Умное сельское хозяйство, или Закон сохранения энергии

Точное земледелие — это целый комплекс технологий, которые влияют на управление продуктивностью посевов. В его основе лежит использование точных карт полей и почвы со всеми необходимыми характеристиками.

Технологии точного земледелия позволяют фермерам управлять своими ресурсами и получать доступ к информации в реальном времени через смартфоны, а также интегрировать их с оборудованием. Помимо границ поля необходимы данные о химическом составе почвы, уровне ее влажности, угле наклона относительно горизонта и т. д. Чем больше факторов учтено и чем подробнее карта, тем точнее можно использовать спутниковые и компьютерные технологии точного земледелия, адекватнее и оперативнее корректировать производственный процесс.

96_1.pngВыполнение всех пунктов — процесс дорогостоящий. Необходимость каждого из них определяется собственниками и руководителями сельхозпредприятий. Можно применять все технологии сразу, а можно остановиться лишь на некоторых, наиболее эффективных для конкретного предприятия. Реальных примеров комплексного использования умных технологий в сельском хозяйстве не так много. Полное переоснащение могут себе позволить лишь достаточно крупные компании. Мелкие производители, которых на рынке подавляющее большинство, используют только часть этого комплекса. Помимо свободных средств и стратегического мышления внедрение системы точного земледелия требует еще и научного подхода.

Система параллельного вождения
Это одна из самых популярных и доступных технологий точного земледелия. Если технологической колеи нет, а трактор не оснащен  системой автоматического рулевого управления, системы параллельного вождения помогают оператору обеспечить правильное примыкание и прямолинейное движение. Конец ручного управления техникой в поле можно было предвидеть двадцать лет назад, когда начались испытания систем навигации с использованием спутниковой навигации и оптического индикатора. Такие системы обеспечивали параллельное ведение и прямолинейное движение в поле и в то время были абсолютно новым явлением на рынке. Именно тогда и началась эпоха спутниковой навигации с бесплатной корректурой GPSсигналов. Эта технология требует гораздо меньше затрат на внедрение, а результат виден сразу. Система параллельного вождения позволяет проводить полевые работы с максимальной точностью и минимальными движениями. Плюс ко всему появляется возможность работы в полях по ночам — с такой же эффективностью и точностью, что и днем. Такую возможность трудно переоценить, когда есть лишь небольшой отрезок времени для полевых работ из-за неблагоприятных погодных условий. Система параллельного вождения основана на использовании сигнала спутниковой навигации. При этом, если речь идет о бесплатном GPS-сигнале, движение сельхозтехники по полю осуществляется с точностью до 30 см. При работе с платным сигналом точность доходит до 2,5 см. В этом случае можно радикально сократить площадь пропущенных (необработанных) или дважды обработанных участков поля. Также уменьшается длина холостого хода техники и ширина разворотной полосы. В целом существенно снижается (до 20 %) удельное количество используемых ресурсов: топлива, семян, удобрений. Сегодняшние системы параллельного вождения, как правило, являются не просто навигаторами, направляющими самоходные машины по A-B-линиям или вдоль кривых. Многие платформы соединены с интернетпорталом, посредством которого фермер может управлять полевыми участками и документировать выполненные технологические операции. В данной системе закладываются границы участков по результатам объезда границ поля и сохраняются синхронизирующие маршруты для соответствующих полевых участков. Для практических целей весьма полезной является визуализация включенных секций, которая интегрирована в индикатор колеи. При наличии перекрытий она показывает фермеру, когда ему, например, следует вручную отключить определенные секции опрыскивателя для внесения средств защиты растений.

фото 94_2.jpgДистанционное зондирование земли
Технологии дистанционного зондирования земли как часть информационного обеспечения позволяют регулярно получать актуальные данные о состоянии земель и плодородии почвы. Спутниковая съемка дает возможность создать наглядную карту хозяйственных угодий, определить их фактическое использование и выявить неиспользуемые участки. С помощью снимков обнаруживается заболачивание, переувлажнение почвы и очаги эрозии. Дистанционное зондирование охватывает большие площади. Регулярная съемка помогает обнаруживать заболевания растений на ранней стадии, определять всхожесть и созревание урожая. По результатам обработки данных дистанционного зондирования составляются карты неоднородности состояния посевов и даются рекомендации для дифференцированного внесения удобрений для каждого участка поля. Постоянный и регулярный мониторинг помогает поддерживать сельхозугодия в состоянии, пригодном для проведения агротехнических работ.

