W ramach wizji Europejskiego Zielonego Ładu, który stał się faktem, Unia Europejska przyjęła strategię klimatyczną, w ramach której rolnictwo zobligowane jest do redukcji zużycia pestycydów o 50% oraz nawozów sztucznych o 20%. Innym czynnikiem wpływającym na konieczność ograniczenia wielkości nawożenia i poziomu chemicznej ochrony roślin są rosnące ceny nawozów i pestycydów. W minimalizacji zużycia tych środków produkcji mogą pomóc rozwiązania techniczne i technologie wpisujące się w koncepcję Rolnictwa Precyzyjnego. O tym piszę poniżej.
Satelity w służbie rolnictwa
Znacznym krokiem w rozwoju technologicznym rolnictwa okazało się wykorzystanie systemów satelitarnych w pozycjonowaniu ciągników i maszyn rolniczych. Określenie dokładnej pozycji agregatu maszynowego na polu lub poza nim, otworzyło możliwości zastosowania szeregu rozwiązań technicznych i technologii, które stanowią koncepcję Rolnictwa Precyzyjnego, zaliczonego do trzeciej rewolucji technologicznej w rolnictwie (Rolnictwo 3.0).
W pierwszej kolejności sygnały satelitarne znalazły zastosowanie w systemach jazdy automatycznej, dzięki której ciągniki i samobieżne maszyny mogą być prowadzone bez interwencji operatora po ustalonej wcześniej trasie z dość dużą dokładnością sięgającą nawet 1 – 3 cm. Jazda automatyczna ciągnika i maszyny odciąża operatora, a ponadto pozwala zachować podczas pracy pełną szerokość roboczą agregatu, jak również unikać tzw. omijaków i nakładek. Te ostatnie mają szczególne znaczenie w przypadku takich zabiegów, jak siew (sadzenie), nawożenie mineralne i opryski. Pełne wykorzystanie szerokości roboczej przekłada się na wzrost wydajności pracy. Jazda automatyczna odbywa się przy stałej ustalonej prędkości roboczej, co przekłada się korzystnie na zużycie paliwa.
Nawigacja satelitarna i systemy jazdy automatycznej znajdują zastosowanie w przypadku autonomicznych robotów polowych, które stają się przyszłością rolnictwa.
Innym przykładem wykorzystania nawigacji satelitarnej w rolnictwie jest „geomapowanie danych”, czyli nanoszenie na mapy pól danych pozyskanych z czujników umieszczonych na maszynach. Mogą to być np. czujniki zamontowane w maszynach do zbioru mierzące plon czy N-sensory (urządzenia mierzące zawartość azotu w roślinach).
Geomapowany może być przebieg lokalizacji ciągników i maszyn, co ma miejsce w systemach telematycznych. W ten sposób zarządzający parkiem maszynowym ma podgląd na trasy pokonywane przez agregaty maszynowe na polu i poza nim.
Systemy telemetrii (systemy telematyczne) wykorzystujące techniki satelitarne okazują się bardzo przydatne w monitorowaniu pracy maszyn i zarządzaniu parkiem maszynowym.
Dzięki nawigacji satelitarnej możliwe okazało się zastosowanie technologii VRA (z ang. Variable Rate Aplication) w zmiennym dawkowaniu nawozów, nasion, pestycydów, a nawet i wody (w procesie nawadniania plantacji), która oferuje korzyści ekonomiczne oraz środowiskowe.
Podstawą w technologii VRA są mapy aplikacyjne wygenerowane na podstawie zmapowanych danych dotyczących pola i plantacji, także w ujęciu historycznym. Dane te można pozyskać z wykorzystaniem narzędzi Rolnictwa Precyzyjnego.
Dane paliwem dla efektywnego gospodarowania
Istotnym zasobem w efektywnym zarządzaniu przedsiębiorstwem są dane zbierane z produkcji, jak i otoczenia firmy. To samo dotyczy również gospodarstw rolnych. Podejmowanie efektywnych decyzji produkcyjnych i biznesowych wymaga nie tylko wiedzy i doświadczenia rolnika, ale również szeregu danych dostarczanych w czasie rzeczywistym lub w niewielkim odstępie czasowym.
Zastosowanie technik satelitarnych w rolnictwie zmieniło koncepcję zarządzania produkcją rolną, która okazuje się sprzyjająca idei rolnictwa zrównoważonego. Mianowicie pole, na którym uprawiane są rośliny, nie jest traktowane jako jednorodna struktura, lecz jako zbiór stref o różnorodnych właściwościach gleby i ukształtowania terenu, które mają wpływ na wielkość plonów w tychże obszarach pola. Produkcja zrównoważona zakłada dobór odpowiednich dawek nawozów mineralnych, jak i organicznych do potrzeb pokarmowych roślin. Idea Rolnictwa Precyzyjnego również uwzględnia potrzeby roślin z jednoczesnym zwróceniem uwagi na właściwości gleby w poszczególnych strefach pola. Stąd konieczność zróżnicowania poziomu nawożenia na całym obszarze pola. Oprócz tego w Rolnictwie Precyzyjnym różnicowane są dawki (obsady) wysiewanych nasion na jeden hektar.
