Точное земледелие

Точное земледелие — комплексная высокотехнологичная система сельскохозяйственного менеджмента, включающая в себя технологии глобального позиционирования (GPS), географические информационные системы (GIS), технологии оценки урожайности (Yield Monitor Technologies), технологию переменного нормирования (Variable Rate Technology), технологии дистанционного зондирования земли (ДЗЗ) и решения технологии "интернет вещей" (IoT).

В условных цветах (на англ.) показана карта дифференцированного внесения для точного земледелия, полученная с помощью данных дистанционного зондирования Земли. Источник: Обсерватория Земли НАСА (на англ.)^[1]

Точное (координатное) земледелие

В основе научной концепции точного (координатного) земледелия лежат представления о существовании неоднородностей в пределах одного поля. Для оценки и детектирования этих неоднородностей используются новейшие технологии, такие как системы глобального позиционирования (GPS, ГЛОНАСС, Galileo), специальные датчики, аэрофотоснимки и снимки со спутников, а также специальные программы для агроменеджмента на базе геоинформационных систем (ГИС). Также в последнее время для решения этих задач все более активно стали использоваться технологии искусственного интеллекта. Собранные данные используются для планирования высева, расчёта норм внесения удобрений и средств защиты растений (СЗР), более точного предсказания урожайности и финансового планирования. Данная концепция требует обязательно принимать во внимание локальные особенности почвы/климатические условия. В отдельных случаях это может позволить легче установить локальные причины болезней или уплотнений.

На среднем западе США точное (координатное) земледелие ассоциируется не с концепцией устойчивого земледелия (статья об «устойчивом земледелии» на английском), но с мейнстримом в агробизнесе, который стремится максимизировать прибыль^{[источник не указан 5016 дней]}, производя затраты только на удобрение тех участков поля, где удобрения действительно необходимы. Следуя этим идеям агропроизводители применяют технологии переменного или дифференцированного внесения удобрений на тех участках поля, которые идентифицированы с помощью GPS-приёмников^{[уточнить]} и где потребность в определённой норме удобрений выявлена агротехнологом при помощи карт агрохимобследования и урожайности. Поэтому в некоторых участках поля норма внесения или опрыскивания становится меньше средней, происходит перераспределение удобрений в пользу участков, где норма должна быть выше, и, тем самым, оптимизируется внесение удобрений.

Точное (координатное) земледелие может применяться для улучшения состояния полей и агроменеджмента, по нескольким направлениям:

• агрономическое: с учётом реальных потребностей культуры в удобрениях совершенствуется агропроизводство
• техническое: совершеннее тайм-менеджмент на уровне хозяйства (в том числе, улучшается планирование сельскохозяйственных операций)
• экологическое: сокращается негативное воздействие сельхозпроизводства на окружающую среду (более точная оценка потребностей культуры в азотных удобрениях приводит к ограничению применения и разбрасывания азотных удобрений)
• экономическое: рост производительности и/или сокращение затрат повышают эффективность агробизнеса (в том числе, сокращаются затраты на внесение азотных удобрений)

Электронная запись и хранение истории полевых работ и урожаев может помочь как при последующем принятии решений, так и при составлении специальной отчётности о производственном цикле, которая всё чаще требуется законодательством развитых стран.

Этапы и технологии

Точное (координатное) земледелие можно подразделить на четыре этапа, которым соответствуют технологии, позволяющие выявить неоднородности в пределах поля.

Координатная привязка данных

Координатная привязка поля, иначе говоря, электронная карта даёт возможность агроменеджеру сохранить результаты анализа почвы в виде слоя электронной карты. Также могут быть и другие слои: предшествующие культуры, удельное сопротивление почвы, кислотность, грансостав и иные. Существует два способа изготовления электронных карт:

• оцифровка контуров методом объезда полей с GPS-приемником на автомобиле или тракторе;
• выделение и оцифровка границ полей по растровым аэрофотоснимкам либо космическим снимкам (данным дистанционного зондирования Земли из космоса). При этом растровый снимок, который подвергается векторизации, должен быть правильно откорректирован и обладать приемлемым разрешением, в противном случае качество векторизации или оцифровки полей по снимку будет неудовлетворительным.

