Моніторинг полів в сільському господарстві: як застосовувати отримані дані

Моніторинг поля потрібен для отримання комплексної інформації про стан грунту і рослин. З його допомогою визначається рівень схожості, ступінь зараженості хворобами та бур'янами. На основі отриманих даних приймаються управлінські рішення по обробітку грунту, його удобрення та боротьбі зі шкідниками.

В цілому, моніторинг поля — це досить трудомісткий і тривалий процес. Особливо, якщо мова йде про великі ділянки. У список завдань агронома (який ми вже розглядали в статті "У чому полягає професія агроном") входить щоденний огляд посівів. Поки сходи ще молоді, робити це не так важко. Однак, коли вони виростають (деякі культури можуть досягати до 2 метрів у висоту) просуватися вглиб поля стає важче.

Моніторинг за допомогою супутників або дронів — передові методи діагностики, поки ще тільки набирають популярність серед українських аграріїв. З їх допомогою можна отримувати максимально точні дані за короткий проміжок часу. Також, високу ефективність показують такі інструменти аналізу як листова діагностика і проба ґрунту.

Супутниковий моніторинг — це діагностика стану посівів на основі зображень з високою роздільною здатністю, отриманих із супутника. Для цього використовуються спектральні камери, з якими зручно вираховувати вегетаційні індекси. Найбільш затребуваним індексом в аграрному секторі є NDVI.

Індекс NDVI — це різниця в показниках червоного і ближнього ік-діапазону, розділена на їх суму. Проводиться така перевірка, коли на рослинах вже є листя, тому що, цей процес неможливий без фотосинтезу. Завдяки знімкам NDVI можна побачити проблемні ділянки поля, які потребують пересівання або внесення добрив.

Отримані за допомогою супутника карти стану полів і продуктивності потім використовуються для формування завдань робочого сезону. Також вони знадобляться для впровадження системи точкового землеробства. Про те, що це таке і наскільки воно ефективне, ми вже розповідали в нашій статті "Смарт технології в агроменеджменті".

Головна перевага супутникового моніторингу — ретроспективність. Більшість провайдерів зберігають всі знімки, зроблені протягом періоду зйомки. Тобто, крім поточного стану посівів, можна подивитися показники за останні кілька років. Це дасть можливість проаналізувати сівозміну, а також визначити зміни у врожайності тієї чи іншої ділянки. Зіставивши це з раніше вжитими діями вийде визначити допущені помилки і внести зміни в новий робочий план.

До інших плюсів супутникового моніторингу можна віднести наступне:

• Розрахунок індексів вегетації, за якими добре видно стан рослинності;
• Обробка даних здійснюється в автоматичному режимі (що виключає ризик суб'єктивного втручання);
• Оцінка проводиться як по всьому полю, так і щодо визначених культур;
• Видимість загальної картини на основі знімків попередніх років.

З недоліків можна виділити залежність від погодних умов (зокрема від хмарності) і періодичність отримання знімків (в середньому раз в тиждень).

Дрони вважаються найбільш ефективним і мобільним інструментом для збору даних про стан посівів. Зазвичай їх запускають на висоту 100-300 метрів над полем, завдяки чому деталізація знімків вища ніж у супутників. Також вражає швидкість роботи цих пристроїв — один дрон за день охоплює 2,5 тисячі гектар.

Технічно дрони можуть відрізнятися конструкцією (літакового типу з фіксованим крилом або гвинтовий хід), дальністю польоту, вантажопідйомністю і способом запуску \ посадки. Від цих параметрів відповідно залежить і ціна пристрою. Обліт території дрон здійснює за заздалегідь складеним маршрутом. Фотографії робляться з перекриттям, щоб потім їх було зручно зшити в загальний ортофотоплан.

Як і супутники, дрони можуть бути оснащені спектральної камерою для отримання знімків в ік-діапазоні. Як ми вже говорили, це потрібно для подальшого складання NDVI індексу. Обчислювати його можна як за допомогою спеціальних програм, так і за допомогою хмарного сервісу в браузері, якщо у сервісі передбачена така функція.

З позитивних сторін використання дронів виділимо наступне:

• Висока мобільність і швидкість роботи;
• Точність від 2 сантиметрів;
• Помірна залежність від погодних умов (зйомка може здійснюватися навіть коли хмарно);

З недоліків варто виділити погіршення якості знімків в негоду, наявність територій де заборонені літальні об'єкти (навколо аеропортів, військових споруд і т.д.) ну і звичайно значну вартість.

