Сосновский который вывел борщевик кто такой
Борщевик — откуда появился в России ядовитый сорняк и кто виноват
Откуда в России появился борщевик — кто и главное зачем его завез? Всех волнует история жуткого борщевика, некоторые даже предполагают, что кто-то (ученые?) борщевик придумал и вывел. Однако, борщевик Сосновского — история грустная и поучительная. И очень важная для осознания.
История появления борщевика Сосновского в России начинается в трудное послевоенное время, когда страна нуждалась в быстром подъеме сельского хозяйства. Для поголовья скота требовался сочный витаминный корм, дающий хороший урожай и неприхотливый при возделывании.
Интересный факт о борщевике — история состоит в том, что изначально это растение имело четко очерченный ареал произрастания и не могло распространиться за его пределы. Именно вмешательство человека кардинально изменило ситуацию. Вот какой урок преподал борщевик Сосновского человеку — не стоит относиться к природе без должного уважения.
Быстрая навигация
Откуда появился борщевик в России
В середине 1940-х руководители СССР узнали, что в странах Северной Америки кормят скот растением огромных размеров — сочным и калорийным. Узнали и дали распоряжение: найти такое же для нас, завезти, вывести, адаптировать к местным условиям.
Родина борщевика Сосновского (это один из видов борщевика, всего насчитывают
40 видов этого растения и плюс несколько очень схожих) — горные районы Кавказа и Турции. Именно на здешний борщевик обратили своё внимание учёные, работавшие по заказу руководства Советского Союза. В Википедии указывают даже точное место происхождения борщевика, взятого для включения в государственное испытание — окрестности города Нальчик (Кабардино-Балкарская республика). Датируется это событие 1951-1952 гг.
Мощное, значительных размеров, выносливое и быстро растущее растение хорошо произрастало в холодном климате и поэтому обитало в горных районах, самостоятельно не выходя за пределы среды своего естественного обитания. До интродукции борщевика на другие территории никаких проблем с его распространением не было, был природный баланс.
Так, растение открыли в Грузии, а для использования в качестве силосной культуры семена взяли на территории Кабардино-Балкарии, откуда и привезли борщевик в Россию. Так, местом происхождения борщевика (нашего, российского, захватывающего регионы РФ) — можно считать Кабардино-Балкарскую Республику.
Перед учёными, работавшими над проектом, стояла задача найти идеальную силосную культуру для сельского хозяйства. Однако получилось, что таким образом борщевик превратился в захватчика.
Борщевик Сосновского — история появления
Само растение борщевик Сосновского (Heracleum Sosnowskyi Manden) в 1944 году впервые обнаружила на Кавказе, выделила в новый вид и описала Ида Манденова (принятое сокращение Manden — именно оно стоит в окончании названия растения).
Она работала в Тбилиси и в Ленинграде (Ботанический институт им. В.Л. Комарова), описанный ею гигантский сорт борщевика был в 44-м найден на территории Грузии. Новому сорту борщевика Ида, будучи ученицей исследователя Кавказской флоры — Дмитрия Ивановича Сосновского (1885-1953 гг), дала название в его честь. Так появился новый биологический таксон — борщевик Сосновского.
«Таксон — группа организмов (в частности, растений — прим. ред.), связанных той или иной степенью родства и достаточно обособленная, чтобы ей можно было присвоить определенную таксономическую категорию того или иного ранга — вид, род, семейство и т.д.»
Кто завез борщевик в Россию, когда и зачем
Позднее, этот же сорт борщевика взяли в предгорьях Нальчика и привезли в Россию для использования в программе культивирования силосной культуры. Если в Википедии мы видим даты 1951-1952 гг, то в работе латвийского ученого Nora Kabuce (источник — www.nobanis.org) упоминается, что впервые борщевик Сосновского был интродуцирован в 47-м, в Северо-Западной части РФ. Эти даты также подтверждают сотрудники Полярно-ботанического сада-института (ПАБСИ), где проводились первые опыты по адаптации растения к жизни в условиях северного климата.