Описание неоднородностей

Неоднородности внутри поля и от поля к полю зависят от ряда факторов: погодных явлений и климата (дождь, засуха и т. п.), характеристик почвы (грансостав, мощность гумусового слоя, обеспеченность азотом…), способов обработки почвы (нулевая обработка, минимальная обработка), а также засорённости полей и заселённости их болезнями и патогенами. Показатели-константы, главным образом, относящиеся к характеристикам почвы, дают информацию о базовых экологических постоянных. Точечные показатели позволяют отслеживать состояние культуры и биомассы, например, понять, насколько та или иная болезнь влияет на развитие культуры и урожайность, страдает ли культура от недостатка воды, нехватки азота в почве, либо от поражённости какой-либо болезнью, повреждена ли она заморозками и тому подобное. Эта информация может поступать с метеостанций, а также из других источников (сенсоров электропроводности почвы, космических снимков, экспертная оценка агронома и т. д.). Измерение электропроводности почвы, совмещённое с анализом механического и химического состава почвы, позволяет создать точную карту агроэкологических условий.

Принятие решений — две стратегии учёта неоднородностей

Используя карты агрофизико-химических показателей почвы агроменеджер может реализовать две стратегии для оптимизации затрат:

• основываясь на анализе статических индикаторов (почвенных показателей, электропроводности, истории полей и т. д.) в течение фазы развития культуры спрогнозировать затраты (прогностический подход);
• контролирующий подход, когда информация от статических индикаторов регулярно обновляется в течение фазы развития культуры в результате:
  • отбора образцов: взвешивания биомассы, измерения содержания хлорофилла в листьях, взвешивания плодов, и т. д.;
  • дистанционного определения параметров: температуры (воздуха/почвы), влажности (воздуха/почвы/листвы), скорости и направления ветра, диаметра стеблей;
  • контактного детектирования: возимые сенсоры биомассы; потребуется объезд полей по контурам;
  • аэро- или космосъёмки (дистанционного зондирования): обработка мульти-спектрального снимка для выделения биофизических параметров культуры.

На современном этапе принимаемые управленческие решения могут основываться на моделях, описывающих процесс их принятия (симуляторы фаз развития культур и модели рекомендуемых мероприятий для сохранения заданных параметров в каждой фазе), но конкретное решение агроменеджер принимает самостоятельно, исходя из поддержания баланса экономических и экологических целей.

Практика работы с неоднородностями

Новые информационные и коммуникационные технологии позволяют легко и обоснованно управлять культурами на уровне поля. Принятие решений в сфере современного сельскохозяйственного производства требует специальной техники и машин, которые бы поддерживали технологии переменного внесения (VRT), например, переменного дозирования семян либо дифференцированного внесения удобрений и средств защиты растений (VRA). Для внедрения точного земледелия необходимо следующее оборудование (установленное на тракторах, опрыскивателях, комбайнах и т. п.):

• система позиционирования (например, на основе двухсистемных навигационных спутниковых приемников GPS/GLONASS, которые с высокой точностью позволяют определить местоположение на земной поверхности);
• географическая информационная система (ГИС), то есть программное обеспечение, которое интегрирует все доступные данные в разных форматах, в слоях и из различных источников, включая данные с различных датчиков и экспертные оценки агронома;
• оборудование для переменного дозирования (интегрированное в сеялку, разбрасыватель, опрыскиватель).

См. также

• Геостатистика
• Органическое сельское хозяйство
• InfoAg Conference Конференция «ИнфоАг» (на английском)\
• Спутниковый мониторинг посевов