Картографиране на добивите от реколтата: Оптимизиране на селскостопанските практики в световен мащаб

Картографирането на добивите от реколтата е крайъгълен камък на модерното, управлявано от данни земеделие. То предоставя на фермерите и селскостопанските специалисти подробна пространствена информация за представянето на културите в рамките на едно поле. Тази информация позволява целенасочени интервенции, оптимизиране на разпределението на ресурсите и насърчаване на устойчиви земеделски практики. Това изчерпателно ръководство ще разгледа принципите, технологиите, ползите и предизвикателствата, свързани с картографирането на добивите от реколтата в световен мащаб.

Какво представлява картографирането на добивите от реколтата?

Картографирането на добивите от реколтата е процес на събиране и анализ на данни за създаване на визуални представяния на добивите от култури в дадено поле. Тези карти подчертават зони с висока и ниска продуктивност, разкривайки пространствена променливост, която може да се дължи на различни фактори като почвени условия, наличност на хранителни вещества, нападения от вредители, огнища на болести, воден стрес и управленски практики. Получените карти са мощни инструменти за вземане на информирани решения относно прилагането на ресурси, графиците за напояване и други агрономически практики.

Значението на картографирането на добивите в съвременното земеделие

В епоха на нарастващо световно население и ограничени ресурси, оптимизирането на селскостопанската производителност е от първостепенно значение. Картографирането на добивите играе жизненоважна роля за постигането на тази цел, като позволява:

• Повишена ефективност: Чрез идентифициране на зони с по-ниска производителност, фермерите могат да прилагат целенасочени интервенции, намалявайки отпадъците и максимизирайки използването на ресурсите.
• Подобрено управление на ресурсите: Картите на добивите улесняват прилагането с променлива норма (VRA) на торове, пестициди и вода за напояване, като гарантират, че ресурсите се прилагат само там, където е необходимо.
• Подобрена устойчивост: Намаленото използване на ресурси води до по-ниско въздействие върху околната среда и по-устойчиви земеделски практики.
• Вземане на решения, базирани на данни: Картите на добивите предоставят ценна информация за вземане на информирани решения относно избора на култури, гъстотата на засаждане и други управленски практики.
• Ранно откриване на проблеми: Анализирането на картите на добивите във времето може да помогне за идентифициране на възникващи проблеми като деградация на почвата или нападения от вредители.

Технологии, използвани при картографиране на добивите

При картографирането на добивите се използват няколко технологии, всяка със своите силни страни и ограничения. Те включват:

1. Монитори за добив

Мониторите за добив са сензори, монтирани на комбайни, които измерват масата или обема на прибираното зърно в реално време. Тези сензори обикновено са свързани с GPS приемници, за да записват местоположението на всяко измерване на добива, създавайки геореферирана карта на добива. Данните, събрани от мониторите за добив, са от решаващо значение за идентифициране на променливостта на добива и разбиране на факторите, които допринасят за нея. Калибрирането и редовната поддръжка са критични за точното наблюдение на добива.

Пример: В Съединените щати много големи производители на царевица и соя разчитат в голяма степен на монитори за добив, за да проследяват представянето на реколтата и да оптимизират прилагането на ресурси. Подобни системи се използват при прибирането на пшеница в Европа и Австралия.

2. Дистанционно наблюдение

Дистанционното наблюдение включва получаване на информация за обект или област от разстояние, обикновено с помощта на сензори, монтирани на сателити, самолети или безпилотни летателни апарати (БЛА). Техниките за дистанционно наблюдение могат да се използват за оценка на здравето на културите, биомасата и други параметри, които са в корелация с добива. Често използваните платформи и сензори за дистанционно наблюдение включват:

• Сателитни изображения: Сателити като Landsat, Sentinel и MODIS предоставят мултиспектрални изображения, които могат да се използват за оценка на здравето на културите и вегетационни индекси като NDVI (Нормализиран диференциален вегетационен индекс).
• Аерофотоснимки: Самолети, оборудвани с мултиспектрални или хиперспектрални сензори, могат да предоставят изображения с по-висока резолюция от сателитите.
• Безпилотни летателни апарати (БЛА): Дроновете предлагат гъвкавостта да събират изображения с висока резолюция при поискване, предоставяйки навременна информация за състоянието на културите.

