Супутниковий моніторинг та диференційований висів

Використання супутникових даних у сільському господарстві — звична та поширена практика. Наразі ці технології дають змогу отримати шалений масив інформації щодо стану полів, росту та розвитку рослин впродовж вегетації тощо.

Наразі досить гостро стоїть питання економії ресурсів під час цьогорічної весняної посівної кампанії. Одним із шляхів економії є впровадження технологій диференційованого висівання або ж внесення мінеральних добрив. Як у цьому допоможе супутниковий моніторинг розповідає Василь Черлінка, вчений та ґрунтознавець в EOS Data Analytics.

Актуальність диференційованого висівання/внесення

Змінна норма висіву (ЗНВ), або ж диференційний посів (ДП), — це елемент агротехніки, який дає змогу точно регулювати норму висіву відповідно до мінливості властивостей ґрунтів, рельєфу, метеорологічних умов та інших факторів. Проростання насіння, розвиток культури та потенціал урожайності можуть відрізнятися на різних ділянках поля, тож метод диференційного посіву допоможе розподілити кількість насіння відповідно до локальних умов певної ділянки поля, що, в підсумку, сприяє збільшенню врожайності. Використовуючи цей метод, аграрії можуть краще керувати ризиками та зосереджуватися на інвестуванні в ділянки поля з вищим потенціалом.

Змінна норма висіву — дуже важлива, але все ще досить нова технологічна операція у точному землеробстві, яка впливає на розвиток та ефективність господарювання. Тому для успішного застосування ЗНВ необхідно мати достатній масив різнопланової інформації.

Які культури найкраще «піддаються» змінним нормам висіву?

Наразі далеко не всі культури рівномірно досліджені щодо застосовності ЗНВ. Але чи ненайбільшої уваги приділяють найрентабельнішим культурам, зокрема кукурудзі. Вона є однією з найважливіших зернових культур у світі і є як основним продуктом харчування, так і важливо промисловою сировиною. За прогнозом ФАО до 2028 року попит на кукурудзу сягне 1,3 млрд тонн. Тому не дивно, що кукурудза стала першою тестовою культурою у питанні вивчення ЗНВ. Численні дослідження показали, що норма висіву є одним із важливих контрольованих факторів, які суттєво впливають на її врожайність у промислових масштабах.

Із практики використання диференційованого посіву у вирощуванні озимої пшениці, то необхідно мати достовірну і максимально повну інформацію щодо мінливості характеристик на полях, щоб застосовувати правильні норми висіву. Надто низька норма висіву може збільшити ризики щодо зниження врожайності, а надто висока норма висіву може, окрім зменшення врожайності, додатково збільшити загальну вартість виробництва.

Ряд досліджень вказує на те, що у разі збільшення кількості насіння спостерігається менша кількість стебел пшениці, оскільки зростає конкуренція за життєвий простір. Також було виявлено, що норми висіву впливають на висоту рослин, тобто більша норма висіву призводить до більшої висоти рослин, і навпаки.

 Які основні етапи на шляху впровадження ЗНВ?

Перше, про що слід сказати, це картографування. Для розробки ЗНВ необхідно виділити відповідні зони на полі, для чого необхідно встановити типи ґрунтів, проаналізувати сукупність їхніх агрофізичних та фізико-хімічних властивостей, рельєф, масив супутникових даних (вегетаційні індекси, їхню динаміку) тощо. Вирішальним елементом впровадження методу диференційного посіву є створення карти-завдання, що здійснюється шляхом встановлення специфічних локальних факторів впливу на врожайність для окремих зон поля і призначення на основі цього відповідної норми висіву.

Наразі є два основні методи застосування висіву зі змінною нормою – на основі карти (картографічний) та на основі даних польових датчиків (інструментальний). Картографічний метод вимагає попередньої аналітики всіх зібраних даних. На нашу думку, він є точнішим, оскільки враховується багаторічна динаміка великого масиву даних. У випадку використання інструментального методу, алгоритм дій визначатиметься в режимі реального часу за допомогою апаратного та програмного забезпечення безпосередньо в полі.

Далі програмне забезпечення. На ринку наявна велика кількість пропозицій для визначення норми висіву, наприклад Climate FieldViewTM від Bayer, Farm Works від Trimble, SMS від AG Leader тощо. Також є симулятор змінної норми висіву сої Soybean Variable Rate Seeding Simulator. Цей симулятор дає змогу інтерактивно моделювати різні сценарії посіву та спрогнозувати економічний потенціал. Доцільність використання даного інструменту в природно-кліматичних умовах України вимагає перевірки на практиці.

Щодо технічного забезпечення також немає проблем. Наразі при визначенні мінливості ґрунту використовуються різні сенсорні системи і технології картографування та моделювання його параметрів. В цілому ж диференційована сівба залежить від вичерпного знання характеристик поля, можливостей посівної техніки та запланованої врожайності. Дистанційні та проксимальні датчики, встановлені на тракторах або позашляховиках, допомагають створювати континуальні карти властивостей ґрунтів полів.

Для відбору зразків та створення карт деяких характеристик ґрунтів використовують, наприклад, таке обладнання:

• напівавтоматичне обладнання для відбору проб ґрунту виробництва Agricon (Німеччина) та Adigo AS (Норвегія);
• сканер ЕМ38-МК2 – для вимірювання електропровідності ґрунтів;
• Soil pH Manager від Veris Technologies – для визначення pH ґрунту в режимі реального часу.
• У випадку інструментального підходу до визначення норм диференційованого висіву, коли дані датчиків використовуються у режимі реального часу безпосередньо в полі, можуть використовуватися, зокрема:
• датчики електромагнітної індукції (виявляють електропровідність або вологість ґрунту) EM38 TopSoil Mapper GEM-2 та DUALEM;
• датчики реального часу на мультисенсорній платформі Veris (MSP) для визначення органічної речовини і ємності катіонного обміну;
• датчики Smart Farmer від Precision Planting (визначення вологи на глибині загортання насіння, температури ґрунту, чистоти та рівномірності посівного ложа та оцінка кількості органічної речовини ґрунту);
• SoilXplorer для вимірювання відмінностей у структурі ґрунту тощо.