Оксана Гондарь, зам.директора по научной работе ПАБСИ и кандидат биологических наук рассказывает, что несмотря на отсутствие документов известно, что работы в институте проводились с 1946 по 1953 гг.
Также известно, что над интродукцией разных видов борщевика велась работа в Институте биологии КОМИ научного центра УрО РАН (Сыктывкар), также в 50-е годы. Здесь исследовательская работа возглавлялась П.П. Вавиловым и К.А. Моисеевым, внимание которых также больше всего привлёк именно борщевик Сосновского. Ученые отмечали хорошую зимостойкость борщевика, высокую урожайность и сравнительно невысокие затраты на агротехническое возделывание.
Кроме вышеуказанных исследований, работа над проблемой культивирования борщевика велась по всему СССР — в Биологическом институте РАН (Ленинград), в Северо-Западном НИИ сельского хозяйства в Пушкине, в Институте Кормов в Московской области, а также в Житомире, Нарьян-Маре, Петрозаводске, Киеве, Минске и Ереване. Данные всех этих исследований говорили о том, что наилучшим местом для культивирования нового силосного сорта интродуцента борщевик Сосновского- являются Неченозёмная и Чернозёмная области России.
В 1951-м году этот процесс активизировали решения 35-го пленума секции животноводства Академии Сельскохозяйственных наук СССР. В те времена бразды правления в вопросах сельского хозяйства держал главный агроном Советского Союза — Трофим Денисович Лысенко (источник — история.рф), по мнению которого самым важным был посыл, что борщевик даст в 20 раз больше силосной массы. Ему никто не решился противоречить, даже несмотря на то, что к тому моменту уже были данные об опытах с борщевиком ученых из Германии и Норвегии, результаты которых никого не обрадовали.
История говорит о том, что главный агроном Трофим Лысенко был человеком очень жестким, насаждающим собственные научные (и по некоторым данным псевдонаучные) теории, и нещадно уничтожающим противоречащих ему оппонентов. Так вот Сосновский, в честь которого получил название гигантский и ядовитый, обнаруженный в Грузинской ССР борщевик, — был оппонентом Лысенко.
Есть версия (источник — история.рф), что утвердив для внедрения вместо безопасных растений — ядовитый борщевик, Трофим Денисович хотел уничтожить Сосновского. Ведь очевидно, что вскоре опасность ситуации вскрылась бы, вот тогда можно было бы показать Сосновскому «кузькину мать».
Если верить этой версии об истории происхождения борщевика Сосновского как героя силосного проекта СССР — то скорее это не «месть Сталина», а «месть Лысенко». Однако, кто знает как Лысенко был взаимосвязан со Сталиным.. В результате, месть провалилась — т.к. Дмитрий Сосновский умер в 1953-м, а вот борщевик живет и здравствует, продолжая захватывать всё новые территории.
Итак, с этого момента, то есть с середины XX-го века, борщевик Сосновского начинает свою историю в России как многолетняя кормовая силосная культура и её начинают массово сеять и возделывать на территории РСФСР. Кормовому борщевику Сосновского дали отдельное имя — «Северянин».
История интродукции борщевика в за пределами РСФСР
Использовать гигантский сорняк для корма животных пытались во многих странах, обратив внимание на письменные свидетельства XIX — XX веков, в которых упоминается, что им питались олени, туры, медведи, лоси, зубры, а также овцы, козы и коровы. В Монголии, к примеру, скотоводы выхаживали с помощью борщевика скот (кроликов или животных крупнее), ослабевший после зимы.
В некоторых странах Европы, в частности в Норвегии изучали другой вид гигантского борщевика — борщевик Мантегацци. Это растение превосходит кавказский борщевик по размерам и зелёной массе и было очень привлекательно использовать его в кормовой базе. Однако, уже к середине столетия европейские ученые сделали неутешительные выводы относительно соотношения плюсов и минусов использования борщевика в качестве силосной культуры.
История борщевика Сосновского
В разделе «Биология борщевика» мы публикуем материал о систематическом положении, биологии и экологии борщевика Сосновского, этимологии слова борщевик, терминологии. В новом разделе «История борщевика» планируется освещать исторические факты (события, персоны) связанные с этим видом. Со временем, эти разделы можно будет и объединить.