Пример: В Бразилия сателитните изображения се използват широко за наблюдение на соевите култури и идентифициране на райони, засегнати от суша или болести. В Азия технологията с дронове се възприема все повече за оценка на добива от ориз.

3. Географски информационни системи (ГИС)

Софтуерът ГИС се използва за управление, анализ и визуализация на пространствени данни. Картите на добивите, генерирани от монитори за добив или данни от дистанционно наблюдение, могат да бъдат импортирани в ГИС за по-нататъшен анализ. Инструментите на ГИС могат да се използват за наслагване на карти на добивите с други слоеве пространствени данни, като почвени карти, топографски карти и карти за напояване, за да се идентифицират корелации и да се разберат факторите, влияещи върху променливостта на добива.

Пример: Фермерите в Канада използват ГИС, за да интегрират данни за добива с почвени карти и да създават планове за прилагане на торове с променлива норма.

4. Почвено картографиране

Почвените свойства оказват значително влияние върху добива от реколтата. Почвеното картографиране включва характеризиране на пространствената променливост на почвените свойства като текстура, съдържание на органична материя, нива на хранителни вещества и pH. Почвените карти могат да бъдат създадени с помощта на традиционни почвени проучвания, техники за дистанционно наблюдение или проксимални почвени сензори. Комбинирането на почвени карти с карти на добивите може да помогне за идентифициране на райони, където почвените ограничения влияят върху представянето на културите.

Пример: В Австралия се използват сензори за електромагнитна индукция (EMI) за картографиране на засоляването на почвата, което е основно ограничение за производството на култури в много региони. След това тези данни се интегрират с данни за добива, за да се разработят стратегии за управление.

5. Анализ на данни и машинно обучение

Огромните количества данни, генерирани от монитори за добив, платформи за дистанционно наблюдение и почвени сензори, изискват усъвършенствани техники за анализ на данни, за да се извлекат значими прозрения. Алгоритмите за машинно обучение могат да се използват за прогнозиране на добива от култури въз основа на различни входни променливи, за идентифициране на модели в променливостта на добива и за оптимизиране на управленските практики. Платформите, базирани на облак, предоставят инструменти за съхранение, обработка и анализ на селскостопански данни в голям мащаб.

Пример: Компании като John Deere и Climate Corporation предлагат платформи за анализ на данни, които интегрират данни за добива с други източници на информация, за да предоставят на фермерите приложими препоръки.

Ползи от картографирането на добивите

Ползите от картографирането на добивите се простират в различни аспекти на селскостопанското производство и управление:

1. Оптимизирано управление на ресурсите

Картографирането на добивите позволява прилагане с променлива норма (VRA) на ресурси като торове, пестициди и вода за напояване. VRA включва регулиране на нормата на прилагане на ресурсите въз основа на специфичните нужди на различните зони в рамките на едно поле. Чрез прилагане на ресурси само там, където са необходими, VRA може да намали разходите за тях, да сведе до минимум въздействието върху околната среда и да подобри добивите от реколтата.

Пример: Фермер в Аржентина използва карти на добивите, за да идентифицира райони с ниски нива на азот. След това той използва VRA, за да приложи азотен тор само в тези райони, като намалява разходите за торове и минимизира риска от оттичане на хранителни вещества.

2. Подобрено управление на напояването

Водата е оскъден ресурс в много земеделски райони. Картографирането на добивите може да помогне за оптимизиране на управлението на напояването чрез идентифициране на зони, които изпитват воден стрес. Тази информация може да се използва за коригиране на графиците за напояване и прилагане на вода само в районите, които се нуждаят най-много от нея. Техники за дистанционно наблюдение, като например термовизия, могат да се използват за откриване на воден стрес при културите.

Пример: В Калифорния, където водата е основна грижа, фермерите използват карти на добивите и данни от дистанционно наблюдение, за да оптимизират графика за напояване на бадемовите градини.

3. Подобрено управление на вредителите и болестите

Картографирането на добивите може да помогне за идентифициране на зони, които са особено податливи на нападения от вредители или огнища на болести. Тази информация може да се използва за насочване на усилията за разузнаване и прилагане на пестициди или фунгициди само в засегнатите райони. Ранното откриване на проблеми с вредители и болести може да предотврати широко разпространени щети и да намали необходимостта от прилагане на широкоспектърни пестициди.

