05 Грудня 2021

Як оптичні сенсори економлять ЗЗР і добрива

Ключовий принцип точного землеробства – обробляти поле відповідно до його особливостей і наявних неоднорідностей. Насамперед це стосується внесення добрив та ЗЗР.

Сьогодні кожен агровиробник може проводити такі операції диференційовано зі змінними нормами на різних ділянках поля. Звісно, для цього необхідно використовувати сучасну техніку та проводити дослідження власних полів для виявлення неоднорідностей. Кожне поле має свої особливості й відрізняється за рівнем вмісту гумусу, кислотністю, рельєфом, вологозабезпеченістю і ще десятком інших параметрів, які впливають на кінцеву врожайність.

У рамках концепції точного землеробства можна досить точно виявляти зони та ділянки з різними характеристиками. Для цього використовують дрони та супутникові знімки, карти врожайності, проводять агрохімічне обстеження. На основі зібраних даних створюють карти-завдання, за допомогою яких техніка може працювати зі змінними нормами. Проте ми живемо в час технологічного буму, і вже сьогодні на заході активно експериментують із технологіями, що дають змогу збирати й обробляти дані, водночас із цим проводячи диференційоване внесення добрив.

ЯК ПРАЦЮЮТЬ ОПТИЧНІ СЕНСОРИ В АГРО

Перші оптичні сенсори для сільського господарства почали з’являтись понад 20 років тому й були призначені виключно для вимірювання вмісту азоту в рослинах. Добре, «вимірювання» — це не зовсім точне формулювання. Насправді такі оптичні сенсори не «вимірюють» вміст азоту чи його поглинання рослинами, як це відбувається в лабораторних умовах. Жоден сучасний оптичний датчик не визначить концентрацію азоту, фосфору, сірки чи будь якого іншого елементу в біомасі.

Технологія працює простіше й розумніше – достатньо зрозуміти загальний стан біомаси. Фактично, такі сенсори оцінюють показники побічно, через співвідношення відбитого світла в кількох діапазонах і кількості хлорофілу в рослинах, розраховуючи вегетаційні індекси, наприклад, індекс біомаси.

Здорові, добре сформовані рослини при фотосинтезі поглинають більше червоного і синього світлового спектру та відбивають зелений. Цю особливість рослин і було покладено в основу роботи оптичних сенсорів. Для функціонування сенсорам необхідне джерело світла. Пасивна технологія передбачає використання сонячних променів, в той час як активна функціонує на штучних джерелах світла, таких як світлодіодні або ксенонові лампи.

Як оптичні сенсори економлять ЗЗР і добриваЯк це завжди буває, кожна з технологій має як свої переваги, так і недоліки. Наприклад, пасивні сенсори можна використовувати лише вдень. Активні можуть застосовуватися і вдень, і вночі, проте якість обстеження суттєво залежить від відстані між джерелом світла і рослиною, чого не завжди можна досягти при роботі на полі.

ВИКОРИСТАННЯ ОПТИЧНИХ СЕНСОРІВ

Як відбувається застосування оптичних сенсорів на практиці? Якщо говорити про внесення азоту, наприклад, під озиму пшеницю, то зазвичай оптичні сенсори використовують навесні, починаючи із другого підживлення. Кількість біомаси, яку можна виміряти під час першого підживлення, відносно низька і зазвичай недостатня для внесення з використанням оптичних сенсорів, та й ризикувати із нормою внесення добрив на цьому етапі розвитку рослини не варто. В такому разі прийнято проводити перше підживлення за стандартною технологією.

Зони сканування для сенсора, що встановлюється на даху техніки
Зони сканування для сенсора, що встановлюється на даху техніки

На період, коли починається друге підживлення азотом і перед виходом рослини в трубку, є сенс використовувати оптичні сенсори для розрахунку оптимальної норми внесення. В цьому випадку підживлення проводиться диференційовано, а норма буде не фіксована і коливатиметься в рамках 20–100 кг/га діючої речовини. Виявлені під час сканування слабкі рослини підживлюються більше, а на ділянках з достатньо розвинутими посівами норма внесення зменшується. Таким чином проводиться розподіл азотних добрив та підвищується потенціал врожайності.

Третє підживлення проходить також зі скануванням біомаси оптичними сенсорами. На цьому етапі підживлюються вже добре розвинені рослини з сильним колосом, щоб не обмежувати розвиток зерна та досягти більшого вмісту білка по всій площі. Слабші рослини підживлюються відповідно нейтрально. Норма внесення, як і при другому підживленні, буде коливатись у межах 20–80 кг/га діючої речовини залежно від стану рослин.