Мы будем особо благодарны за дополнения и критические замечания. Хотелось бы допустить как можно меньше ошибок в «историческом разделе».
О систематике и названии борщевика Сосновского
Растения борщевика Сосновского ( Heracleum sosnowskyi Manden. относятся к семейству Зонтичные (лат. Apiáceae). Из списка ботаников-систематиков и сокращений которые используются при цитировании научных (латинских) биноминальных названий растений понятно, что борщевик Сосновского был выделен и описан Идой Манденовой (Ida P. Mandenova, 1907—1995). Принятое сокращение Manden. (IPNI).
Статья заграничных авторов Sárka Jahodová, Lars Fröberg, Petr Pysek, Dmitry Geltman, Sviatlana Trybush, Angela Karp Taxonomy, Identification, Genetic Relationships and Distribution of Large Heracleum Species in Europe // Ecology and Management of Giant Hogweed (Heracleum mantegazzianum) / Ed. P. Pysek, M. J. W. Cock, W. Nentwig, H. P. Ravn. 2007. P.352.
Далее перевод нескольких абзацев (стр.6) : «Основные исследования рода Heracleum на Кавказе были тесно связаны с деятельностью Иды Манденовой. Она работала в Тбилиси и в Ленинграде в гербарии Ботанического института им. В.Л. Комарова. В 1944 г в Грузии она описала еще один вид из группы гигантских борщевиков — Heracleum sosnowskyi (историко-культурная область Месхетия; Манденова, 1944). Результаты были проверены и опубликованы в монографии по кавказским видам Heracleum (1950).
По непонятным причинам, И. Манденова не представила число видов Heracleum во втором издании А.А. Гроссгейма «Флора Кавказа», который был подготовлен Софьей Георгиевной Тамамшян. С.Г. Тамамшян в целом следует концепции И. Манденовой, но рассматривает H . s osnowskyi как синоним H.wilhelmsii, а Н.grossheimii как синоним H .mantegazzianum… »
Вот несколько ссылок на работы Иды П. Манденовой. Сами работы мы пока не читали, но обязательно найдем и выложим.
Рекомендуем посетить раздел «Литература о борщевике» (статьи, доклады, презентации о борщевиках).
Об интродукции борщевика
Инициаторами введения в культуру борщевика Сосновского являются сотрудники Поярно-альпийского ботанического сада Кольского филиала АН СССР (А.Н. Аврорин, А.А. Марченко), ленинградские учёные (В.Н. Соколов, И.Б. Сандина, П.Ф. Медведев), учёные Коми филиала АН СССР (П.П. Вавилов, К.А. Моисеев, Е.С. Болотова), белорусские исследователи (Н.В. Смольский, А.К. Чурилов) и др. (Александрова, 1971).
История внедрения и география распространения борщевика Сосновского
Борщевик Сосновского впервые был описан в 1944 г. Это выносливые растения хорошо произрастающие в холодном климате. На северо-западе России, он впервые был интродуцирован в 1947 г. Как кормовое растение его вводили в Латвии, Эстонии, Литве, Беларусии, Украине, бывшей ГДР (Nielsen et al, 2005). В России первый образец был собран в гербарий в 1948 г. в районе Серпухово, Московская область. До 1970-х годов борщевик Сосновского отмечали редко, но позже, вид получил широкое распространение (Игнатов и др. 1990). В ботанических садах растение культивировали как декоративное (Бялт, 1999; Григорьевская и др., 2004).
В Польше борщевик появился во второй половине 20 века. В 1958 году исследования, направленные на определение свойств борщевика Сосновского началась в ботаническом саду Медицинской академии г.Вроцлава (Kosteczka-Mądalska, 1962; Kosteczka-Mądalska, Bańkowski, 1963). Опытные участки заложили в районах с большим количеством осадков. В южной части Польши эти исследования проводили в Закопане (Lutyńska, 1980; Walusiak, 2005; Wrobel, 2008).