Пример: Фермерите в Китай използват карти на добивите и изображения от дронове, за да открият болестта оризов пригор и да прилагат фунгициди само в засегнатите райони.

4. Подобрено управление на почвата

Здравето на почвата е от съществено значение за устойчивото селскостопанско производство. Картографирането на добивите може да помогне за идентифициране на райони, където се наблюдава деградация на почвата. Тази информация може да се използва за прилагане на практики за опазване на почвата като покривни култури, безорна обработка и контурна оран. Почвените карти могат да се използват и за насочване на прилагането на почвени подобрители като вар или гипс за подобряване на плодородието и дренажа на почвата.

Пример: В Африка фермерите използват карти на добивите и почвени карти, за да идентифицират райони с ниско съдържание на органична материя и да прилагат практики с покривни култури за подобряване на здравето на почвата.

5. Повишена рентабилност

Чрез оптимизиране на управлението на ресурсите, подобряване на управлението на напояването, подобряване на управлението на вредителите и болестите и подобряване на управлението на почвата, картографирането на добивите може да доведе до повишена рентабилност за фермерите. Намалените разходи за ресурси, увеличените добиви и подобреното качество на реколтата допринасят за по-високи доходи на стопанствата. Първоначалната инвестиция в технологии за картографиране на добивите може бързо да се възвърне чрез подобрена ефективност и повишена производителност.

Предизвикателства при картографирането на добивите

Въпреки многобройните ползи от картографирането на добивите, съществуват и няколко предизвикателства, свързани с неговото прилагане:

1. Събиране и обработка на данни

Събирането и обработката на данни за добива може да отнеме много време и да бъде скъпо. Мониторите за добив изискват калибриране и поддръжка, за да се гарантират точни измервания. Данните от дистанционно наблюдение изискват специализиран софтуер и експертни познания за обработка и анализ. Цената на събирането и обработката на данни може да бъде пречка за възприемането от някои фермери.

2. Интерпретация на данни

Тълкуването на картите на добивите и идентифицирането на факторите, които влияят на променливостта на добива, може да бъде предизвикателство. Това изисква задълбочено разбиране на физиологията на културите, почвознанието и агрономическите практики. Може да се наложи фермерите да се консултират със селскостопански експерти или да използват специализиран софтуер за ефективно тълкуване на данните за добива.

3. Интегриране на източници на данни

Интегрирането на данни за добива с други слоеве пространствени данни, като почвени карти, топографски карти и карти за напояване, може да бъде сложно. Различните източници на данни може да имат различни формати и резолюции. Необходим е ГИС софтуер за ефективно наслагване и анализ на различни слоеве данни.

4. Цена на технологията

Цената на мониторите за добив, платформите за дистанционно наблюдение и ГИС софтуера може да бъде значителна инвестиция за фермерите, особено за дребните фермери в развиващите се страни. Достъпът до достъпни технологии е от съществено значение за широкото възприемане на картографирането на добивите.

5. Липса на инфраструктура

В някои региони, особено в развиващите се страни, липсва инфраструктура за подпомагане на картографирането на добивите. Това включва достъп до надеждна интернет връзка, електрозахранване и техническа поддръжка. Справянето с тези инфраструктурни предизвикателства е от съществено значение за насърчаване на възприемането на картографирането на добивите.

Бъдещето на картографирането на добивите

Бъдещето на картографирането на добивите е светло, с няколко нововъзникващи тенденции, готови да подобрят допълнително неговите възможности и достъпност:

1. Напредък в сензорните технологии

Непрекъснато се разработват нови и усъвършенствани сензори за картографиране на добивите. Хиперспектралните сензори могат да предоставят по-подробна информация за здравето и състава на културите. LiDAR (Light Detection and Ranging) сензорите могат да се използват за създаване на топографски карти с висока резолюция. Проксималните почвени сензори могат да измерват почвените свойства в реално време.

2. Интеграция на изкуствен интелект (ИИ)

ИИ играе все по-важна роля в картографирането на добивите. Алгоритмите за машинно обучение могат да се използват за прогнозиране на добива от култури, идентифициране на модели в променливостта на добива и оптимизиране на управленските практики. Инструментите, задвижвани от ИИ, могат да помогнат на фермерите да вземат по-информирани решения и да подобрят общата си ефективност.