Koncepcja rolnictwa zrównoważonego szczególną uwagę zwraca na glebę i jej znaczenie dla pozyskiwanych plonów. Dopasowanie poziomu nawożenia, jak i agrotechniki wymaga poznania właściwości gleby jak np. zagęszczenie, struktura, wilgotność co jest możliwe dzięki metodom skanowania elektromagnetycznego. Dzięki technikom satelitarnym możliwe jest naniesienie danych z takich pomiarów na mapy przestrzenne i wygenerowanie map właściwości gleby. Cennym zbiorem informacji jest znajomość zasobności gleby w składniki pokarmowe, które również można przedstawić w postaci map. Takie mapy powstają w wyniku prób glebowych.
Duży zasób informacji na potrzeby podejmowania decyzji w produkcji rolnej dostarcza teledetekcja wpisująca się w koncepcję Rolnictwa Precyzyjnego. W przypadku pomiarów dokonywanych za pomocą bezzałogowych statków powietrznych (zwanych też dronami) nawigacja satelitarna jest potrzebna zarówno do sterowania tymi pojazdami (dzięki temu mogą one latać w trybie automatycznym), jak i geomapowania obrazów, jakie one dostarczają. Bardzo przydatna okazuje się również teledetekcja satelitarna. Podobnie jak w przypadku fotografii pozyskanych z dronów na podstawie zdjęć satelitarnych i obliczonych wskaźników wegetacji roślin, ocenia się stan upraw i kondycję roślin. Dane te są dostępne w postaci map wykorzystywanych do bezpośrednich działań (np. nawadnianie, ochrona chemiczna roślin), a w dalszej kolejności do tworzenia map aplikacyjnych.
Rejestracja i analiza danych oraz ich wykorzystanie
Efektywne gospodarowanie w systemie zrównoważonym wymaga pozyskania szeregu danych o właściwościach gleby, kondycji roślin i zebranym plonie w ujęciu przestrzennym. Podstawowe metody pozyskiwania danych w rolnictwie precyzyjnym to analiza zebranych plonów, skanowanie elektromagnetyczne gleby oraz teledetekcja. Na podstawie przestrzennego zróżnicowania plonów, właściwości gleby i wskaźników wegetacji wyznaczane są strefy pola o zróżnicowanej produktywności. W dalszej kolejności w tych strefach przeprowadzane są próby glebowe, na podstawie których ocenia się zawartość składników pokarmowych w glebie (azot, fosfor, potas, mikroelementy, zawartość próchnicy itp.). Próby glebowe przeprowadzane są z wykorzystaniem nawigacji satelitarnej. Jest ona niezbędna, aby znać miejsce pobrania poszczególnych prób, by w te same miejsca wrócić podczas kolejnych badań.
Na podstawie pozyskanych prób glebowych w specjalistycznym oprogramowaniu sporządzane są mapy aplikacyjne dla dawkowania nawozów mineralnych, które są wgrywane do pamięci urządzeń sterujących pracą rozsiewaczy lub opryskiwaczy, dawkujących nawozy płynne. Program sporządzający mapy aplikacyjne uwzględnia zapotrzebowanie danego gatunku roślin na składniki pokarmowe w poszczególnych strefach pola dla założonego przez rolnika plonu. W ten sposób obliczane są dawki nawozów, które będą w pełni wykorzystane przez rośliny. Zróżnicowanie dawek nawozów pozwala również redukować ich zużycie. W ten sposób Rolnictwo Precyzyjne wspiera gospodarowanie w systemie zrównoważonym.
Precyzyjne zabiegi agrotechniczne
Pozyskane dane dotyczące plonów i właściwości gleby w dalszej kolejności przetworzone na mapy aplikacyjne są wykorzystywane w zabiegach agrotechnicznych dotyczących nie tylko zmiennego nawożenia mineralnego, ale również aplikacji zmiennych dawek nasion, jak i zmiany głębokości siewu i uprawy gleby.
Dopasowanie odpowiedniej głębokości przygotowania gleby do siewu, dobór odpowiedniej obsady nasion oraz zadanie optymalnej dawki składników pokarmowych do danej strefy pola ma korzystny wpływ na rozwój roślin i osiągane plony. Przekłada się to nie tylko na korzyści finansowe, ale również i środowiskowe.
dr inż. Jacek Skudlarski
SGGW, ekspert projektu „Energia Dla Wsi”
www.energiadlawsi.pl
Fot. Darek Golik
