Наземне обладнання для моніторингу посівів за забарвленням для організації диференційованого внесення добрив

Високі ціни на добрива та питання їх раціонального використання завжди є актуальними, в тому числі для запобігання екологічні проблеми неконтрольованого потрапляння нітратів в оточуююче середовище і зокрема водойми, поверхневі підземні води.

Допомогти у вирішені цих проблем може спеціалізоване обладнання, що здійснює безконтактну оперативну оцінку стану азотного живлення для організації диференційованого внесення добрив.

Диференційоване внесення добрив, - передбачає, що добрива вносяться вибірково, там, де необхідність в тих чи інших добривах особливо актуальна. Причому застосовується два основних способи: внесення в режимі реального часу і внесення з попередньо підготовленої картою поля.

Принцип роботи такого обладнання пояснимо на прикладі пшениці, для якої потрібно кілька разів здійснювати підживлення впродовж її вегетації.

Одним з основних етапів підживлення є стадія «вихід в трубку». На рисунку представлено фотознімок в оптичному діапазоні стаціонару для вивчення систем застосування добрив саме в цей етап вегетації.

Аналізуючи зображення, ми бачимо,що на ділянці біля дороги (ліворуч) добрива не вносились роками. Після є ще 5 ділянок, де вносились добрива зі зростаючою концентрацією, при цьому на останній з 5 ділянок вже було внесено 150% від рекомендованої дози азотних добрив. Надалі для перевірки результатів (організації повторності дослідів) дозування добрив знов знижують до нуля. Ближче до дороги колір рослин має салатовий відтінок, який із зростанням дози добрив перетворюється у смарагдовий. Тобто колір є інформативним параметром.

Це явище агрономам є добре відомим, і кваліфікований фахівець може достатньо точно визначити потрібну кількість добрив. Залишається питання, - де масово взяти таких кваліфікованих фахівців?

Можливим варіантом є консалтингові служби, коли фахівців запрошують в разі потреби чи взагалі отримують консультації дистанційно. Розвиток мережі Інтернет та цифрової фотозйомки значно спростили доступ виробників до баз даних щодо листкової діагностики. Зараз достатньо зробити знімок та звернутися до відповідного сайту, де за рахунок залучення експертів та технологій машинного навчання надаються консультації.

На вітчизняному ринку є і платні продукти і безкоштовні, щоправда з достатньо обмеженим функціоналом. Як приклад сервіс Helping Plants A (http://az.4androidapk.com/developer/qvet) і Yara CheckIT (https://www.yara.ua/) є безкоштовними і працюють в офлайн-режимі, а користування одним з додатків програмного ряду Dinut (для різних культур) є платним.

Такі сервіси передусім призначені для діагностики захворювань рослин та ідентифікації шкідників, хоча і питання мінерального живлення діагностуються в певній мірі – загальна індикація нестачі чи надлишку елементу живлення. Індикаторний, а не вимірювальний режим передусім пояснюється складністю організації корекції освітлення.

Проте для промислового обладнання такі вимірювання є цілком можливими, як із суто природнім освітленням, так і з використанням спеціальних ламп. Диференційоване внесення добрив може здійснюватись як шляхом керування подачі реагенту, так і керування швидкістю пересування обладнання по полю. Обидві технології мають свої недоліки та переваги. Так, при керуванні пропускної здатності є можливість підвищити вибірковість, коли для кожної з смуг поля кількість внесення підбирається індивідуально. Проте це в певною мірою обмежує номенклатуру добрив, оскільки при зміні тиску із колоїдними розчинами, характерними для добрив, можливе невірне внесення саме діючої речовини. Керування швидкістю технічно легше організувати і навіть автоматизувати в існуючих системах керування рухом агрегатів.

На ринку України присутні кілька виробників такого серійного обладнання:

GreenSeeker

CropSpec

Crop Circle

CropSensor

N-sensor

GreenSeeker

GreenSeeker компанії Trimble Agriculture (США) існує як суто вимірювальна система, так і спеціалізований комплекс, призначений для диференційованого внесення добрив, виходячи з величини індексу NVDI. Для підвищення вибірковості отриманих даних можливе встановлення кількох вимірювальних блоків паралельно. Бортова система може використовувати власне джерело світла для кожного вимірювального каналу, тому може працювати як протягом світлового дня, так і вночі.

