Точное земледелие. Для чего нужны оцифрованные поля

Как компьютер помогает агроному

Для начала процитируем общепринятое научное определение точного земледелия. Это комплексная высокотехнологичная система сельскохозяйственного менеджмента, включающая в себя технологии глобального позиционирования (GPS), геоинформационные системы (GIS), технологии оценки урожайности (yield monitor technologies), технологии переменного нормирования (variable rate technology) и технологии дистанционного зондирования земли (remote sensing).

На самом деле все не так пугающе непонятно, как кажется: смысл точного земледелия в том, что агроном должен видеть неоднородность каждого обрабатываемого поля. В разных местах поля разная почва, разные условия увлажненности и многие другие факторы. А значит, нет смысла, например, по всему полю одинаково разбрасывать удобрения: где-то их требуется больше, где-то меньше. Да и посев зерновых нужно проводить с учетом этих особенностей. По большому счету, точное земледелие - это способ одновременно сэкономить на обработке каждого отдельного поля и при этом получить с него более высокий урожай.

Точное земледелие не случайно еще называют "координатным": в его основу положены представления о том, что в пределах одного поля есть масса неоднородностей. Так что сперва их нужно определить и нанести на карту. Для этого используются такие технологии, как спутниковые системы (ГЛОНАСС, Galileo), специальные датчики, снимки с самолетов и беспилотников. Собранные данные закладываются в специальные программы для агроменеджмента на базе геоинформационных систем.

Далее компьютерная программа, учитывая локальные особенности почвы и климатические условия, сама составляет для каждого "подведомственного" ей поля план посева, рассчитывает нормы внесения удобрений и средств защиты растений в разных частях поля, позволяет более точно предсказать урожайность в зависимости от разных прогнозов погоды. Более того, точная обработка данных по каждому полю позволяет легче установить причины болезней и других нарушений.

Исторически точное земледелие зародилось на Среднем Западе США, там оно стало практическим воплощением концепции устойчивого земледелия, которая сочеталась со стремлением максимизировать прибыль, например, снизив затраты на удобрения. Так появились технологии дифференцированного внесения удобрений - только там, где потребность в определенной норме удобрений выявлена при помощи карт агрохимобследования и урожайности.
Выгод тут масса - от лучшего планирования сельскохозяйственных работ и облегчения составления отчетности до более грамотного формирования севооборота и повышения эффективности агробизнеса в целом.

На оцифрованном поле

Координатное земледелие можно разделить на четыре этапа, на которых используются разные технологии.

Первый: координатная привязка данных. Иначе говоря, это электронная карта, дающая возможность сохранить результаты анализа почвы в виде слоя электронной карты. Там могут быть и другие слои: предшествующие культуры, удельное сопротивление почвы, кислотность, состав и т. д. Такие электронные карты составляются либо в ходе объезда полей с GPS-приемником на автомобиле или тракторе, либо выделением и оцифровкой границ полей по аэрофотоснимкам или космическим снимкам.

Второй: описание неоднородностей. Неоднородности внутри поля и от поля к полю зависят от ряда факторов: погоды (дождь, засуха и т. п.), характеристик почвы (грансостав, мощность гумусового слоя, обеспеченность азотом), способов обработки почвы (нулевая обработка, минимальная обработка), а также засоренности полей, наличия болезней и патогенов. Эти данные позволяют отслеживать состояние культуры и биомассы, например, понять, насколько та или иная болезнь влияет на урожайность, страдает ли культура от недостатка воды, нехватки азота в почве либо от пораженности какой-либо болезнью, повреждена ли она заморозками и т. п. Эта информация может поступать с портативных метеостанций, а также из других источников (сенсоров электропроводности почвы, космических снимков, экспертной оценки агронома и т. д.). Все это позволяет создать точную карту агроэкологических условий.

Третий: принятие решений. Карта агрофизико-химических показателей почвы позволяет, основываясь на анализе статических индикаторов (почвенных показателей, электропроводности, истории полей и т. д.), спрогнозировать затраты по данному полю, а также создавать математические модели каждого поля. Далее агроном может принимать решения, используя симуляторы фаз развития культур и модели рекомендуемых мероприятий.

