известно что борщевик сосновского
Осторожно, борщевик! Как защитить себя от опасного растения?
Фото: commons.wikimedia.org
Борщевик Сосновского — опасное растение, способное серьезно испортить жизнь. Это многолетнее зонтичное растение, которое активно размножается, вытесняя другие виды, а его сок провоцирует сильные ожоги. Дело в том, что сок борщевика Сосновского содержит много фурокумарина. Это вещество при попадании на кожу усиливает ее чувствительность к солнечным лучам, и, как следствие, приводит к тяжелым ожогам, которые долго не заживают.
Инфографика: Мосприрода
А как у нас? Борщевик Сосновского в ЗАО
В ЗАО ситуацию по борщевику в целом благоприятная — он попадается только изредка, а коммунальные службы стараются быстро его ликвидировать. О борьбе с зеленым вредителем рассказал заведующий сектором по работе с геоинформационным порталом управления ЖКХ и благоустройства префектуры ЗАО Денис Очаркиев.
По словам Дениса, химикаты в борьбе с борщевиком в городе применять нельзя — обычно это растение встречается на особо охраняемых природных территориях, где запрещены гербициды. Поэтому остается только выдать представителям коммунальных служб закрытую рабочую одежду, маски, провести инструктаж и отправить косить.
Как обезопасить детей?
Кандидат биологических наук и главный специалист ГПБУ Мосприрода Азамат Кунафин предупреждает, что борщевик — опасное растение, к которому нельзя прикасаться без защиты и ни в коем случае нельзя подпускать к нему детей. Каждый год в больницах оказывается много ребят, которые хотели поиграть с полыми стеблями, а игра закончилась ожогами, которые угрожали жизни.
Инфографика: Мосприрода
На даче вырос борщевик. Что делать?
Часто борщевик Сосновского встречается за городом — на дачных участках или около загородных домов. Семена легко переносятся ветром, поэтому риск, что растение появится и на участке, достаточно велик. Поэтому от него тоже необходимо избавляться. Игнорировать нельзя — кроме опасности ожога, за бездействие в отношении борщевика предусмотрены штрафы.
Борщевик в городе. Что предпринять?
Если же вы заметили борщевик на территории Москвы, необходимо немедленно сообщить о нем. Это можно сделать разными способами.
Кроме того, возможность сообщить о растениях появилась и на портале «Наш город»: https://gorod.mos.ru/. К началу лета на сайте открыли новую тему. Она доступна в трех категориях: «Мой двор», «Моя дорога» и «Мой парк». Пользователи портала могут оставить сообщение о том, что в парках, дворах или на газонах вдоль дорог вырос борщевик Сосновского. Городские службы оперативно уничтожат опасный сорняк. Ответ об устранении проблемы придет заявителю не позднее, чем через восемь рабочих дней.
Сок борщевика попал на кожу: алгоритм действий
Что же делать, если сок все же попал на кожу? Сок вызывает ожоги при воздействии солнечного света, поэтому пораженную часть нужно сразу же изолировать от солнца и тщательно промыть поврежденное место большим количеством воды с мылом. После, по-прежнему закрывая пораженную часть от солнца, необходимо обратиться к врачу. Медлить нельзя — промедление грозит появлением ожога, который очень долго не заживает и причиняет сильную боль.
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.
Борщевик Сосновского: растение-терминатор или культура будущего
Высокое мощное растение с широким зонтиком стало бедствием для полей, а может приносить огромную пользу
Кирилл Ткаченко,
доктор биологических наук, руководитель группы полезных растений и лаборатории семеноведения Ботанического сада Петра Великого, Ботанического института им. В. Л. Комарова РАН
«Коммерсантъ Наука» №24 (3), сентябрь 2020
Фото: Кристина Кормилицына / Коммерсантъ
Страшный сорняк, захвативший огромные угодья, появился как надежда советского сельского хозяйства. Справиться с ним обычными способами не удается — поэтому, вероятно, стоит начать его хозяйственное использование.
