Дифференцированное внесение: оптимизация сельского хозяйства для устойчивого будущего

Дифференцированное внесение (VRA) — это краеугольный камень современного точного земледелия, представляющий собой переход от единообразного управления полем к локально-дифференцированным практикам. Этот подход признает, что поля редко бывают однородными; они демонстрируют различия в свойствах почвы, уровнях питательных веществ, давлении вредителей и содержании влаги. VRA использует технологии для адаптации внесения ресурсов – таких как удобрения, семена, пестициды и поливная вода – в соответствии с конкретными потребностями различных зон на поле. Это ведет к повышению эффективности, сокращению отходов, улучшению экологической устойчивости и увеличению прибыльности для фермеров по всему миру.

Понимание принципов VRA

В своей основе VRA работает по принципу оптимизации распределения ресурсов на основе уникальных характеристик каждой зоны управления в пределах поля. Вместо применения единой нормы удобрений или семян по всей площади, системы VRA анализируют данные, собранные из различных источников, для определения идеальной нормы внесения для каждого конкретного участка. Этот целенаправленный подход максимизирует эффективность ресурсов, минимизирует воздействие на окружающую среду и способствует увеличению урожайности и улучшению качества урожая.

Ключевые концепции VRA

• Локально-дифференцированное управление: Распознавание и учет пространственной неоднородности в пределах поля.
• Сбор данных: Сбор информации о свойствах почвы, состоянии посевов, потенциале урожайности и других значимых факторах.
• Пространственный анализ: Обработка и интерпретация собранных данных для определения зон управления.
• Контроль дифференцированного внесения: Регулирование нормы внесения ресурсов на основе пространственного анализа.
• Точное размещение: Внесение нужного количества ресурса в нужное место в нужное время.

Преимущества дифференцированного внесения

Внедрение VRA предлагает множество преимуществ для фермеров и окружающей среды, способствуя созданию более устойчивой и эффективной сельскохозяйственной системы.

Экономические преимущества

• Сокращение затрат на ресурсы: Применяя ресурсы только там, где это необходимо, и в нужных количествах, VRA минимизирует отходы и снижает общие затраты на ресурсы. Например, фермер, выращивающий пшеницу в Австралии и использующий VRA для оптимизации внесения азота на основе данных картирования почвы, может значительно сократить свои расходы на удобрения.
• Повышение урожайности: Адаптация норм внесения для удовлетворения конкретных потребностей различных зон может привести к повышению урожайности и улучшению качества урожая. Представьте себе фермера, выращивающего кукурузу в Айове, который использует VRA для корректировки норм высева на основе содержания влаги в почве и органического вещества, что приводит к более равномерным всходам и увеличению производства зерна.
• Повышение рентабельности: Сочетание сниженных затрат на ресурсы и повышенной урожайности приводит к увеличению рентабельности для фермеров.

Экологические преимущества

• Сокращение стока питательных веществ: Внесение удобрений только там, где это необходимо, минимизирует риск стока питательных веществ в водные пути, защищая качество воды и водные экосистемы. Избыток азота и фосфора является основной причиной эвтрофикации водоемов во всем мире.
• Снижение выбросов парниковых газов: Эффективное использование удобрений сокращает выбросы парниковых газов, таких как закись азота, которые связаны с применением азотных удобрений.
• Устойчивое управление ресурсами: VRA способствует устойчивому использованию ресурсов, минимизируя отходы и оптимизируя эффективность их использования.

Агрономические преимущества

• Улучшение здоровья почвы: Устраняя дисбаланс питательных веществ и способствуя здоровому росту культур, VRA способствует улучшению здоровья почвы.
• Снижение давления вредителей и болезней: Оптимизация уровней питательных веществ и стимуляция активного роста растений могут повысить устойчивость культур к вредителям и болезням.
• Более равномерное развитие посевов: VRA помогает создавать более равномерные посевы, что приводит к более последовательному созреванию и сбору урожая.