Оскільки у господарствах наявний великий парк ще відносно нових сівалок, але із застарілим механічним приводом, створено комплекти для їхнього переобладнання на диференціальний посів. При цьому проходить заміна на гідравлічний або електричний привід висівного апарату. З найвідоміших згадаємо комплект для диференційованого висіву на базі вакуумної системи з висівними апаратами vSet2 із електроприводами vDrive та датчиками SmartFarmer.

Готовність українських аграріїв до сучасних технологій диференційованого внесення, основні перепони

Найважливішим фактором обмеження спроможності українських аграріїв до впровадження даних технологій є війна рф проти України. Але й до повномасштабного вторгнення ситуація була непростою, насамперед через доволі високу вартість таких рішень. До практичної реалізації дійшли лише окремі агрохолдинги та фермери. Для відносно невеликих господарств, навіть за високої економічної ефективності капіталовкладень, такі інвестиції поки не стали пріоритетними.

Застосування ЗНВ для сівби різних сільськогосподарських культур демонструє позитивні агроекономічні тенденції, проте, для багатьох культур часто ще бракує достеменних практичних даних. Тому досі відбувається тестування технологій безпосередньо під час виробництва цих культур.

Еволюція методів аналізу для пошуку ефективних рішень і розробка рекомендацій для виробників сільськогосподарської продукції є у фокусі сучасної агрономічної науки, а її синтез із провідною практикою дає щоразу кращі результати.

Практичний досвід

Пропонований нами практичний кейс базується на реалізації низки технологій EOSDA Crop Monitoring. Значною мірою вони спираються на дані дистанційного зондування Землі, тобто повноцінного аналізу різноманітних вегетаційних та ґрунтових індексів. Завдяки цьому аналізу можна відстежувати динаміку розвитку посівів та досліджувати неоднорідності ґрунтових умов. Особливо важливим це є для оцінки стану перезимівлі озимих культур та внесення коректив у плановані дози добрив.

Що більше є інформації, то кращий результат. Ідеальним варіантом у такому випадку є наявність:

даних по генетичному потенціалі сорту та схожості насіння;

часового ряду із супутниковими даними повного набору вегетаційних індексів;

агрохімічних, агрофізичних та фізико-хімічних показниках ґрунтів, ґрунтової карти, похідних аналізу ЦМР;

карти врожайності за останні кілька років по всіх культурах сівозміни;

інформації щодо використання добрив, зрошення/осушення та додатково схеми закладки дренажу.

На фото 1 продемонстровано повний комплекс аналітичних процедур для виділення основних факторів впливу на врожайність культури (у даному випадку кукурудзи) на конкретному полі. Тут було проведено повноцінне тримірне моделювання рельєфу та виділено ряд предикторів, зокрема ухили поверхні, експозицію, набір кривизн топографічної поверхні, топографічний індекс вологості, а також здійснено аналіз ерозійної небезпеки (фото 2). Предикативне моделювання ґрунтового покриву виявило, що переважаючими ґрунтами є комплекси слабо-, середньо- і сильно змитих темно-сірих лісових ґрунтів та чорноземів опідзолених легкосуглинкового гранулометричного складу. Для них інтервал вологості якісного агротехнічно-допустимого обробітку становить 15–25 %, а 15–18 % — відповідно високоякісного.

Згідно графіка з EOSDA Crop Monitoring, вологість ґрунту сягнула своїх оптимальних значень, тобто ґрунт став фізично стиглим на початку другої декади березня і перебував у такому стані до початку травня.

Аналіз температурних рядів вказав на оптимальні строки сівби наприкінці квітня, що, власне і було здійснено. Сіяли ранньостиглий сорт Пустоварівський 280СВ із середньою урожайністю по зоні Лісостепу 89 ц/га. Впродовж вегетації кукурудзи проводили відповідний комплекс робіт згідно технологічної карти і паралельно моніторили значення показника NDVI та ряду інших індексів для майбутньої побудови часових рядів і аналізу причин варіювання врожайності по полю.

Збір урожаю на даному полі завершили у кінці другої декади жовтня із середньою врожайністю 98 ц/га (фото 2).

Завдяки сучасним напрацюванням супутникового моніторингу та моделювання, зібрані дані покладено в основу оптимізації норми висіву насіння для наступного циклу вирощування культури. Так, рівномірна норма висіву на даному полі (77,5 тис. насінин/га), яка була прийнята за еталон, як показує аналіз наявних даних, є не зовсім прийнятною, особливо на цьому полі із високою варіабельністю ґрунтових умов. Тому має великі перспективи оптимізація норм висіву для різних ділянок поля, що має вирішальне значення для вирівнювання врожайності та досягнення стабільніших фінансових результатів.

Запропонована карта диференційованого посіву (фото 2) показує кількість насінин на 100 м², що у загальному становить 91 тис. насінин/га, на відміну від використовуваної раніше норми (77,5 тис насінин/га). При цьому її було підвищено на ділянках з оптимальними умовами і пропорційно зменшено на ділянках із погіршеними умовами росту й розвитку.

А. Сухина,  a.sukhina@univest-media.com