли в лабораторных условиях методом Винтерманса-Де Мотса, каротиноидов -методом фон Ветштейна. Спектральную отражательную способность оценивали с использованием полевого спектрорадиометра SR-6500 («Spectral Evolution», США), который работает в диапазоне 350-2500 нм с разрешающей способностью 1. Кривые спектральной отражательной способности получали в 5-кратной повторности для верхней поверхности листьев, осредняли для каждого листа, а затем для каждой из 26 смешанных групп листьев. На основании осредненных кривых спектрального отражения вычисляли наиболее распространенные спектральные вегетационные индексы. После этого был проведен анализ связи величин спектральных вегетационных индексов с содержанием пигментов в листьях. Установлено, что предложенные ранее многочисленные вегетационные индексы не могут быть использованы для бесконтактного детектирования содержания хлорофилла и каротиноидов в листьях яблони сорта Имрус. Связь между величиной индекса и содержанием пигмента практически отсутствует. Также не удается сгруппировать проанализированные листья по содержанию пигментов на основе построения дендрограммы сходства между кривыми спектрального отражения листьев в диапазоне 350-2500 нм. На основе корректировки индексов, показавших наиболее точную зависимость, ...