В Латвии борщевик культивировали в качестве кормового растения, в 1948 г. были созданы экспериментальных сельскохозяйственные фермы. В 1956 году Е. Eihe описал борщевик как кормовое растение (Gsvrilova, Rose, 2005), а с 1960 г. начали активное выращивание борщевика (Laiviņš, Gavrilova, 2003). В некоторых регионах Латвии растение культивировали как декоративное, медонос или как корм для птиц (семена).
В Эстонии первое сообщение о борщевике Сосновского сделано в 1957 г. Растение вводили как силосное и медоносное. К 1980 г. плантации борщевика были существенно расширены (Linnamägi, перс. сообщение).
В Литве растение ввели в 1950 г. (Nielsen еt al, 2005). Первый экземпляр в гербарии был собран значительно позже, в 1987 г. (Gudžinskas 1998).
В странах Балтии к концу 20-го века борщевик занимает значительные площади и в 1980-х годах впервые рассматривается как вредный сорняк. В 1986 году в Латвии (Rasiņš 1986) и 1987 г. в Эстонии борщевику присвоили статус агрессивного сорняка. Борщевик Сосновского произрастает в Германии (Nielsen et al. 2002; Jahodová et al, 2007b, Lambdon et al, 2008), в Венгрии показано несколько «точек распространения» (Lambdon et al, 2008). В северных странах вид известен только в Дании (Fröberg, 2009).
Борщевик на Сахалине
Борщевик Сосновского был завезен на остров Сахалин в 1962 г. для создания высокопродуктивной силосной культуры с целью улучшения кормовой базы сельскохозяйственных животных. Уже в первые годы интродукции борщевика Сосновского были замечены некоторые вредные для человека свойства (появление ожогов на коже при соприкосновении с наземными частями растений) и интенсивное распространение в пределах небольшого экспериментального участка. Никаких специальных мер по ограничению его распространения после завершения интродукционной тематики принято не было. И борщевик Сосновского далеко «вышел» за пределы опытных делянок. Он покрывает значительные территории вокруг института, а также произрастает на полях Сахалинского научно-исследовательского хозяйства (где также внедрялся в качестве новой силосной культуры) и на территории Сахалинского ботанического сада (семена попали при переносе коллекций растений с экспериментального участка СахКНИИ). Он отмечается по обочинам автодорог и окраинам полей, а также в городах и поселках в Анивском, Корсаковском, Долинском и Холмском районах. На используемых сельскохозяйственных землях (пашня) борщевик не закрепляется, внедрения борщевика в лесные сообщества на современном этапе тоже не отмечено. Теперь в лаборатории приходится вести исследование биологических особенностей этого вида с целью искоренения борщевика на захваченных им территориях или хотя бы эффективного сдерживания его дальнейшего распространения (Смирнов, 2006).
Фотофакты о борщевике и не только
Рис.1. Организатор и первый директор Института биологии Коми НЦ УрО РАН чл.-корр. АН СССР, акад. ВАСХНИЛ П.П. Вавилов (крайний слева), ……. (в центре), Н.В. Чебыкина (справа) из лаборатории физиологии растений ИБ.
Рис.3. Борщевик Лемана на шестой год жизни (Биостанция Коми филиала АН СССР) (Моисеев, 1969).
Рис.4. Механизированная уборка борщевика Сосновского (Агробиологические ресурсы…, 1999).
Откуда взялся борщевик? Раньше же не было.
Сначала определимся с тем, про какой борщевик речь.
Борщевик — это целый род ботанического семейства зонтичные, который включает много видов. Большинство из них безобидны, некоторые даже съедобны. Вид, который нас интересует, которому посвящён данный сайт, называется борщевик Сосновского (Heracleum Sosnowskyi Manden).
Назван он так в честь учёного, изучавшего природу Кавказа, хотя сам Д.И.Сосновский не имел к нему никакого отношения. На самом деле этот борщевик нашла и описала Ида Пановна Манденова (поэтому её фамилия фигурирует в латинском названии). Она изучала и описывала разные виды кавказских борщевиков, а Дмитрия Ивановича очень уважала, и потому в честь него решила назвать.
В природе борщевик Сосновского растёт в горах на субальпийских лугах Кавказа, в Закавказья и Турции. Там он растёт поодиночке и небольшими группами, занимает своё место в природном сообществе, не образуя сплошных зарослей от горизонта до горизонта.
