Мониторинг полей в сельском хозяйстве: как применять полученные данные

Мониторинг поля нужен для получения комплексной информации о состоянии почвы и растений. С его помощью определяется уровень всхожести, степень зараженности болезнями и сорняками. На основе полученных данных принимаются управленческие решения по обработке грунта, его удобрению и борьбе с вредителями.

В целом, мониторинг поля – это весьма трудоемкий и длительный процесс. Особенно если речь идет о больших участках. В список задач агронома (который мы уже рассматривали в статье "В чем заключается профессия агроном") входит ежедневный осмотр посевов. Пока всходы еще молодые, делать это не так трудно. Однако, когда они вырастают (некоторые культуры могут достигать до 2 метров в высоту) продвигаться вглубь поля становится тяжелее.

Мониторинг посредством спутников или дронов – передовые методы диагностики, пока еще только набирающие популярность среди украинских аграриев. С их помощью можно получать максимально точные данные за короткий промежуток времени. Также высокую эффективность показывают такие инструменты анализа как листовая диагностика и проба почвы.

Спутниковый мониторинг – это диагностика состояния посевов на основе изображений в высоком разрешении, полученных со спутника. Для этого используются спектральные камеры, по которым удобно высчитывать вегетационные индексы. Самым востребованным индексом в аграрном секторе является NDVI.

Индекс NDVI – это разница в показателях красного и ближнего ик-диапазона, разделенная на их сумму. Проводится такая проверка, когда на растениях уже есть листья, потому как этот процесс невозможен без фотосинтеза. Благодаря снимкам NDVI можно увидеть проблемные участки поля, нуждающиеся в пересеве или внесении удобрений.

Полученные посредством спутника карты состояния полей и продуктивности затем используются для формирования заданий рабочего сезона. Также они понадобятся для внедрения системы точечного земледелия. О том, что это такое и насколько эффективно, мы уже рассказывали в нашей статье "Смарт технологии в агроменеджменте".

Главное достоинство спутникового мониторинга – ретроспективность. Большинство провайдеров хранят все снимки, сделанные на протяжении периода съемки. То есть помимо текущего состояния посевов, можно посмотреть показатели за последние несколько лет. Это даст возможность проанализировать севооборот, а также определить изменения в урожайности того или иного участка. Сопоставив это с ранее предпринятыми действиями получится определить допущенные ошибки и внести изменения в новый рабочий план.

К остальным преимуществам спутникового мониторинга можно отнести следующее:

• Расчет индексов вегетации, по которым хорошо видно состояние растительности;
• Обработка данных осуществляется в автоматическом режиме (что исключает риск субъективного вмешательства);
• Оценка проводится как по всему полю, так и относительно определенных культур;
• Видимость общей картины на основе снимков предыдущих лет.

Из недостатков можно выделить зависимость от погодных условий (в частности от облачности) и периодичность получения снимков (в среднем раз в неделю).

Дроны по праву считаются самым эффективным и мобильным инструментом для сбора данных о состоянии посевов. Обычно их запускают на высоту в 100-300 метров над полем, благодаря чему детализация снимков выше чем у спутников. Также поражает скорость работы этих устройств – один дрон за день охватывает 2,5 тысячи гектар.

Технически дроны могут отличаться конструкцией (самолетного типа с фиксированным крылом или винтовой ход), дальностью полета, грузоподъемностью и способом запуска\посадки. От этих параметров соответственно зависит и цена устройства. Облет территории дрон осуществляет по заранее составленному маршруту. Фотографии делаются с перекрытием, чтобы потом их было удобно сшить в общий ортофотоплан.

Как и спутники, дроны могут быть оснащены спектральной камерой для получения снимков в ик-диапазоне. Как мы уже говорили, это нужно для последующего составления NDVI индекса. Вычислять его можно как с помощью специальных программ, так и посредством облачного сервиса в браузере, если у сервиса предусмотрена такая функция.

Из положительных сторон использования дронов выделим следующее:

• Высочайшая мобильность и скорость работы;
• Точность от 2 сантиметров;
• Умеренная зависимость от погодных условий (съемка может осуществляться даже когда облачно);

Из недостатков стоит выделить ухудшение качества снимков в непогоду, наличие территорий где запрещены летательные объекты (вокруг аэропортов, военных сооружений и т.д.) ну и конечно внушительную стоимость.