Технологии, обеспечивающие дифференцированное внесение

VRA опирается на комплекс технологий, которые обеспечивают сбор данных, пространственный анализ и контроль дифференцированного внесения. Эти технологии постоянно развиваются, делая VRA более доступным и эффективным.

Глобальные системы позиционирования (GPS)

GPS предоставляет точную информацию о местоположении, позволяя точно картировать поля и целенаправленно вносить ресурсы. GPS является основой всех систем VRA, обеспечивая пространственную основу для сбора данных и контроля внесения.

Географические информационные системы (ГИС)

Программное обеспечение ГИС используется для создания карт, анализа пространственных данных и разработки карт-предписаний, которые управляют процессом дифференцированного внесения. ГИС позволяет фермерам визуализировать и интерпретировать сложные слои данных, такие как карты почв, карты урожайности и карты рельефа.

Датчики

Различные датчики используются для сбора данных о свойствах почвы, состоянии посевов и потенциале урожайности. Эти датчики могут быть установлены на тракторах, опрыскивателях или дронах для предоставления информации в реальном времени.

• Почвенные датчики: Измеряют влажность почвы, уровни питательных веществ и другие важные свойства почвы. Существуют как контактные, так и бесконтактные почвенные датчики, которые можно использовать для измерения различных параметров на ходу.
• Датчики посевов: Оценивают состояние и жизнеспособность посевов на основе измерений спектрального отражения. NDVI (нормализованный разностный вегетационный индекс) — это распространенный показатель, получаемый с помощью датчиков посевов.
• Мониторы урожайности: Измеряют урожайность зерна во время уборки, предоставляя ценные данные для создания карт урожайности. Они обычно используются на зерноуборочных комбайнах.

Картирование урожайности

Картирование урожайности включает сбор данных об урожайности во время уборки и создание карт, которые показывают пространственную изменчивость урожайности по полю. Эти карты можно использовать для выявления зон с высокой и низкой продуктивностью, что помогает принимать будущие решения по VRA. Карты урожайности представляют собой критически важную обратную связь в процессе VRA, позволяя фермерам оценивать эффективность своих методов управления и совершенствовать свои стратегии со временем.

Контроллеры дифференцированного внесения

Контроллеры дифференцированного внесения — это электронные устройства, которые автоматически регулируют норму внесения ресурсов на основе карты-предписания и данных с датчиков. Эти контроллеры интегрированы с оборудованием для внесения (например, опрыскивателями, сеялками, разбрасывателями удобрений) для обеспечения точного и целенаправленного внесения.

Внедрение дифференцированного внесения: пошаговое руководство

Внедрение VRA требует тщательного планирования и исполнения. Следующие шаги описывают общий подход к внедрению VRA на вашей ферме:

1. Сбор и анализ данных

Первый шаг — это сбор данных о вашем поле. Это можно сделать с помощью отбора проб почвы, картирования урожайности, дистанционного зондирования или комбинации методов. Учитывайте исторические данные об урожайности, почвенные обследования, карты рельефа и аэрофотоснимки. Обратитесь к сельскохозяйственным консультантам или специалистам по распространению знаний, чтобы помочь интерпретировать данные и разработать соответствующие зоны управления. Фермер в Бразилии может использовать снимки с дронов для оценки состояния посевов и выявления участков с дефицитом питательных веществ.

2. Определение зон управления

На основе собранных данных разделите ваше поле на зоны управления. Эти зоны должны представлять собой участки со схожими свойствами почвы, потенциалом урожайности и потребностями в управлении. Распространенные методы определения зон управления включают:

• Зонирование на основе почвы: Разделение поля на основе типа почвы, ее текстуры и уровней питательных веществ.
• Зонирование на основе урожайности: Разделение поля на основе исторических данных об урожайности.
• Зонирование на основе рельефа: Разделение поля на основе высоты и уклона.
• Зонирование на основе дистанционного зондирования: Разделение поля на основе вегетационных индексов, полученных со спутниковых или аэрофотоснимков.