Чего, к сожалению, нельзя сказать о средней полосе и севере России, куда его привезли в середине ХХ века и начали выращивать.
Была, правда, одна неприятность : ожоги. Поэтому учёные стали пытаться выводить сорта без фуранокумаринов (тех самых веществ, от которых получаются ожоги). Совсем безвредных сортов так и не вывели, хотя были некоторые успехи в этом направлении: например, сорт «Северянин».
Не всё оказалось гладко с этими новыми кормами: работники колхозов получали ожоги, молоко горчило, у коров возникали проблемы со здоровьем чаще, нежели обычно. В общем, примерно в 80-ых решили это дело сворачивать, хотя ещё в 1984-м году о нём ещё писали в книгах как о кормовом растении:
Кому интересно, есть ещё видео от МСХА им.Тимирязева про то, как внедряют новые кормовые культуры. Внедряли, внедряли.
А потом грянули лихие 90-ые, сельскому хозяйству пришлось довольно туго, не до борщевика уже было. Забыли про борщевик аж до 2012 года, когда кое-где инвазия была уже налицо и для того, чтоб с ним бороться, надо было хотя бы вычеркнуть его из списка сельскохозяйственных растений и из списка полезной продукции. В 2015 году его объявили сорняком, и до сих пор он числится в этом списке сорняков где-то между лопухами и одуванчиками.
Безусловно, законодательство наше ещё предстоит совершенствовать. Однако, несмотря на отсутствие у борщевика какого-то особого статуса, в некоторых регионах уже имеются целевые программы по борьбе с ним, проблема инавазии борщевика уже многими осознаётся как серьёзная проблема. Но это лишь начало пути, до удовлетворительных результатов ещё долго.
Почитать более подробно про историю инвазии можно, например, ЗДЕСЬ.
Заметим, что борщевик разводили не только в СССР, но ещё и в Европе, туда он попал как декоративное растение. Правда, это был не борщевик Сосновского, а борщевик Мантегацци (очень близкий его родственник), но сути это не меняет. В Европе осознали ситуацию раньше, поэтому и дела в настоящее время у них значительно лучше. Это так, информация к размышлению. 🙂
Бессмысленно сейчас ругать наших предшественников, которые завели борщевик. В настоящее время это нам никак не поможет. Если посмотреть на вещи шире, то в XIX-ХХ веке люди стали очень активно перемещаться по планете и перевозить различные живые организмы туда-сюда вольно и невольно. Часть организмов погибает в чуждой им экосистеме, часть натурализуется. И лишь некоторые оказываются очень успешны на новом месте. Настолько успешны, что начинают вытеснять местные виды. Очень трудно предсказать заранее, проявит ли организм на новом месте инвазионные свойства. Проблема биологических инвазий очень глобальная, борщевик – лишь частный случай. В нашем сельском хозяйстве есть очень много интродуцированных растений: картофель, кукуруза, рис… Едим же мы картошку за обе щёки – никто ведь не обвиняет тогдашних агрономов (тогда и слова-то такого не было, наверно) или правительство (ещё Петра I), что завезли к нам картофель…
С борщевиком проблема в том, что он не вписался в наши экосистемы. Если и виноват кто-то из наших предков, то только те, кто увидел активное расселение борщевика и не забил тревогу вовремя, когда можно было бы принять меры только в колхозах и вокруг колхозов, где разводили борщевик.
Карты распространения борщевика Сосновского и зачем мы сделали свою
Предыстория вопроса
Борщевик Сосновского (wikipedia.org
По оценкам учёных и специалистов сейчас заражено более миллиона гектаров в европейской части России.
Распространение борщевика Сосновского Проект РНФ, № 16-14-10323 (Рук. В.Г. Петросян), ИПЭЭ РАН
О борщевике Сосновского в последнее время много пишут в СМИ, но он далеко не самое опасное растение, которое можно встретить в лесах России. Борщевик Сосновского, по крайней мере, не смертелен. К слову, на Хабре есть интересный цикл заметок о более ядовитых и смертельных растениях.