Четвертый: работы с неоднородностями. Новые информационные и коммуникационные технологии позволяют легко и обоснованно управлять культурами на уровне поля. Современная сельхозтехника поддерживает технологии переменного внесения, например, дозирования семян либо дифференцированного внесения удобрений и средств защиты растений.

Пример - интеллектуальная система онлайн-мониторинга полей, основанная на работе сенсоров, установленных в поле. Программное обеспечение позволяет настраивать уведомления (по e-mail, SMS) в случае достижения определенных показателей как на отдельных датчиках, так и на группах датчиков с различными зависимостями. Например, если упала влажность и поднялся сильный ветер, система отправляет об этом уведомление агроному.

Это позволяет легко идентифицировать участки полей, требующие особого внимания, выявлять эпидемии, вносить корректировки в подкормку растений. Подобное использование онлайн-систем дает возможность экономить от 2 до 20% ресурсов, затрачиваемых на выращивание растений.

Размеры экономии

Сегодня в Украине системы точного земледелия все активнее используют как крупные агрохолдинги, так уже и средних размеров хозяйства. По оценкам экспертов, отдельные элементы точного земледелия применяются на 20-30% обрабатываемых земель. Вот только в большинстве случаев единственный применяемый "элемент" - это автопилот, задача которого предотвращать перекрытия и пропуски и давать возможность механизатору контролировать технологию.

А вот полный комплекс элементов точного земледелия применяется лишь на считанных процентах украинских полей. При этом, как показывает отечественная практика, наиболее эффективно внедрение элементов точного земледелия идет на пропашных культурах: подсолнечнике, кукурузе, в меньшей степени сахарной свекле.

"Рынок точного земледелия в Украине только зарождается. И половина операторов совершенно не клиент-ориентированные: им лишь бы впарить хозяйству какую-
нибудь модную дорогую электронную игрушку, они знают, что клиент к ним уже не вернется, и ищут нового. Со временем такие компании сойдут с дистанции, но пока неосведомленных клиентов им хватает, - говорит основатель компании SmartFarming Артем Беленков. - Почти всегда персонал не хочет заморачиваться со всеми этими датчиками, потому что по-старому работать проще, и не желает брать на себя дополнительную нагрузку по анализу накопленных бортовыми компьютерами данных и картограмм на мониторах. В одном хозяйстве мы застали такую ситуацию: картограмма внесения средств защиты растений показывает, что все хорошо, картограмма внесения удобрений - тоже, и только на карте урожайности вылезла довольно печальная картина. Потом выяснили, что опрыскиватель вносил водичку, а разбрасыватель минеральных удобрений работал вхолостую. А удобрения и СЗР, соответственно, украли".

Это факт: составные компоненты точного земледелия в Украине внедряются чаще всего бессистемно, разрозненно. Притом что точное земледелие - это комплекс элементов, и внедряться они должны именно как комплекс, взаимосвязанно и в расчете на решение конкретных проблем конкретного хозяйства.

Вместе с тем системы точного земледелия окупаются буквально за год. При использовании только одного элемента - системы параллельного вождения и автопилота или автоматического отключения секций на перекрытиях - общий экономический эффект может составлять до 7-10%.

В случае введения всего комплекса технологий - до 50% и более. Например, на посевах сои использование систем точного земледелия позволяет снизить финансовые и трудозатраты (а в результате поднять прибыльность) до 37%.

Но для средних и малых хозяйств загвоздкой становится необходимость инвестировать средства в системы точного земледелия. "Расходы на переоборудование 12-метрового культиватора (модернизация трактора, бункера для удобрений, культиватора) с возможностью локально-ленточного внесения и дифференциации трех видов удобрений составляют около $35 тыс., - подсчитал кандидат сельхознаук, директор AgriLab, член Международного общества по точному земледелию (ISPA) Ярослав Бойко. - Но при экономическом эффекте в $30-40 на 1 га (кукуруза) за счет дифференцированного локально-ленточного способа внесения и оптимального распределения удобрений затраты на модернизацию окупятся в течение одного маркетингового года".