Спутниковая съемка выполняется в нескольких частотных диапазонах — от видимого до инфракрасного и теплового, исходя из  разницы в отражательных свойствах объектов: у зеленой растительности в инфракрасной области они выше, чем в видимой. Изменения параметров отражения растительности могут свидетельствовать о недостатке или избытке элементов питания, засоренности почвы, заболеваниях растений и почвы. На снимках эти показания одинаковые, поэтому на данных участках необходимо проводить дополнительные ботанические, физические и химические исследования. На примере крупного хозяйства в Ростовской области были составлены карты предписаний для точного земледелия. Анализ земельного фонда проводился комплексно. Во-первых, оценивались спутниковые снимки площадей за последние 37 лет — эти данные доступны в специальных ГИС-приложениях, например Landsat или Sentinel. Особое внимание уделялись фотографиям почвы без растительности. Со спутников хорошо виден цвет грунта и пятна на нем — по этим признакам первоначально выявлялись проблемные зоны сельхозугодий (например, подтопление или засоление). Во-вторых, была прослежена динамика раскладки по растительности на основе данных за те же 37 лет. Сравнение показало, что происходит на поле при максимальной вегетации. На этом же этапе проводился анализ доступных картографических материалов: топографических и почвенных карт, цифровой модели рельефа и т. д. Сделав первоначальный анализ и определив проблемные зоны, можно переходить к почвенным и лабораторным исследованиям, которые обозначат проблему точнее и покажут уровень плодородия почв в рамках одного поля. Обычно хозяйства привлекают для этой цели лицензированные компании, которые специализируются на глубинном анализе почвы. Отбор почвенных образцов проводится с помощью пробоотборников, чтобы ускорить процесс. Именно они помогают понять, как поле реагирует на внесение минеральных удобрений на тех или иных участках. Данные исследования будут положены в основу построения карт заданий и позволят рассчитать нормы дифференцированного внесения удобрений исходя из разных уровней плодородия почв. Для этого почвоведы проверяют участки поля по разным параметрам: исследуют состав почвы, рельеф, наличие и глубину залегания грунтовых вод, засоления, каменистости, вымочки. На основе электронных карт создаются точные инструкции по количеству удобрений, семян, которые необходимо внести на каждый участок поля. Эти инструкции загружаются в терминалы сельхозтехники, выходящей в поле. Далее машина обрабатывает поля с минимальным участием оператора, который просто контролирует правильность исполнения этих инструкций. Ведомая с помощью спутниковой навигации техника сама регулирует количество вносимых удобрений и семян на каждом участке поля. При этом исключаются просветы между обработанными участками или нахлесты. Карты строятся в разных приложениях. Большинство производителей навигационной техники предлагают собственное программное обеспечение, которое позволяет объединить в единую систему парк сельхозтехники, оборудование для точного земледелия, карты предписаний, полученные от сторонних сервисов. Также программа позволяет оценить конечный результат примененной стратегии при проведении уборки. В результате собственник получает полный контроль над производственным процессом. Анализ результатов работы начинается сразу после уборки: в августе проводится агрохимическое обследование по зонам плодородия, создаются карты предписания на следующий год. Первые работы по ним начинаются осенью, при основном внесении удобрений для озимой пшеницы.

фото 97.jpgДифференцированное внесение удобрений
Это еще одно направление точного земледелия, которое входит в производственную программу сельхозпроизводителей. Данное решение позволяет снизить норму внесения удобрений на плохих участках, а в хорошей и средней зоне — увеличить. В итоге общепроизводственные расходы не растут, а разумно распределенные на плодородные участки удобрения увеличивают на них урожайность и, как следствие, маржинальность всего производственного процесса. Сейчас на рынке представлено множество компаний, как иностранных, так и  российских, которые могут воплотить в жизнь техническую часть стратегии дифференцированного внесения для сельхозпредприятия. По нашим наблюдениям, хозяйства в основном пользуются оборудованием и программным обеспечением компании Trimble, которая предоставляет целый комплекс решений для реализации любых сложных проектов: RTKстанции, обеспечивающие обработку полей с точностью до 2,5 см, системы автовождения, дисплеи, построение маршрутов движения техники с помощью навигационных линий, систему мониторинга урожайности, управление прицепным агрегатом через ISOBUS-подключение. Карты, составленные в программе Farme Core от Trimble для каждого поля с определенными зонами и рецептами формируются в один архив, который через USB-носитель или облако загружается в мониторы Trimble, установленные на технику. Такое решение исключает все возможные проблемы, связанные с человеческим фактором, и позволяет не создавать новые проходы на поле. Линии рассчитываются до наступления сезона вместе с картами предписаний, высчитывается оптимальное количество проходов с учетом особенностей рельефа каждого поля, его размеров и применяемой техники. Помимо экономии на удобрениях можно добиться экономии и по другим статьям (например, семенам и ГСМ). Для четкой работы с просчитанными объемами удобрений и посевного материала техника оборудована системами параллельного движения, что ведет к снижению площади перекрытий при проведении работ. 

Итак: внедрение высокотехнологичных систем точного земледелия сопровождается организационными и управленческими сложностями и значительными финансовыми затратами. Многие сельхозтоваропроизводители не решаются вкладывать деньги в точное земледелие и начинать процесс его внедрения. К тому же надо готовить или привлекать со стороны специалистов, которые смогут не только мониторить и анализировать результаты снятых показателей, но еще и применять их на практике. Однако, судя по количеству продаж современной техники и оборудования с программным обеспечением, за последние пару лет российские аграрии стали проявлять большой интерес к технологиям точного земледелия.

Текст: Юлия Ямнова Иллюстрации: компании Ростсельмаш, CLAAS, Trimble, архив Agroreport