Rolnictwo precyzyjne to wspomaganie decyzji o nawożeniu

O tym, jak bardzo ważna jest wiedza: czym nawozić, w którym miejscu i w jakiej ilości, mówi się od lat w kontekście rolnictwa precyzyjnego. Dzisiaj – patrząc na szalejące ceny nawozów – wydaje się to szczególnie istotne. Od czego zacząć, jakie technologie i narzędzia oferuje rynek zarówno do wspomagania decyzji o nawożeniu, jak i samej aplikacji nawozów?

Przedstawiciele firm oferujących różnego rodzaju technologie rolnictwa precyzyjnego zawsze jako jeden z argumentów za ich wprowadzeniem podają korzyści finansowe w postaci generowania oszczędności w zużyciu nawozów na poziomie od kilku do nawet 10 proc. Rzeczywiście, w praktyce widać zalety precyzyjnego nawożenia. Jedni rolnicy mówią o wyrównaniu plonów na poszczególnych polach czy ich częściach przy tej samej ilości zużytych nawozów, a więc de facto wyższych plonach i zyskach, inni zauważają, że „sypnięcie nawozu” tam, gdzie rzeczywiście tego potrzeba, w odpowiedniej ilości wpływa na kilkuprocentowe zmniejszenie ich zużycia. Dzisiaj takie korzyści nabierają nowego wymiaru ekonomicznego, bo zaoszczędzone ilości nawozu trzeba pomnożyć – w zależności od jego rodzaju – dwu-, a nawet trzykrotnie (największe podwyżki dotyczą nawozów azotowych). Wyniki kalkulacji mogą naprawdę zrobić wrażenie. Tym bardziej warto rozpatrzeć inwestycje w „precyzję”.

Na czym polega precyzyjne nawożenie? Najprościej rzecz biorąc, można je zdefiniować jako optymalne dostosowanie wielkości dawek składników pokarmowych w celu uzyskania wysokich i dobrych jakościowo plonów, czego „efektem ubocznym” jest też bardzo często redukcja kosztów zakupu nawozów, a więc realne oszczędności. Podstawowym elementem jest zatem dokładne rozpoznanie „przestrzennej zmienności zawartości przyswajalnych składników pokarmowych gleby”. W Polsce jest duża zmienność glebowa, dlatego tym bardziej zasadne jest stosowanie zmiennych dawek nawozów, a także środków ochrony roślin. A jak określić to zapotrzebowanie? W praktyce wykorzystywanych jest kilka sposobów.

Od czego zacząć rolnictwo precyzyjne?

Podstawą jest pobór prób glebowych. Wyspecjalizowane firmy używają do tego specjalnych urządzeń automatycznie pobierających próbki glebowe, montowanych na samochodach terenowych lub quadach i jednocześnie zapisujących pozycję pobranej próby przez odbiornik GPS. Zawartości w glebie podstawowych makro- (fosfor, potas, magnez) i mikroskładników (lista badanych składników zależy od zamówienia klienta) oraz odczyn gleby są określane z warstwy uprawnej np. do 30 cm. Norma polska przyjmuje, że jedna próba musi być pobrana z powierzchni od 1 do 4 ha. – Właściwie nigdy takich 4-hektarowych prób nie wykonujemy, chyba że ktoś sobie tego wyraźnie życzy. Przy mozaikowatości gleb, z jaką mamy do czynienia w Polsce, nie odpowiada to realnemu stanowi rzeczy – zauważa Jerzy Koronczok z Agrocom Polska.

Nie mniej ważne dla prawidłowego wykonania nawożenia wydaje się wykonanie skanowania gleby, czyli określenie jej tekstury na danym polu czy też jego fragmencie. W ten sposób określa się tzw. mozaikę glebową, czyli jej zróżnicowanie (glina, mady, piasek), a także poziom próchnicy, pojemność kompleksu sorpcyjnego i zdolność do utrzymania wilgoci. – W różnych miejscach rośliny będą plonowały inaczej, bo są inne właściwości fizykochemiczne gleby. My to nazywamy strefami zarządzania. Pola dzielimy na strefy najczęściej 2-3-hektarowe, które są wewnątrz jednorodne, charakteryzujące się jednakowymi, niezmiennymi właściwościami. Kierujemy się zasadą, że chcemy zbliżyć się do uprawy hydroponicznej – wyjaśnia Piotr Mazur z firmy Agrotechnology. Informacje pozyskane ze skanera są następnie wykorzystywane na wszystkich etapach implementacji precyzyjnego rolnictwa, w tym do zaplanowania parceli pobierania prób glebowych czy późniejszego generowania map aplikacji nawozów.

