Точне землеробство. Для чого потрібні оцифровані поля

Як комп'ютер допомагає агрономові

Для початку процитуємо загальноприйняте наукове визначення точного землеробства. Це комплексна високотехнологічна система сільськогосподарського менеджменту, що включає в себе технології глобального позиціювання (GPS), геоінформаційні системи (GIS), технології оцінки врожайності (yield monitor technologies), технології змінного нормування (variable rate technology) і технології дистанційного зондування землі (remote sensing).

Насправді все не так страшно незрозуміло, як здається: сенс точного землеробства в тому, що агроном повинен бачити неоднорідність кожного оброблюваного поля. У різних місцях поля різна грунт, різні умови зволоженості і багато інші фактори. А значить, немає сенсу, наприклад, по всьому полю однаково розкидати добрива: де-то їх потрібно більше, десь менше. Та й посів зернових потрібно проводити з урахуванням цих особливостей. За великим рахунком, точне землеробство - це спосіб одночасно заощадити на обробці кожного окремого поля і при цьому отримати більш високий урожай.

Точне землеробство не випадково ще називають "координатним": у його основу покладено уявлення про те, що в межах одного поля є маса неоднорідностей. Так що спершу їх потрібно визначити і нанести на карту. Для цього використовуються такі технології, як супутникові системи (ГЛОНАСС, Galileo), спеціальні датчики, знімки з літаків і безпілотників. Зібрані дані закладаються в спеціальні програми для агроменеджменту на базі геоінформаційних систем.

Далі комп'ютерна програма, враховуючи локальні особливості ґрунти та кліматичні умови, сама складає для кожного "підвідомчого їй поля план посіву, розраховує норми внесення добрив та засобів захисту рослин у різних частинах поля, дозволяє більш точно передбачити врожайність залежно від різних прогнозів погоди. Більш того, точна обробка даних по кожному полю дозволяє легше встановити причини хвороб і інших порушень.

Історично точне землеробство зародилося на Середньому Заході США, там він став практичним втіленням концепції сталого землеробства, яка поєднувалася з прагненням максимізувати прибуток, наприклад, знизивши витрати на добрива. Так з'явилися технології диференційованого внесення добрив - лише там, де потреба у певній нормі добрив виявлена за допомогою карт агрохимобследования і врожайності.
Переваг тут маса - від кращого планування сільськогосподарських робіт та полегшення складання звітності до більш грамотного формування сівозміни та підвищення ефективності агробізнесу в цілому.

На оцифрованому полі

Координатне землеробство можна розділити на чотири етапи, на яких використовуються різні технології.

Перший: координатна прив'язка даних. Інакше кажучи, це електронна карта, що дає можливість зберегти результати аналізу грунту у вигляді шару електронної карти. Там можуть бути і інші шари: попередні культури, питомий опір ґрунту, кислотність, склад і т. д. Такі електронні карти складаються або в ході об'їзду полів з GPS-приймачем на автомобілі або тракторі, або виділенням і оцифруванням меж полів за аэрофотоснимкам або космічним знімкам.

Другий: опис неоднорідностей. Неоднорідності всередині поля і від поля до поля залежать від ряду факторів: погоди (дощ, посуха тощо), характеристик ґрунту (грансостав, потужність гумусового шару, забезпеченість азотом), способів обробітку ґрунту (нульовий обробіток, мінімальна обробка), а також засміченості полів, наявності хвороб і патогенів. Ці дані дозволяють відслідковувати стан культури і біомаси, наприклад, зрозуміти, наскільки та чи інша хвороба впливає на врожайність, страждає культура від нестачі води, нестачі азоту в грунті або від ураженості якоюсь хворобою, пошкоджена вона заморозками і т. п. Ця інформація може надходити з портативних метеостанцій, а також з інших джерел (сенсорів електропровідності грунту, космічних знімків, експертної оцінки агронома тощо). Все це дозволяє створити точну карту агроекологічних умов.

Третій: прийняття рішень. Карта агрофизико-хімічних показників ґрунту дозволяє, базуючись на аналізі статистичних індикаторів (грунтових показників, електропровідності, історії полів і т. д.), спрогнозувати витрати по даному полю, а також створювати математичні моделі кожного поля. Далі агроном може приймати рішення, використовуючи симулятори фаз розвитку культур і моделі рекомендованих заходів.