Тренд на Борщевик
Общественный интерес к картам борщевика Сосновского возрос в 2017 году. Этому способствовали:
доступность бесплатных спутниковых снимков Sentinel-2 (о том, как европейская программа Copernicus и спутники Sentinel, повлияли на разные отрасли я напишу как-нибудь отдельно)
возросший интерес к самому борщевику. По данным Google Trends видно появление скачков интереса каждое лето с 2017 года.
Борщевик Сосновского в Google Trends
Карты распространения Борщевика
К настоящему времени существует больше десятка разных карт распространения Борщевика.
По способу наполнения они делятся на:
Краудсорсинговые карты распространения борщевика Сосновского
Главным плюсом краудсорсинговых карт является то, что они, в теории, оперативно показывают самые социально значимые очаги борщевика, то есть, те места, где борщевик представляет наибольшую опасность для людей (а иначе бы без людей, никто не отметил бы его на карте). И на основе таких карт можно планировать тактические шаги по борьбе с сорняком.
На этом плюсы заканчиваются и начинается большой список компромиссов:
Краудсорсинговые карты не точны
Во многих картах в принципе не предусмотрено какой-либо информации, кроме указания точки заражения (не области) и текстового описания. На основе такой информации нельзя судить об объемах заражения и динамике.
Там, где можно указать полигон заражения, даже если не рассматривать вопросы точности, эти данные надо перепроверять. Вот пример абьюза одной из карт, на которую обратили внимание и популяризировали СМИ в мае 2021 года:
Борщевик в Кремле по данным краудсорсинга
Краудсорсинговые карты не подходят для оценки общей степени заражения
Можно спросить, а нужно ли искать борщевик там, где он не угрожает людям. Если ставить задачу глобальной победы или контроля над борщевиком, то нужно. Это вопрос экологической политики и экономики средств.
Одной из первых карт можно отметить карту РИВР (распространение инвазивных видов растений на примере борщевика Сосновского).
Одна из старейших карт распространения борщевика Сосновского. Наполняется профессионалами для профессионалов. Представляет большую ценность для научного изучения борщевика Сосновского.
Но, к сожалению, для целей планирования борьбы или сбора статистики, подходит очень ограниченно. Данные об очагах заражения обновляются от случая к случаю и карточки очагов не содержат данных о площадях.
Самой популярной среди обычных пользователей, наверное, является краудсорсинговая карта волонтёрского сообщества Антиборщевик.
Карта перезапускалась и улучшалась несколько раз. Последний перезапуск был в 2020 году: помимо возможности одновременного добавления очагов разными пользователями, добавили функционал комментариев, улучшили юзабилити.
Также на эту карту добавляются карты борщевика, распознанные по спутниковым снимкам. (об этом ниже)
Насколько мне известно, главный фокус сообщества это именно краудсорсинговая карта и ребята готовят ещё одно большое обновление по этой части.
Карта может считать краудсорсинговой:
изначально она наполнялась на основе данных от муниципалитетов
сейчас карта также обновляется на основе поступающих заявок на портал Добродел
Помимо того, что карта является рабочим инструментом для органов власти, в плюсы можно записать актуальность и отображение статуса борьбы.
Минусами этой карты, помимо стандартных краудсорсинговых, являются:
Методология, по которой в качестве очагов выделяются кадастровые участки, а не зоны распространения борщевика. Это даёт ошибку как в случае с большими кадастрами, где борщевик может быть только на небольшой площади, так и в случае со скоплениями маленьких кадастровых участков (например, коттеджные посёлки), где выделяется один «крайний» кадастр, а остальные пропускаются.
Наличие непрозрачной дополнительной прослойки между пользователем, который оформил заявку на Доброделе, и конечной карты. Таким образом, нельзя объективно судить даже о том, насколько полно эта карта отражает ситуацию на Доброделе.
Тот же оператор может, например, взять и отклонить заявку пользователя, направив стандартную отписку. Нередки случаи, когда сначала приходит отписка, и только повторное обращение приводит к каким-то результатам.