3. Увеличена употреба на БЛА

Дроновете стават все по-популярни за картографиране на добивите поради своята гъвкавост, достъпност и способност да събират изображения с висока резолюция при поискване. БЛА могат да бъдат оборудвани с различни сензори, включително мултиспектрални камери, термални камери и LiDAR сензори.

4. Платформи, базирани на облак

Платформите, базирани на облак, улесняват фермерите при съхранението, обработката и анализа на селскостопански данни. Тези платформи предоставят инструменти за интегриране на данни за добива с други източници на информация, като метеорологични данни и данни за почвата. Те също така предлагат инструменти за сътрудничество за споделяне на данни и прозрения със селскостопански експерти.

5. Фокус върху устойчивостта

С нарастването на опасенията за екологичната устойчивост, картографирането на добивите ще играе все по-важна роля в насърчаването на устойчиви селскостопански практики. Чрез оптимизиране на управлението на ресурсите и намаляване на отпадъците, картографирането на добивите може да помогне на фермерите да сведат до минимум въздействието си върху околната среда и да опазват ресурсите. Фермерите все по-често използват картографиране на добивите, за да намалят въглеродния си отпечатък.

Глобални примери за картографиране на добивите на практика

Картографирането на добивите се използва в различни форми по целия свят, адаптирано към местните условия и култури:

• Северна Америка (САЩ, Канада): Използват се предимно високотехнологични монитори за добив в големи стопанства, отглеждащи царевица, соя и пшеница. Прилагането с променлива норма (VRA) е често срещано.
• Южна Америка (Бразилия, Аржентина): Сателитните изображения са от решаващо значение за наблюдение на обширни полета със соя и царевица. Все по-често се възприема технологията с дронове.
• Европа: Фокусирана върху техниките на прецизното земеделие, интегриране на данни за добива с почвени карти за оптимизиране на торенето и напояването на пшеница, ечемик и захарно цвекло.
• Азия (Китай, Индия): Внедряване на технология с дронове за оценка на добива от ориз и пшеница и откриване на вредители/болести. По-малките размери на стопанствата представляват предизвикателство за използването на голяма техника.
• Африка: Изправена пред предизвикателства, свързани с инфраструктурата и достъпността. Набляга се на картографирането на здравето на почвата и по-прости, по-достъпни технологии, подходящи за дребните фермери.
• Австралия: Фокус върху управлението на засоляването на почвата и недостига на вода чрез използване на сензори за електромагнитна индукция и техники за прецизно напояване при производството на пшеница и ечемик.

Заключение

Картографирането на добивите е мощен инструмент за оптимизиране на селскостопанските практики, подобряване на управлението на ресурсите и насърчаване на устойчивото земеделие в световен мащаб. Като предоставят подробна пространствена информация за представянето на културите, картите на добивите позволяват на фермерите да вземат информирани решения относно прилагането на ресурси, графиците за напояване и други агрономически практики. Въпреки предизвикателствата, свързани с неговото прилагане, ползите от картографирането на добивите далеч надхвърлят разходите. Тъй като технологиите продължават да напредват и да стават все по-достъпни, картографирането на добивите ще играе все по-важна роля за осигуряването на продоволствена сигурност и екологична устойчивост в световен мащаб. Комбинацията от усъвършенствани сензори, ИИ и платформи, базирани на облак, проправя пътя към бъдеще, в което селското стопанство е по-ефективно, продуктивно и устойчиво.

Практически съвети:

• Фермери: Обмислете инвестиция в технологии за картографиране на добивите, като започнете с достъпни опции като изображения от дронове и постепенно интегрирате по-сложни системи с разрастването на вашето стопанство.
• Селскостопански консултанти: Развийте експертни познания в анализа и интерпретацията на данни, за да предоставяте ценни прозрения на фермерите.
• Изследователи: Фокусирайте се върху разработването на достъпни и лесни за ползване решения за картографиране на добивите за дребни фермери в развиващите се страни.
• Политици: Подкрепяйте научните изследвания и развитието на устойчиви селскостопански технологии, включително картографиране на добивите. Насърчавайте политики, които стимулират възприемането на практики за прецизно земеделие.