Для эффективного применения полученных данных необходимо обладать навыками в сфере агрономии и аграрной инженерии. Стать квалифицированным специалистом в этой области вы сможете с помощью магистерской программы "Агрокебеты".

Использование удаленных средств мониторинга актуально начиная предпосевной пропашкой поля и заканчивая сбором урожая. На первом этапе оценивается состояние грунта. А именно качество проведенной обработки и характеристики рельефа (высоты, овраги и прочие особенности участка).

Второй этап – мониторинг всхожести. Устройства фиксируют густоту посевов и участки с неоднородными всходами. По снимкам определяется уровень потерь и на основе этих данных предпринимаются конкретные действия (подсев или повторный посев). Также, сопоставив показатели с остальными полями, можно рассчитать общие потери всходов на предприятии.

На третьем этапе проводится контроль за внесением подкормок и удобрений. По снимкам со спутников или дронов видны участки, где растениям не хватает питательных веществ. Отталкиваясь от этой информации составляется план внесения удобрений или же электронная карта-задание (для дифференциального внесения).

Еще одним важным моментом является вычисление загрязненности сорняками. Согласно статистике, они являются причиной потерь свыше 30% урожая. Определить их концентрацию можно с помощью дрона. Низкая высота съемки и высокое разрешение картинки позволяют создавать карту, на которой можно отличить культуру от сорняков. В некоторых случаях даже получается определить конкретный сорт растения-вредителя (крестоцветное, двудольное и т.д.) и подобрать оптимальный тип гербицида. Последний мониторинг сезона проводится перед сбором урожая. По снимкам определяются сроки уборки и прогнозируется урожайность.

Листовая диагностика – это анализ состояния растений, по результатам которого определяется дозировка, способ и время внесения удобрений. Для этого берут растительную ткань (преимущественно листья) и с помощью специального оборудования проверяют ее химический состав. В результате полученные данные вносятся в таблицу соответствия норме, и таким образом становятся видны слабые места культуры на данный момент (например, нехватка калия, магния или меди).

Анализ почвы позволяет определить уровень плодородия участка, а также степень его загрязненности и недостачу/переизбыток микроэлементов. Для этого предназначены 6 различных видов проверок:

• Механический анализ – подсчет и распределение по категориям земляных гранул. По результатам будет видна концентрация песка и глины в почве, что позволит точнее определить ее тип и подобрать оптимальный способ обработки;
• Химический анализ – проверка на содержание тяжелых металлов (цинк, медь, ртуть, свинец), нефтепродуктов и прочих загрязняющих элементов. В итоге грунту присваивается статус чистого, допустимо загрязненного, умеренно опасного, опасного или чрезвычайно опасного;
• Агрохимический анализ – практически то же самое что и предыдущее, но упор делается не на загрязненности, а на пригодности к выращиванию культур и безопасности для животных;
• Минералогический анализ – определение уровня концентрации первичных и вторичных минералов илистого, коллоидного и глинистого типа (каждый проверяется отдельно). По результатам проверки определяют дозировку удобрений и степень выветривания участка;
• Радиологический анализ – определение уровня загрязненности почвы радиоактивными элементами. Проводить есть смысл если участок находится недалеко от АЭС или есть подозрения на радиоактивные захоронения поблизости;
• Микробиологический анализ – проверка состояния полезных (бактерии, грибы, простейшие и т.д.) и вредоносных (кишечная палочка, сальмонелла) микроорганизмов, проживающих в грунте.

Листовая диагностика и анализ почвы проводятся специалистами с помощью лабораторного оборудования. В Украине работают как государственные, так и частные предприятия данной направленности. Первые проводят исследование дешевле, вторые – быстрее.

Отслеживать состояние поля можно различными способами. Наиболее современными инструментами мониторинга являются спутники и дроны. Ручное обследование постепенно отходит в прошлое, потому как на больших территориях и на поздних этапах роста это неэффективно. Для проверки состояния растений и почвы время от времени желательно проводить листовую диагностику и анализ грунта.