Читати по темі: Оптимізація збиральної кампанії

Що стосується використання технології восени, то тут потрібно підходити індивідуально, оскільки в цей період біомаси на полі зазвичай недостатньо.

За інформацією DLG (Deutsche Landwirtschafts-Gesellschaft), в Німеччині осіннє внесення добрив та регуляторів росту з використанням оптичних сенсорів найчастіше відбувається при вирощуванні ріпаку. Це пов’язано з тим, що навесні, після зимового обмерзання листків, сенсор може некоректно аналізувати їх стан, навіть якщо коріння та стебло будуть достатньо розвинуті. Тому часто дослідження стану посівів проводиться восени, а диференційоване внесення на його основі – навесні. На ділянках, де восени була розвинута біомаса, вноситься нижча норма азоту, й навпаки.

Результатом використання оптичних сенсорів при внесенні азоту буде економія добрив на рівні 5–10% і приріст врожайності до 5%. Рівномірний розподіл азоту залежно від стану вегетації дає змогу отримувати більш однорідні посіви та вищі значення протеїну – в рамках +0,5%.

ВНЕСЕННЯ ЗАСОБІВ ЗАХИСТУ РОСЛИН

Якщо перші сенсори створювалися саме з метою оптимізації внесення азоту, то у сучасних апаратів більш широке застосування. Насамперед це стосується внесення засобів захисту рослин. І хоча для виявлення шкідників і захворювань технологія вважається експериментальною, застосування оптичних сенсорів для боротьби з бур’янами, особливо в міжрядді просапних культур, є досить ефективним.

Наприклад, сенсори WeedSeeker встановлюються на кожну з форсунок обприскувача і під час руху полем автоматично і безперервно сканують рослинний покрив. Виявляючи бур’яни, комп’ютер подає робочий розчин на форсунки, під якими їх було виявлено. Отже, препарат потрапляє точно на бур’ян. При внесенні гербіцидів контактної групи це дає змогу отримувати колосальну економію ЗЗР.

Встановлені на штанзі сенсори WeedSeeker регулюють подачу робочого розчину на форсунки, під якими знаходиться бур’ян
Встановлені на штанзі сенсори WeedSeeker регулюють подачу робочого розчину на форсунки, під якими знаходиться бур’ян

Інший напрямок, де використання оптичних сенсорів є виправданим, – внесення регуляторів росту. Їх застосування залежить від багатьох параметрів: сорту, густоти посівів, їх стійкості, рівня забезпечення поживними речовинами, часу посіву тощо. Залежно від цього оптимальне дозування регуляторів росту буде суттєво коливатись. Неправильно підібрана норма внесення може призвести до деградації кореневої системи, порушення колосіння, деформації колосків у зернових культур.

Карта поля озимого ріпаку з розрахованим індексом вегетації (зліва) та картограма на диференційоване внесення регуляторів росту (справа)
Карта поля озимого ріпаку з розрахованим індексом вегетації (зліва) та картограма на диференційоване внесення регуляторів росту (справа)

Правило диференційованого внесення регуляторів росту з використанням оптичних сенсорів формулюється таким чином: слабкі рослини з низьким індексом біомаси отримують меншу кількість регуляторів росту, ніж у середньому по полю. На ділянках із більш розвинутими рослинами доза зростає, що дає змогу приглушити розвиток рослини перед зимівлею. Відтак аграрій отримує вищий потенціал врожайності та економить на препаратах.

ЯКІ СЕНСОРИ ДОСТУПНІ НА РИНКУ?

Якщо говорити при використання оптичних сенсорів в Україні, то господарств, де ця технологія використовується, сьогодні можна нарахувати не більше двох десятків. Це пов’язано як зі складністю та новизною технології, так і з досить високою вартістю сенсорів. Взагалі оптичні сенсори – це не той інструмент, з якого зазвичай починають впроваджувати точне землеробство.

В Україні ще далеко не всі аграрії використовують навіть базові технології, такі як паралельне водіння, відключення секцій обприскувача та рядків сівалки. Оптичні сенсори – це як вишенька на торті для господарств, що відпрацювали базові технології і прагнуть максимально підвищити свою ефективність. Якщо це про ваше господарство і ви розглядаєте можливість внесення азоту чи ЗЗР диференційовано, використовуючи оптичні сенсори, обов’язково зверніть увагу на апарати, про які ми поговоримо нижче.