Спектральна сенсорна система GreenSeeker, схема приладу та фотографія використання комплекту в сутінках.

CropSpec

Одна з компаній, що працює в галузі розробки оптичних сенсорних систем Topcon Positioning Systems (Японія), у співпраці з Yara International створила систему оптичної діагностики забезпечення рослин азотом на базі сенсору CropSpec. Система Topcon використовує два датчики, по одному з кожного з боків комплексу для вимірювання спектральних характеристик посіву – індексу NDVI

Сенсор CropSpec призначений для вимірів стану азотного живлення рослин.

Так само як і попередній зразок, система має власне джерело випромінювання для забезпечення цілодобового режиму роботи.

Crop Circle ACS-430

Ще одним технічним засобом для реалізації технології змінного нормування добрив є оптичний датчик Holland Scientific Crop Circle ACS-430 (США). Він також належить до групи активних датчиків, і має власне джерело світла (LED) і триканальний кремнієвий детектор із спектральним діапазоном 320-1100 нм.

Сенсор Crop Circle ACS-470

Оптична система включає три оптичні канали вимірювання, що дає можливість користувачеві працювати з декількома довжинами хвиль, нм: 450, 550, 650, 670, 730, 800. Можуть використовуватись кілька стресових індексів (NDVI, SRI тощо), що дозволяє використання комплексу для кількісної оцінки впливу поживних речовин, забезпечення рослин вологою, виявлення захворювань рослин або інших ознак стресового стану.

CropSensor

Оптичний датчик OptRx – це наступне покоління цих пристроїв фірми Holland Scientific, виготовлених на основі досвіду та розробок експлуатації Crop Circle. Його реалізують під торговою маркою AG Leader з назвою CropSensor. Система реалізації технології змінного нормування добрив на основі OptRx використовує параметри калібрувальної залежності ті самі, що й для сенсорів попереднього покоління.

Сенсор OptRx, змонтований на базі обладнання для внесення добрив

N-sensor

Одним із перших промислових засобів оптичної діагностики, є N-sensor виробництва фірми Yara International (Норвегія). Це пасивна оптична система, що складається з чотирьох фотоматриць, які визначають інтенсивність відбитого сонячного світла, та одного зенітного фотоелемента – для визначення інтенсивності сонячного світла в діапазоні довжини хвиль 660-800 нм.

Yara N-Sensor

Фотоелементи поєднані з обчислювальним блоком та видають сигнал для управління роботою розкидача мінеральних добрив. На початку роботи обирають ділянку посіву, характерну для загальної площі, та проводять калібрування сенсорів, за яким встановлюють середню інтенсивність відбитого світла та відповідну дозу азотних добрив (у фізичній масі). Наступна операція (робочий режим) – відбуваються вимірювання інтенсивності відбитого світла та синтез отриманої інформації, що передається на засоби управління роботою розкидача. Недоліком цього комплексу є те, що джерелом світла є сонце, тому час роботи обмежується 10-12 годинами впродовж доби.

Резюмуємо..

Ці технології здатні економити господарству гроші за рахунок раціонального використання добрив та забезпечувати відповідну якість зерна. Проте таке обладнання потребує методичного супроводу, а саме калібрувальних залежностей між станом азотного живлення та спектральними показниками. Цьому слугуватиме створення власних стаціонарних дослідів щодо використання систем добрив, на яких здійснювати калібрування обладнання.

Наявна номенклатура серійного обладнання свідчить, що ці технології вже є реаліями сьогодення, а не фантастичного майбутнього. Вони здатні економити господарству гроші за рахунок раціонального використання добрив та забезпечувати відповідну якість зерна. Проте таке обладнання потребує і певного методичного супроводу.

На жаль централізована державна методологічна підтримка недостатня і готових калібрувальних залежностей між станом азотного живлення та спектральними показниками обмаль. Проте господарства здатні самі створювати такі залежності. Як приклад, - створення власних стаціонарних дослідів щодо використання систем добрив, на яких здійснювати калібрування обладнання. Такий підхід використовується і за кордоном, коли підприємство саме підбирає для себе оптимальні за доступністю та вартістю добрива. Поступово господарство накопичує власний банк даних як щодо калібрувальних залежностей, так і цифрових карт поля, які є вкрай корисними для аграрних практик.

Отже, незважаючи на все більш досконале допоміжне обладнання, агроном без роботи не залишиться.