Mapowanie plonów

Jednym ze źródeł przygotowania mapy aplikacyjnej nawożenia może być mapowanie plonu z pomocą kombajnu zbożowego. Dzisiaj takie rozwiązanie może mieć praktycznie każdy kombajn. W zależności jednak od producenta i modelu maszyny mogą być one wyposażone w różne rozwiązania, np. czujniki przepływu masy ziarna (John Deere), fotokomórki mierzące objętość ziarna na łopatkach łańcucha podajnika ziarnowego (Claas) czy wychylną celę pomiarową (również Claas). Do tego potrzebny jest jeszcze odbiornik sygnału GPS, który będzie służył do zapisu pozycji maszyny, a tym samym bieżącego monitoringu plonu.

Na tej podstawie tworzone są strefy plonowania, w których ustalenie ilości i progów danych zależy od dysponenta systemu, w którym są tworzone. Po utworzeniu takiej mapy można przyjąć różne założenia odnośnie nawożenia: czy np. w miejscach słabiej plonujących „sypnąć” więcej danego nawozu, czy wręcz przeciwnie – uznajemy, że dawka była w tym miejscu wysoka, a po prostu potencjał gleby mimo wysiłków nie pozwala na nic więcej, więc nie ma sensu taka ilość nawozu i zmniejszamy ją.

Zaletą wykonywania map plonów jest np. łatwość ich tworzenia, bo niejako wykonywane są przy okazji zbioru roślin, a nie jako dodatkowa czynność. To metoda również dość dokładna, o ile maszyna i instrumenty pomiarowe są solidnie skalibrowane i czyste (np. fotokomórki). Problemy w dokładności pomiarów tą metodą sprawiają różnorodność odmianowa, różnice w wilgotności ziarna czy jego gęstości w poszczególnych częściach pola lub fazie dnia roboczego. Warto wspomnieć, że mapy plonu mogą być tworzone również przez sieczkarnie polowe.

Ile azotu na pierwszą dawkę?

W klasycznej uprawie na pierwszą dawkę azotu pod rzepak czy pszenicę stosuje się zazwyczaj określoną część całej dawki wiosennego nawożenia, a przy kolejnych ewentualnie koryguje się ilość wysiewu na podstawie lustracji łanu. Są jednak możliwości precyzyjnego określenia także i tej pierwszej dawki. Można bowiem zrobić odpowiednie badanie gleby. – Z trzech warstw profilu – aż do 90 cm głębokości – pobieramy próby (z każdej warstwy jedna próba), robimy bilans i mapę aplikacji azotu. Dla rolnika pod kątem danej uprawy ważna jest wiedza, na jakich głębokościach ten azot zawarty w glebie się znajduje – wyjaśnia Piotr Mazur.

Potwierdza to Jerzy Koronczok, który mówi, że próby azotowe muszą być pobierane z co najmniej dwóch warstw – do 30 cm i 30-60 cm oraz nieobligatoryjnie do 90 cm. – To daje nam bardzo ciekawe informacje, bo m.in. wskazuje, gdzie ten pierwiastek się przemieścił, jak został wypłukany i jak migruje w glebie i czy np. wskutek braku opadów przemieścił się troszkę głębiej, ale ciągle jest – zauważa.
Trzeba jednocześnie dodać, że określenie zawartości azotu w glebie nie tylko jest ważne dla wielkości pierwszej dawki azotu, lecz także stanowi punkt odniesienia dla kolejnych dawek.

Druga i kolejne dawki azotu

Do precyzyjnego określenia drugiej i kolejnych dawek nawożenia azotem potrzebne są aktualne dane z przebiegu wegetacji. Coraz częściej zastosowanie mają dane pozyskane ze zdjęć satelitarnych, pozyskiwanych np. z systemów Galileo czy Copernicus. Obecnie – od 2018 r. – obrazy wygenerowane przez te urządzenia można pozyskiwać w okresie wegetacyjnym nawet co 3-4 dni. Na ich podstawie określany jest współczynnik NDVI (ang. Normalized Difference Vegetation Index), którego wartości są skorelowane z ilością biomasy i zawartością chlorofilu. Mówiąc najprościej, określa on zieleń łanu i jego bujność. Obraz z satelit bywa zakłócany przez chmury, ale ze względu na dużą częstotliwość oblotu satelit nie jest to aż tak istotnym problemem. Warto podkreślić dość wysoką rozdzielczość zdjęć – 10 m pola.

Do określenia aktualnych potrzeb azotowych łanu służą też urządzenia montowane na maszynach rolniczych. Przykładem jest Claas Crop Sensor, który może działać zarówno w trybie automatycznym (na podstawie danych ze skanera na bieżąco i automatycznie regulowana jest dawka wysiewu nawozu), jak i manualnym, w którym operator decyduje na podstawie wskazań czujników, jaką dawkę nawozu w danym miejscu wysiać. Ciekawą cechą urządzenia jest również to, że może być wykorzystane do zmiennego dawkowania oprysków np. przy desykacji upraw lub regulatorów wzrostu.