YARA N-SENSOR

Перший комерційний сенсор на ринку, який Yara представила ще в 1999 році. Сам апарат монтується на даху техніки і складається із двох діодних спектрометрів, волоконної оптики і мікропроцесора. Спектрометри сканують рослини на площі 50 кв. м, збираючи відбивну здатність з довжиною світлової хвилі в діапазоні від 350 до 1100 нанометрів із чотирьох точок навколо трактора. Сьогодні компанія Yara випустила дві моделі сенсора – N-Sensor та N-Sensor ALS. Модель ALS має вбудоване джерело світла, завдяки чому техніка може працювати вночі.

Yara N-Sensor, встановлений на даху трактора John Deere
Yara N-Sensor, встановлений на даху трактора John Deere

ISARIA/CLAAS CROP SENSOR

Isaria Crop Sensor був розроблений німецькою компанією Fritzmeier Umwelttechnik разом із Мюнхенським технічним університетом. Пізніше до проєкту приєднався CLAAS, інтегрувавши сенсор під ISOBUS. Isaria Crop Sensor має вигляд алюмінієвої штанги шириною 6,9 м, на кронштейнах якої кріпляться дві сенсорні головки на висоті 40–100 см над рослинами. Розміщення сенсорів під прямим кутом до посівів дає змогу отримувати вищу точність результатів сканування. Кожна сенсорна головка обладнана фотодіодами, що уловлюють відбите світло від чотирьох LED діодів.

Claas Crop Sensor, встановлений перед трактором
Claas Crop Sensor, встановлений перед трактором

Розрахунковий індекс вегетації REIP (Red edge inflection point) базується на чотирьох довжинах світлових хвиль від червоного до інфрачервоного спектру та відображає стан вегетації рослин. Окрім дослідження стану вегетації рослин, Crop Sensor має можливість підвантажувати історичні карти врожайності та дані агрохімічних досліджень, коригуючи норму внесення при роботі техніки.

OPTRX CROP SENSORS

Компанія Ag Leader є розробником сенсора OptRx на основі системи CropCircle від Holland Scientific. OptRx – це активна система із власними світлодіодами, що може працювати незалежно від денного світла. Три фотодіоди вловлюють та вимірюють відбите рослинами світло на відстані від 60 до 160 см. OptRx працює на основі вегетаційних індексів NDVI і NDRE з комбінації трьох довжин хвиль в NIR діапазоні 670, 730 та 780 нм. Електронні карти і зібрані дані можна передавати у програмне забезпечення SMS™ або AgFiniti Mobile, без необхідності купувати ПЗ для зшивання фотографій.

Сенсор OptRx компанії Ag Leader
Сенсор OptRx компанії Ag Leader

ПОЛЬОВИЙ АНАЛІЗАТОР AUGMENTA

Одна із останніх розробок, що з’явилася на ринку, – польовий аналізатор від Augmenta – мультиспектральний прилад для обробки зображень культур у режимі реального часу. Програмний продукт забезпечує моніторинг і автоматизацію із застосуванням штучного інтелекту. На сьогодні аналізатор підтримує коригування норм внесення азотних добрив, регуляторів росту рослин та дефоліантів на посівах низки зернових культур, цукрового буряку, сої та інших.

Що бачить та опрацьовує польовий аналізатор Augmenta
Що бачить та опрацьовує польовий аналізатор Augmenta

Зі слів розробників, пристрій можна встановити на будь-яку комбінацію трактор – розкидач міндобрив, якщо вони обидва мають підключення ISOBUS. Пристрій оснащений мультиспектральною камерою та забезпечує ширину сканування до 40 м із роздільною здатністю 12 пікселів на сантиметр. Ключовою перевагою аналізатора є його компактні розміри та можливість легкого і швидкого  перенесення з одного виду техніки на інший.

За матеріалами компанії SmartFarming

Опубліковано в журналі “Агроном”, 2021

Найсвіжіші матеріали читайте в журналі «Агроном». Слідкуйте за головними агрономічними новинами на нашій сторінці у Facebook та каналі в Telegram

0 Коментарі
Вбудовані Відгуки
Переглянути всі коментарі

СТАТТІ ПО ТЕМІ

Погода

Kyiv
димка
-2.6 ° C
-1.8 °
-3.4 °
93 %
3.1kmh
75 %
Нд
-1 °
Пн
2 °
Вт
3 °
Ср
1 °
Чт
3 °