Для ефективного застосування отриманих даних необхідно володіти навичками в сфері агрономії та аграрної інженерії. Стати кваліфікованим фахівцем в цій галузі ви зможете за допомогою магістерської програми "Агрокебети".

Використання віддалених засобів моніторингу актуально починаючи від передпосівної і закінчуючи збором врожаю. На першому етапі оцінюється стан грунту. А саме якість проведеної обробки та характеристики рельєфу (висоти, яри та інші особливості ділянки).

Другий етап — моніторинг схожості. Пристрої фіксують густоту посівів і ділянки з неоднорідними сходами. По знімках визначається рівень втрат і на основі цих даних робляться конкретні дії (підсів або повторний посів). Також, зіставивши показники з іншими полями, можна розрахувати загальні втрати сходів на підприємстві.

На третьому етапі проводиться контроль за внесенням підгодівлі і добрив. По знімках із супутників або дронів видно ділянки, де рослинам не вистачає поживних речовин. Відштовхуючись від цієї інформації, складається план внесення добрив або ж електронна карта-завдання (для диференціального внесення).

Ще одним важливим моментом є обчислення забрудненості бур'янами. Згідно зі статистикою, вони є причиною втрат понад 30% врожаю. Визначити їх концентрацію можна за допомогою дрона. Низька висота зйомки і висока роздільна здатність картинки дозволяють створювати карту, на якій можна відрізнити культуру від бур'янів. У деяких випадках навіть виходить визначити конкретний сорт рослини-шкідника (капустяні, дводольні і т.д.) і підібрати оптимальний тип гербіциду. Останній моніторинг сезону проводиться перед збиранням врожаю. По знімках визначаються строки збирання і прогнозується врожайність.

Листова діагностика — це аналіз стану рослин, за результатами якого визначається дозування, спосіб і час внесення добрив. Для цього беруть рослинну тканину (переважно листя) і за допомогою спеціального обладнання перевіряють її хімічний склад. В результаті отримані дані вносяться в таблицю відповідності нормі, і таким чином стають видні слабкі місця культури на даний момент (наприклад, нестача калію, магнію або міді).

Аналіз грунту дозволяє визначити рівень родючості ділянки, а також ступінь його забрудненості і недостачу/надлишок мікроелементів. Для цього призначені 6 різних видів перевірок:

• Механічний аналіз — підрахунок і розподіл за категоріями земляних гранул. За результатами буде видно концентрація піску і глини в грунті, що дозволить точніше визначити її тип і підібрати оптимальний спосіб обробки;
• Хімічний аналіз — перевірка на вміст важких металів (цинк, мідь, ртуть, свинець), нафтопродуктів та інших забруднюючих елементів. У підсумку грунту присвоюється статус чистого, допустимо забрудненого, помірно небезпечного, небезпечного або надзвичайно небезпечного;
• Агрохімічний аналіз — практично те ж саме, що і попереднє, але основний акцент робиться не на забрудненості, а на придатність до вирощування культур і безпеки для тварин;
• Мінералогічний аналіз — визначення рівня концентрації первинних і вторинних мінералів мулистого, колоїдного і глинистого типу (кожен перевіряється окремо). За результатами перевірки визначають дозування добрив і ступінь вивітрювання ділянки;
• Радіологічний аналіз — визначення рівня забрудненості ґрунту радіоактивними елементами. Проводити є сенс, якщо ділянка знаходиться недалеко від АЕС або є підозри на радіоактивні поховання поблизу;
• Мікробіологічний аналіз — перевірка стану корисних (бактерії, гриби, найпростіші і т.д.) і шкідливих (кишкова паличка, сальмонела) мікроорганізмів, які проживають в грунті.

Листова діагностика і аналіз грунту проводяться фахівцями за допомогою лабораторного обладнання. В Україні працюють як державні, так і приватні підприємства даного напрямку. Перші проводять дослідження дешевше, другі — швидше.

Відстежувати стан поля можна різними способами. Найбільш сучасними інструментами моніторингу є супутники і дрони. Ручне обстеження поступово відходить в минуле, тому як на великих територіях і на пізніх етапах росту це неефективно. Для перевірки стану рослин і ґрунту час від часу бажано проводити листову діагностику та аналіз грунту.