Innym rozwiązaniem jest analizator kondycji stanu roślin Augmenta, oferowany przez Agrotechnology. Łączy on zalety analizy multispektralnej dostępnej przez satelity lub drony. System, zamontowany na dachu ciągnika, monitoruje 100 proc. powierzchni upraw podczas przejazdu roboczego. Przy zabiegach zasilania roślin azotem, aplikacji regulatorów wzrostu czy fungicydów, na bieżąco ocenia stan roślin i oblicza właściwą, optymalną dla danego miejsca pola dawkę. Obrazowanie w rozdzielczości 4K oraz algorytmy sztucznej inteligencji zapewniają automatyczną kalibrację, a stałe połączenie LTE – natychmiastową transmisję danych do portalu Augmenta i dodatkową analizę danych przez rolnika lub jego doradcę. Urządzenie kosztuje ok. 12 tys. euro.

Swoje rozwiązania w tym zakresie ma też Yara, m.in. w postaci skanera N-Sensor, montowanego na dachu traktora. N-Sensor analizuje na bieżąco poziom azotu w uprawach zbóż oraz rzepaku. W ofercie firmy można znaleźć też kieszonkowe narzędzie do ręcznego pomiaru zawartości tego składni w roślinach – N-Tester.

Przechowanie i obróbka danych

Pozyskane dane trzeba gdzieś przechować i przetworzyć do dalszego wykorzystania. Do tego służą specjalne platformy internetowe, jak choćby 365 Farmnet z modułem Crop View. Jak podkreśla Jerzy Koronczok z firmy Agrocom, narzędzie jest bardzo użyteczne i jest w stanie wygenerować wiele ciekawych analiz. Przykładowo na podstawie danych satelitarnych historycznych (z wielu sezonów wegetacyjnych) można tutaj złożyć kilkanaście bądź kilkadziesiąt map, przez co uzyska się uśredniony obraz wegetacji z przestrzeni kilku lat na danym polu. Uwzględnia on warunki środowiskowe, glebowe i pogodowe. – Później można je  wykorzystać choćby do pobierania prób glebowych, ale również fantastycznie sprawdza się to przy zmiennym wysiewie kukurydzy, która bardzo mocno reaguje wzrostem i plonowaniem, jeśli chodzi o obsadę w danych warunkach środowiskowych – przekonuje Koronczok.

Narzędzia do zbierania i obróbki danych proponują też niektóre firmy oferujące maszyny. Jak mówi Karol Zgierski z John Deere Polska, firma oferuje platformę, w której mogą być zbierane wszystkie dane z pól i nie tylko. – John Deere Operation Center jest środowiskiem otwartym i może korzystać z różnych zewnętrznych źródeł, np. map plonów, zdjęć satelitarnych czy prób glebowych, które mogą stanowić dane wyjściowe do przygotowania mapy wysiewu nawozów – wyjaśnia specjalista z John Deere. W podstawowym wydaniu JD Operation Center oferowane są narzędzia, które na podstawie wprowadzonych tego typu danych mogą zasugerować rolnikowi i stworzyć mapy aplikacyjne dla nawozów. – Operation Center jest też w stanie obsłużyć mapy wysiewu tworzone w – tak to nazwijmy – innych programach. Dane przesłane do Operation Center mogą następnie trafić bezpośrednio do połączonej maszyny John Deere – zauważa. Dane do maszyny mogą być przesyłane zarówno bezprzewodowo, jak i na karcie pamięci.

Dostępne dzisiaj maszyny do precyzyjnego nawożenia, a więc z możliwością automatycznego zmiennego dawkowania nawozów, są kompatybilne z większością dostępnych komputerów. Standard Isobus ułatwi dodatkowo obsługę maszyny towarzyszącej za pomocą monitora ciągnika.

Cyfrowe dane muszą pojechać na pole

Niezależnie od sposobów badań potrzeb nawożenia ostatecznym rezultatem – narzędziem zdatnym do użycia przez rolnika – musi być stworzenie aplikacji nawożeniowej na narzędzie aplikujące nawóz na pole, a więc najczęściej rozsiewacz, czasem opryskiwacz. Nawet duża ilość pozyskanych różnego rodzaju precyzyjnych informacji nie będzie miała sensu, jeśli nie będzie mogła być wykorzystana. Chodzi więc o to, że dane muszą mieć taką wartość, aby można je było wykorzystać do nawożenia precyzyjnego. Dlatego warto, a wręcz trzeba upewnić się, że dana firma, która sporządza mapy pól, opracuje też mapę aplikacyjną, której zapis cyfrowy będzie mógł być odczytany przez platformę, której używamy do zarządzania danymi z pól lub też konkretnymi maszynami służącymi do precyzyjnego nawożenia.