3. Разработка карт-предписаний

После определения зон управления создайте карты-предписания, которые указывают норму внесения каждого ресурса для каждой зоны. Эти карты можно создать с помощью программного обеспечения ГИС или специализированного программного обеспечения для VRA. Карты-предписания должны быть адаптированы к конкретной культуре и целям управления. Проконсультируйтесь с агрономами и консультантами по растениеводству для разработки соответствующих норм внесения для каждой зоны.

4. Калибровка оборудования для внесения

Перед внесением ресурсов откалибруйте ваше оборудование, чтобы убедиться, что оно вносит правильную норму. Это критически важный шаг для обеспечения точности и эффективности VRA. Следуйте инструкциям производителя по калибровке вашего оборудования. Регулярно проверяйте и обслуживайте ваше оборудование для обеспечения оптимальной производительности.

5. Мониторинг и оценка

После внесения ресурсов следите за реакцией посевов и оценивайте эффективность вашей стратегии VRA. Отслеживайте урожайность, качество урожая и затраты на ресурсы. Используйте карты урожайности и другие данные для оценки производительности каждой зоны управления. При необходимости корректируйте свою стратегию VRA на основе ваших наблюдений и данных. Непрерывный мониторинг и оценка необходимы для оптимизации VRA и максимизации его преимуществ.

Проблемы и соображения

Хотя VRA предлагает многочисленные преимущества, существуют также проблемы и соображения, о которых фермерам следует знать.

Первоначальные инвестиции

Первоначальные инвестиции в технологию VRA могут быть значительными. Это включает стоимость GPS-приемников, программного обеспечения ГИС, датчиков, контроллеров дифференцированного внесения и другого оборудования. Однако долгосрочные преимущества VRA, такие как сокращение затрат на ресурсы и повышение урожайности, часто могут перевесить первоначальные инвестиции. Изучите варианты финансирования и государственные стимулы, чтобы помочь компенсировать первоначальные затраты. Рассмотрите возможность начать с пилотного проекта на небольшой части вашей фермы, чтобы оценить осуществимость и преимущества VRA перед инвестированием в полномасштабную систему.

Управление данными и их интерпретация

VRA генерирует большое количество данных, которыми может быть сложно управлять и интерпретировать. Фермерам необходимо обладать навыками и знаниями для анализа данных и принятия обоснованных решений. Инвестируйте в обучение и образование, чтобы улучшить свои навыки управления данными и их интерпретации. Используйте программное обеспечение и инструменты для управления данными, чтобы упростить процесс. Обратитесь за помощью к сельскохозяйственным консультантам или специалистам по анализу данных.

Техническая экспертиза

Внедрение и обслуживание технологии VRA требует определенного уровня технической экспертизы. Фермерам может потребоваться нанять консультантов или техников, чтобы помочь им с установкой, калибровкой и устранением неполадок систем VRA. Установите отношения с местными поставщиками технологий и услуг. Участвуйте в семинарах и учебных программах для повышения своих технических навыков.

Масштабируемость и адаптируемость

Системы VRA должны быть масштабируемыми и адаптируемыми к различным размерам ферм и типам культур. Фермерам следует выбирать технологии, которые совместимы с их существующим оборудованием и которые можно легко обновить по мере развития их потребностей. Учитывайте долгосрочную масштабируемость вашей системы VRA при принятии решений о покупке. Выбирайте технологии, которые являются гибкими и адаптируемыми к различным системам земледелия и практикам управления.

VRA в различных сельскохозяйственных системах по всему миру

VRA внедряется в разнообразных сельскохозяйственных системах по всему миру, демонстрируя свою универсальность и адаптируемость.