Четвертий: роботи з неоднорідностями. Нові інформаційні та комунікаційні технології дозволяють легко і обґрунтовано управляти культурами на рівні поля. Сучасна сільгосптехніка підтримує технології змінного внесення, наприклад, дозування насіння або диференційованого внесення добрив та засобів захисту рослин.

Приклад - інтелектуальна система онлайн-моніторингу полів, заснована на роботі сенсорів, встановлених в полі. Програмне забезпечення дозволяє налаштувати повідомлення (по e-mail, SMS) в разі досягнення певних показників як на окремих датчиках, так і на групах датчиків з різними залежностями. Наприклад, якщо впала вологість і піднявся сильний вітер, система надсилає про це повідомлення агроному.

Це дозволяє легко ідентифікувати ділянки полів, які потребують особливої уваги, виявляти епідемії, вносити коригування в підживлення рослин. Подібне використання онлайн-систем дає можливість економити від 2 до 20% ресурсів, що витрачаються на вирощування рослин.

Розміри економії

Сьогодні в Україні системи точного землеробства все активніше використовують як великі агрохолдинги, так вже і середніх розмірів господарства. За оцінками експертів, окремі елементи точного землеробства застосовуються на 20-30% оброблюваних земель. Ось тільки в більшості випадків застосовується єдиний "елемент" - це автопілот, завдання якого запобігати перекриття і пропуски і давати можливість механізаторові контролювати технологію.

А ось повний комплекс елементів точного землеробства застосовується лише на лічених відсотках українських полів. При цьому, як показує вітчизняна практика, найбільш ефективно впровадження елементів точного землеробства йде на просапних культурах: соняшник, кукурудзу, меншою мірою цукрових буряках.

"Ринок точного землеробства в Україні тільки зароджується. І половина операторів зовсім не клієнт-орієнтовані: їм аби впарити господарству яку-
небудь модний дорогу електронну іграшку, вони знають, що клієнт до них вже не повернеться, і шукають нового. З часом такі компанії зійдуть з дистанції, але поки необізнаних клієнтів їм вистачає, - говорить засновник компанії SmartFarming Артем Беленков. - Майже завжди персонал не хоче морочитися з усіма цими датчиками, тому що по-старому працювати простіше, і не бажає брати на себе додаткове навантаження з аналізу накопичених бортовими комп'ютерами даних і картограм на моніторах. В одному господарстві ми застали таку ситуацію: картограма внесення засобів захисту рослин показує, що все добре, картограма внесення добрив - теж, і тільки на карті врожайності вилізла досить сумна картина. Потім з'ясували, що обприскувач вносив водичку, а розкидач мінеральних добрив працював вхолосту. А добрива та ЗЗР, відповідно, вкрали".

Це факт: складові компоненти точного землеробства в Україні впроваджуються найчастіше безсистемно, розрізнено. Притому що точне землеробство - це комплекс елементів, і вони повинні впроваджуватися саме як комплекс, взаємопов'язано і в розрахунку на вирішення конкретних проблем конкретного господарства.

Разом з тим системи точного землеробства окупаються буквально за рік. При використанні тільки одного елемента системи паралельного водіння і автопілота або автоматичного відключення секцій на перекриттях - загальний економічний ефект може становити до 7-10%.

У разі введення всього комплексу технологій - до 50% і більш. Наприклад, на посівах сої використання систем точного землеробства дозволяє знизити фінансові і трудовитрати (а в результаті підняти прибутковість) до 37%.

Але для середніх і малих господарств заковикою стає необхідність інвестувати кошти в системи точного землеробства. "Витрати на переобладнання 12-метрового культиватора (модернізація трактора, бункера для добрив, культиватора) з можливістю локально-стрічкового внесення і диференціації трьох видів добрив становлять близько $35 тис., - підрахував кандидат сільгоспнаук, директор AgriLab, член Міжнародного товариства по точному землеробству (ISPA) Ярослав Бойко. - Але при економічному ефекті в $30-40 на 1 га (кукурудза) за рахунок диференційованого локально-стрічкового способу внесення і оптимального розподілу добрив витрати на модернізацію окупляться протягом одного маркетингового року".