Спутниковые карты распространения борщевика Сосновского
Как я уже писал, появление доступных спутниковых снимков Sentinel-2 дало толчок к картографированию борщевика. Несмотря на низкое разрешение в 10м на пиксель, борщевик Сосновского очень хорошо виден даже на таких снимках:
его яркий зелёный цвет хорошо выделяет его на фоне растительности
он очень быстро разрастается, поэтому очаги занимают большие видимые территории
в отличие от возделываемых с/х культур, у него отсутствует какая-либо упорядоченность текстуры (или, можно сказать, что текстура случайная)
У карт по снимкам есть ряд ограничений:
разрешающая способность снимка не позволяет распознать сорняк, который занимает менее 1 пикселя
сложно определить сорняк, если он смешан с другими растениями или объектами, или закрыт от съёмки (например, в лесу)
иногда бывают проблемы с доступностью снимков для нужной территории в нужное время
Помимо Sentinel-2, можно использовать высокоточные спутниковые снимки или съёмку БПЛА. В этом случае качество распознавания существенное повышается.
Ниже примеры распознавания борщевика на высокоточных космических снимках и ортофотопланах с БПЛА.
Борщевик на высокоточных снимках (разрешение Борщевик на снимках с БПЛА (разрешение
Спутниковый индекс борщевика Сосновского?
В этой работе автор Дмитрий Рыжиков проанализировал спектральные отражения борщевика наземным спектрометром и на спутниковых снимках и заметил, что борщевик Сосновского достаточно хорошо можно определить по комбинации зеленого, синего и ближнего инфракрасного спектров.
Комбинации спектров, характерны для борщевика Сосновского и других поверхностей из диссертации «Контроль зон произрастания борщевика Сосновского по спектральным характеристикам отражённых волн оптического диапазона»
На основе комбинации этих трёх каналов он сформулировал вегетационный индекс борщевика Сосновского. Вместе с вегетационным индексом NDVI, который показывает уровень здоровья растительности, это индекс позволяет уже на каком-то уровне определять борщевик по спутнику, даже без использования ИИ моделей (хотя точность остаётся относительно невысокой).
В том же 2018 году компания Совзонд выпустила свою карту распространения борщевика по Московской области. Несмотря на свой возраст, она до сих попадает на первые страницы поиска по запросу «карта борщевика», а слой борщевика с неё многие используют у себя. Например, до середины 2021 года именно этот слой использовался в качестве основного на карте сообщества Антиборщевик.
Изначально там был только слой с данными по Московской области от 2017 года, но в последнее время добавляется все больше и больше данных.
Отдельно можно отметить, что карту стараются максимально проверить через личное посещение очагов произрастания. В 2021 году главный автор карты лично проехал половину европейской России, чтобы верифицировать карту.
Карта экспедиции сообщества Антиборщевик для верификации карты
К сожалению, по Московской области спутниковая часть карты обновлена только по 2019 году, так как по 2020 году ребятам не удалось на своём стеке технологий собрать безоблачную мозайку по Московской области.
Закрытые карты администраций регионов
Насколько я знаю, администрации отдельных регионов заказывают себе карты распространения борщевик. К сожалению, несмотря на то, что эти карты делаются на наши с вами деньги, эти карты не выкладываются в общий доступ, и сказать что-то о них сложно.
Нерешенные проблемы всех публичных карт распространения борщевика
Сопоставимость и поддержка
Каждый раз приходят новые команды и делают новую карту, на новой технологии, с новыми данными и новой методологией
Даже сейчас, когда есть набор спутниковых данных за 5 лет, нет карт одного и того же региона в динамике
Поиск баланса между стремлением к идеальному «качеством» и практическим применением того, что уже получается
Ограниченность доступного технического ресурса (в основном для спутниковых карт)
Многие спутниковые карты борщевика сделаны на простых моделях, а иногда даже просто на ручном анализе спектров (например, по тому же индексу борщевика), которые фундаментально ограничены по точности
В общем, посмотрев на все это, мы решили сделать для себя ещё одну карту.
Зачем мы сделали ещё одну карту?