На пленуме ЦК КПСС в 1946 году было принято решение поднимать кормовую базу для сельскохозяйственных животных в стране, и выбор ученых пал на борщевик Сосновского. Первые испытания по введению в культуру борщевика Сосновского состоялись в 1947 году в Полярно-Альпийском ботаническом саду, где он был введен в первичную культуру, изучен и рекомендован для выращивания как кормовое растение. Виды рода борщевик (Heracleum; семейство сельдерейные, или зонтичные) как кормовые растения в СССР стали активно изучать после 1947 года, особенно интенсивно — в 1960–1980 годах, они входили в государственные программы по новым и нетрадиционным кормовым культурам, активно поддержанные КПСС и правительством СССР.
Борщевик Сосновского как высокоурожайная кормовая и силосная культура, богатая протеином, витаминами, микроэлементами, сахарами, обеспечивающими хорошую силосуемость, привлек многие хозяйства в разных регионах страны. Урожайность зеленой массы борщевика в Нечерноземной зоне была много выше таковой для кукурузы. Многолетнее использование плантаций борщевика (отсутствие ежегодных вспашек, внесения удобрений и прочих применяемых затратных агроприемов) и, следовательно, дешевизну его возделывания по сравнению с традиционными кормовыми культурами оценили многие животноводческие хозяйства.
Борщевик Сосновского, Heracleum Sosnowskyi
Был впервые описан в Грузии (Месхетии) Идой Пановной Манденовой в 1944 году. Травянистое двухлетнее растение, монокарпик (размножается единожды за время жизни), с высокой адаптационной изменчивостью, коротким периодом вегетации, приспособленностью к короткому световому дню, повышенной радиации и гипоксии, среди борщевиков других видов он выделяется размерами. Генеративный побег борщевика Сосновского поднимается на 2–6 м в высоту, диаметр главного зонтика достигает 1,3 м, диаметр розетки листьев доходит до 3 м. Борщевик Сосновского легко приспосабливается даже к условиям Заполярья. Он влаголюбив, предпочитает плодородные легко- и среднесуглинистые, супесчаные почвы, плохо, но растет на бедных, кислых и неплодородных почвах, где имеет значительно меньшие размеры.
Началось его селекционное улучшение, и к началу 1980-х годов были выведены новые сорта борщевика: «Северянин» с низким содержанием кумаринов — в Коми В. М. Мишуровым, безкумариновый «Отрадный БИН-1» на основе борщевика понтийского H. Ponticum — И. Ф Сацыперовой на научно-опытной базе «Отрадное» Ботанического института им. В. Л. Комарова РАН. Семена этих сортов борщевика ежегодно рассылались килограммами по селекционным и сортоиспытательным станциям для оценки и внедрения в хозяйства, но внедрены они так и не были: помешали политические события конца 1980-х — начала 1990-х годов.
Борщевик, раз попав на поля, стал распространяться и занимать все свободные пространства вокруг и вдоль дорог и далее в лесополосах. Особенно быстро процесс пошел в начале 1990-х годов, когда поля и сельскохозяйственные угодья были заброшены. Спустя 15–20 лет борщевик Сосновского стал настоящим бичом территорий России и бывших республик СССР. Сейчас он занял, по разным оценкам, от 20% до 40% сельскохозяйственных угодий.
Способы хозяйственного использования борщевика Сосновского
Первый, наиболее простой: увеличить кормовую базу животноводства, чтобы увеличить поголовье крупного рогатого скота в стране на порядок. Основным полупродуктом может быть жмых борщевика Сосновского после отжима сока.
Второй: производство сахара. Может быть в 2–3 раза повышена рентабельность сахарных заводов России при их незначительной модернизации.
Третий: получение биоэтанола, то есть использование сахаристости борщевика Сосновского для производства спиртов. Биоэтанол — дешевое и экологически чистое моторное топливо.
Четвертый: получение древесного угля, снова из жмыха, для бытовых нужд, технология хорошо освоена.
Пятый: получение целлюлозы, и снова из жмыха, для производства картона.
Шестой: получение пилет и гранул для отопительного оборудования.
Седьмой: как сырье для фармацевтической промышленности путем выделения биологически активных соединений (кумаринов, флавоноидов, смол и др.).
Восьмой: как сырье для медицинской и парфюмерной промышленности путем выделении из его корней, листьев и плодов эфирных масел.
Девятый: получение технических эфирных масел для различных отраслей промышленности.