На практиці щоб почати впровадження системи точного землеробства, потрібно перш за все розписати чіткий план заходів: які процеси потрібно оптимізувати, в якому порядку, хто чим буде займатися і хто буде за що відповідати. І як все це потрібно вимірювати, оцінювати. "Першим елементом точного землеробства в нашій групі була установка на всю сільгосптехніку систем паралельного водіння (автопілотів), саме вони дали нам можливість обробляти поле, практично без пропусків. Далі, пару років тому, нами була створена агрохимлаборатория, в яку почали надходити проби ґрунту з більшості наших полів. На підставі результатів аналізів ми будуємо систему підживлення рослин на тому чи іншому полі, - розповів у коментарі "ДС" заступник генерального директора з питань аграрних IT-інновацій холдингу Ukrlandfarming Володимир Бабій. - Відповідно, ми закуповуємо і вносимо ті мінеральні і мікродобрива, які необхідні для конкретної культури на конкретному полі. Наш агрохолдинг також активно використовує супутниковий моніторинг NDVI, він допомагає агрономам виявляти неоднорідності вегетації культури на полі і по можливості оперативно усувати проблеми (бур'яни, азотна підгодівля, інше). І, найголовніше, яким би не було точне землеробство, необхідно в режимі реального часу контролювати роботу техніки, щоб розуміти, наскільки якісно вона виконує ту чи іншу операцію - висів насіння, внесення добрив та ЗЗР".

У самому справі, посів становить досить високу частку в собівартості сільгосппродукції, та точне землеробство може оптимізувати цей процес, забезпечити помітну економію. Наприклад, через можливість відключення секцій. Якщо поля неправильної форми, то одне тільки це забезпечує економію 2-3% посівного матеріалу. Враховуючи, що у господарства буде точна інформація про кількість посіяних зерен, то на площі 1000 га, це забезпечить економію $5 тис. Додамо сюди збільшення врожайності за рахунок більш точного і розподіленого посіву по полю.

На наступному етапі над сходами можна пустити безпілотник, що "вміє" вимірювати кількість сходів. (Вартість такої послуги - близько 20 грн/га.) Такий моніторинг дозволить оцінити: чи вигідно було переобладнати сівалки, є проблеми в їх роботі і т. д.

Також система точного землеробства дозволяє помітно економити на добривах. Тут, готуючи модель диференційованого добрива, починають із створення карти рельєфу поля. Адже зі схилів добрива завжди вимиваються, а у западинах - накопичуються, разом з усім, що змивається зі схилів. Далі аналізується структура ґрунту, щільність і електропровідність. Це дозволяє нанести на карту, де на полі пісок, де суглинок, де глина. Наприклад, немає сенсу вносити більше добрив в пісок - вони все одно вимиються, так і потенціал грунту низький. А глинистий ділянку пов'язує добрива і погано віддає рослинам. Вже після цього система будує карту вмісту мікро - і макроелементів у ґрунті. Результат цієї роботи - карта завдання по внесенню добрив, в якій вказані різні норми внесення в різних місцях поля у відповідності зі структурою грунту.

Як стартапи допомагають дрібним фермерам

Технології точного землеробства - це зовсім не обов'язково великі витрати. Насправді дуже багато даних для роботи можна отримувати і обробляти абсолютно безкоштовно. Буквально в середині жовтня аграрний стартап OneSoil запустив першу у світі інтерактивну цифрову карту всіх полів США і Європи за три роки.

Ця карта сільськогосподарських даних включає понад 57 млн полів і інформацію по 20 типів культур. Карта OneSoil стане частиною платформи, яка допомагає фермерам відстежувати поля і розраховувати кількість потрібних добрив.

Дані, які використовує OneSoil, отримані із відкритих знімків супутників Європейського космічного агентства. Використовуючи алгоритми комп'ютерного зору і машинного навчання, команда навчилася розпізнавати з 92%-вою точністю 19 культур, розраховувати індекси рослинності і змінні коефіцієнти азоту. В карту включені такі показники, як гектари, урожай і рейтинг врожаю.

Платформа завжди буде безкоштовною для фермерів, яким належить до 100 полів або 10 тис. га. Заробляти OneSoil планує на послугах для агрохолдингів і великих компаній, які виробляють продукти харчування, працюють з великими площами і керують великою кількістю господарств.

Ще один можливий спосіб монетизації проекту - продаж аналітичних даних і партнерство з постачальниками насіння, добрив, засобів захисту рослин і виробників сільгосптехніки.

Стартап OneSoil з'явився більше двох років тому. Спочатку програміст В'ячеслав Мазай і географ Всеволод Генін хотіли створити сервіс для фермерів, який з допомогою дронов моніторить посівні площі і дає рекомендації, як збільшити врожайність і зекономити ресурси.