На практике чтобы начать внедрение системы точного земледелия, нужно прежде всего расписать четкий план мероприятий: какие процессы требуется оптимизировать, в каком порядке, кто чем будет заниматься и кто будет за что отвечать. И как все это нужно измерять, оценивать. "Первым элементом точного земледелия в нашем холдинге была установка на всю сельхозтехнику систем параллельного вождения (автопилотов), именно они дали нам возможность обрабатывать поля целиком, практически без пропусков. Далее, пару лет назад, нами была создана агрохимлаборатория, в которую начали поступать пробы почвы с большинства наших полей. На основании результатов анализов мы строим систему подпитки растений на том или ином поле, - рассказал в комментарии "ДС" заместитель генерального директора по вопросам аграрных IT-инноваций холдинга Ukrlandfarming Владимир Бабий. - Соответственно, мы закупаем и вносим те минеральные и микроудобрения, которые необходимы конкретной культуре на конкретном поле. Наш агрохолдинг также активно использует спутниковый мониторинг NDVI, он помогает агрономам выявлять неоднородности вегетации культуры на поле и по возможности оперативно устранять проблемы (сорняки, азотная подкормка, прочее). И, самое главное, каким бы ни было точное земледелие, необходимо в режиме реального времени контролировать работу техники, чтобы понимать, насколько качественно она выполняет ту или иную операцию - высев семян, внесение удобрений и СЗР".

В самом деле, посев составляет довольно высокую долю в себестоимости сельхозпродукции, и точное земледелие может оптимизировать этот процесс, обеспечить заметную экономию. Например, через возможность отключения секций. Если поля неправильной формы, то одно только это обеспечивает экономию 2-3% посевного материала. Учитывая, что у хозяйства будет точная информация о количестве посеянных зерен, то на площади 1000 га это обеспечит экономию $5 тыс. Добавим сюда увеличение урожайности за счет более точного и распределенного посева по полю.

На следующем этапе над всходами можно пустить беспилотник, "умеющий" измерять количество всходов. (Стоимость такой услуги - порядка 20 грн/га.) Такой мониторинг позволит оценить: выгодно ли было переоборудовать сеялки, есть ли проблемы в их работе и т. д.

Также система точного земледелия позволяет заметно экономить на удобрениях. Здесь, готовя модель дифференцированного удобрения, начинают с создания карты рельефа поля. Ведь со склонов удобрения всегда вымываются, а во впадинах - накапливаются, вместе со всем, что смывается со склонов. Далее анализируется структура почвы, плотность и электропроводность. Это позволяет нанести на карту, где на поле песок, где суглинок, где глина. Например, нет смысла вносить больше удобрений в песок - они все равно вымоются, да и потенциал почвы низкий. А глинистый участок связывает удобрения и плохо отдает растениям. Уже после этого система строит карту содержания микро- и макроэлементов в почве. Результат всей этой работы - карта задачи по внесению удобрений, в которой указаны разные нормы внесения в разных местах поля в соответствии со структурой почвы.

Как стартапы помогают мелким фермерам

Технологии точного земледелия - это совсем не обязательно большие затраты. На самом деле очень многие данные для работы можно получать и обрабатывать совершенно бесплатно. Буквально в середине октября аграрный стартап OneSoil запустил первую в мире интерактивную цифровую карту всех полей США и Европы за три года.

Эта карта сельскохозяйственных данных включает более 57 млн полей и информацию по 20 типам культур. Карта OneSoil станет частью платформы, которая помогает фермерам отслеживать поля и рассчитывать количество необходимых удобрений.

Данные, которые использует OneSoil, получены из открытых снимков спутников Европейского космического агентства. Используя алгоритмы компьютерного зрения и машинного обучения, команда научилась распознавать с 92%-ной точностью 19 культур, рассчитывать индексы растительности и переменные коэффициенты азота. В карту включены такие метрики, как гектары, урожай и рейтинг урожая.

Платформа всегда будет бесплатной для фермеров, которым принадлежит до 100 полей или 10 тыс. га. Зарабатывать OneSoil планирует на услугах для агрохолдингов и крупных компаний, которые производят продукты питания, работают с большими площадями и управляют большим количеством хозяйств.

Еще один возможный способ монетизации проекта - продажа аналитических данных и партнерство с поставщиками семян, удобрений, средств защиты растений и производителей сельхозтехники.

Стартап OneSoil появился более двух лет назад. Изначально программист Вячеслав Мазай и географ Всеволод Генин хотели создать сервис для фермеров, который с помощью дронов мониторит посевные площади и дает рекомендации, как увеличить урожайность и сэкономить ресурсы.