Многие годы борщевик Сосновского был предоставлен сам себе и проявился как инвазивный вид, угнетающий природные луговые биоценозы. Он стал угрозой биологическому разнообразию природных ландшафтов. Контролировать его распространение стало актуальной задачей фитосанитарной безопасности России.
В ноябре 2015 года Министерством сельского хозяйства борщевик Сосновского внесен в «Отраслевой классификатор сорных растений». В бюллетене ФГБУ «Государственная комиссия Российской Федерации по испытанию и охране селекционных достижений» (выпуск № 6 (176), 2018 год) борщевик Сосновского (районированный сорт «Северянин») исключен из Государственного реестра селекционных достижений, допущенных к использованию. После принятия таких документов борщевик Сосновского следует уничтожать по всей территории его распространения.
Борщевик уникален тем, что способен хорошо расти в климатических условиях северного Нечерноземья, где пшеница и кукуруза растут довольно плохо, а он еще и не требует затрат на посевные работы. Если бы в 2019 году борщевик Сосновского собрали со всех сельхозугодий (что, конечно, невозможно), где он растет (60 млн га), то при его средней урожайности 70 тонн с гектара можно было бы рассчитывать на 4200 млн тонн зеленой массы — это почти 600 млн тонн кормовых единиц! А потребность России в кормах для животноводства и птицеводства зимой 2018/2019 годов составляла около 100 млн тонн кормовых единиц. Количество протеина в борщевике — около половины всех растительных белков, заключенных в мировом урожае зерновых в 2015 году. Белки в борщевике в основном остаются в жмыхе после отжима сока.
Биологические особенности борщевика Сосновского
Вегетация борщевика Сосновского начинается весной сразу после схода снега — до появления других растений, и он активно использует весеннюю влагу, отнимая жизненный ресурс у других растений. Быстрый рост, способность расти скученно, огромные листья, затеняющие почву и забирающие до 80% солнечного света, позволяют ему вытеснять аборигенные виды и препятствовать их возобновлению. Семена борщевика Сосновского завязываются путем перекрестного опыления: одно растение может дать начало новой популяции, поскольку продуктивность его чрезвычайно высока. В средней полосе России одно растение может производить до 40–50 тыс., а отдельные хорошо развитые экземпляры при благоприятных условиях — до 150 тыс. семян! Всхожесть семян высокая от 60% до 90%. Кроме того, семена и различные части растения выделяют биологически активные вещества, оказывающие выраженное ингибирующее воздействие на прорастание семян других видов растений.
Внедрение борщевика Сосновского в природные ландшафты изменяет пейзажи. Эти гигантские растения, произрастая в изобилии в парках, на заброшенных усадьбах, других исторических местах, внедряются в рекреационные зоны, захватывают берега водоемов, нарушая естественные природные ценозы.
По материалам статьи В. Л. Богданова, Р. В. Николаева и В. В. Шмелевой «Инвазия экологически опасного растения борщевика Сосновского на территории европейской части России», журнал «Региональная экология».
Борщевик Сосновского сопоставим по урожайности на силос с кукурузным силосом (70 тонн с гектара против 80 тонн), но существенно превосходит кукурузу по всем значимым кормовым качествам.
Борщевик — важный источник эфирных масел, их содержание в зрелых семенах колеблется от 1% до 5%, иногда 10%, в сырой массе корневищ — до 1%, в зеленой массе (листьях) эфирных масел меньше: не более 0,1%. Всего в пределе (недостижимом, разумеется) можно собрать из российского урожая борщевика порядка 8 тыс. тонн эфирных масел! Это на два-три порядка больше, чем нужно всему мировому рынку.
В надземной части борщевика заключено значительное количество целлюлозы, хотя и не очень высокого качества: около 60% сухой массы, или 9% зеленой массы. В пределе (недостижимом) из борщевика можно получить около 300 млн тонн целлюлозы, вдвое больше потребностей мирового рынка.
Можно также производить из борщевика Сосновского биоэтанол, его прогнозируемая продуктивность при этом рекордная среди всех растений, включая теплолюбивые: в идеале до 25 тыс. литров с гектара. Нынешние рекордсмены, сахарный тростник и сахарная свекла, позволяют производить соответственно 4550 и 5060 литров биоэтанола с гектара.
Так что прежде чем уничтожать, стоило бы попытаться использовать ресурс биомассы борщевика в интересах экономики России.