Когда мы задумывались о своей карте зимой 2020-2021, единственная рабочая карта по Московской области была за 2017 год. Сейчас появилась за 2019 год. Надежды, что летом 2021 в публичном доступе появится карта за 2021 год, нет до сих пор.
Есть проект активистов из Борщевиктори по 2021 году, но предположу, что он будет завершен уже осенью. Кстати они ищут ищут волонтеров для верификации самых зараженных районов.
Вызов, который мы решали для себя – сделать карту во время сезона борьбы с борщевиком, чтобы можно было использовать ее для реальной работы в сезоне
Нужен был свой движок, чтобы можно было в реальном времени анализировать свежие данные. Например, для контроля качества обработки борщевика.
Нас не устраивало качество доступных карт, как с точки зрения точности распознавания, так и закрытости информации по исходным данным для распознавания
Карта борщевика в Московской области по данным 2021 года
Так выглядит пример самой карты с распознанным борщевиком Сосновского (снимок Sentinel-2, 1 пиксель = 10х10 метров)
Участок карты с распознанным борщевиком Сосновского
Согласно нашей карте, распознанная площадь заражения борщевиком по Московской области составила 34 тысячи гектар
Карта заражения Московской области борщевиком Сосновского в 2021 году
Городские округа с наибольшей площадью заражения борщевиком:
Очевидно, что эти данные не полностью отражают реальную картину:
С одной стороны, все участки заражения борщевиком Сосновского меньше 10х10 метров или участки со смешанной растительностью не определяются из-за ограничений спутниковых снимков Sentinel-2.
Оптимизируя параметры моделей, мы ставили в приоритет Recall за счёт Precision. Задача была не пропустить участки борщевика там, где они есть, пусть и пришлось расплачиваться за это
10-15% ложных срабатываний.
Уже в текущем виде карта позволяет уточнить контуры распространения борщевика и сократить расходы и время на его дальнейшую обработку.
Ниже представлено, насколько может отличаться контур обработки борщевика, нарисованный человеком в системе РГИС Московской области (жёлтый контур), и контур, распознанный моделью (красный контур).
Сравнение данных РГИС и ИИ модели
Особенности технической реализации:
Карта сделана на основе Sentinel-2, с верификацией отдельных районов по высокоточным снимкам и ортофотопланам с БПЛА
Используются свежие данные за 2021 год (никто ещё не делал по 2021 году)
Используем модели компьютерного зрения (если коротко, то свёрточные сети тайлами от 5х5 пикселей), а не просто фильтры по спектрам или 1-пиксельные модели
Такой подход показал свою эффективность при анализе с/х земель, где одним из отличительных признаков является текстура
По нашей оценке, за счёт такого подхода удаётся повысить точность на 15-20%
Проанализировали множество снимков, начиная с 2018 года, чтобы иметь возможность оценить участки в динамике
Пришлось скачать свыше
1 ТБ спутниковых снимков за все года
Примеры применения технологии картирования борщевика для других целей
Обе темы заслуживают отдельного подробного рассказа, поэтому в этой заметке только кратко их затрону.
Сделали MVP, который накладывает карту борщевика на кадастровый слой и определяет кадастровые участки с необработанным борщевиком
С юридической точки зрения, подобная система не может быть основанием для выписки предписаний. Но с такими данными в разы повышается эффективность работы инспекторов, которые могут заранее понять, куда надо ехать для проверки.
Научились проводить аудит подрядчиков по борьбе с борщевиком
Со спутника отлично видно, какие очаги борщевика были обработаны, а какие нет.
Если будем продолжать, то наметили для себя несколько направлений, куда двигаться дальше
Моделирование распространения. То есть прогнозировать границы очагов борщевика Сосновского в следующем году на основе текущего
Использование временных рядов для более точной оценки наличия и определения расцвета борщевика
Оценка распространения борщевика Сосновского в лесу на основе периметра леса
Заключительное слово и благодарности
Отдельно хочу поблагодарить своего коллегу Даниила Овсянникова, который в 2020 году облетал на БПЛА борщевик в большинстве районах Московской области, а потом провёл кучу бессонных ночей и выходных для того, чтобы подготовить корректную разметку данных для обучения моделей.