Северная Америка

В Северной Америке VRA широко используется в крупномасштабном производстве зерна, особенно кукурузы, сои и пшеницы. Фермеры используют VRA для оптимизации внесения удобрений, норм высева и управления орошением. Ключевыми поставщиками технологий являются Precision Planting и John Deere. Фермеры все чаще используют анализ данных и машинное обучение для улучшения принятия решений в VRA.

Европа

В Европе VRA набирает популярность в различных сельскохозяйственных секторах, включая полеводство, садоводство и виноградарство. Фермеры используют VRA для решения экологических проблем и повышения эффективности использования ресурсов. Нормативы и политика, способствующие устойчивому сельскому хозяйству, стимулируют внедрение VRA в Европе. Примером является Единая сельскохозяйственная политика (CAP) в Европейском союзе.

Азия

В Азии VRA внедряется в производстве риса, овощеводстве и на плантационных культурах. Фермеры используют VRA для улучшения управления водными ресурсами и сокращения использования удобрений. Государственные инициативы и субсидии поддерживают внедрение VRA в нескольких азиатских странах. Использование дронов и дистанционного зондирования становится все более популярным для VRA в Азии.

Южная Америка

В Южной Америке VRA широко используется в производстве сои, кукурузы и сахарного тростника. Фермеры используют VRA для решения проблем с плодородием почвы и повышения урожайности. Внедрение VRA обусловлено необходимостью повышения производительности и конкурентоспособности сельского хозяйства. Бразилия и Аргентина лидируют во внедрении VRA в Южной Америке.

Африка

В Африке VRA изучается в различных сельскохозяйственных контекстах, включая мелкие фермерские хозяйства и крупномасштабные коммерческие операции. Фермеры используют VRA для улучшения здоровья почвы, повышения эффективности использования воды и увеличения урожайности. Наращивание потенциала и передача знаний имеют решающее значение для успешного внедрения VRA в Африке. Необходимы доступные и простые в использовании технологии VRA для удовлетворения потребностей мелких фермеров.

Будущее дифференцированного внесения

Будущее VRA выглядит светлым благодаря постоянным технологическим достижениям и растущему осознанию его преимуществ. Несколько тенденций формируют эволюцию VRA:

• Повышенная автоматизация: Системы VRA становятся все более автоматизированными, с использованием искусственного интеллекта и машинного обучения для оптимизации принятия решений.
• Интеграция источников данных: Системы VRA интегрируют данные из нескольких источников, таких как прогнозы погоды, почвенные датчики и модели культур, чтобы обеспечить более целостное представление о поле.
• Улучшенная сенсорная технология: Разрабатываются новые и усовершенствованные датчики для предоставления более точных данных в реальном времени о свойствах почвы и состоянии посевов.
• Облачные платформы: Облачные платформы позволяют фермерам получать доступ к своим данным VRA и управлять ими из любой точки мира.
• Повышенная доступность: Технология VRA становится более доступной для мелких фермеров благодаря доступным и удобным решениям.

Заключение

Дифференцированное внесение — это мощный инструмент для оптимизации сельского хозяйства, повышения устойчивости и улучшения рентабельности. Адаптируя внесение ресурсов к конкретным потребностям различных зон на поле, VRA помогает фермерам максимизировать эффективность, минимизировать отходы и защищать окружающую среду. По мере того как технологии продолжают развиваться и становиться более доступными, VRA будет играть все более важную роль в формировании будущего сельского хозяйства во всем мире. Принятие VRA — это не просто внедрение новых технологий; это принятие нового образа мышления — мышления, которое признает внутреннюю неоднородность наших полей и использует силу принятия решений на основе данных для создания более устойчивой и продуктивной сельскохозяйственной системы для будущих поколений. Независимо от того, являетесь ли вы крупным коммерческим фермером или мелким фермером, VRA предлагает возможности для улучшения ваших методов ведения сельского хозяйства и внесения вклада в более устойчивое будущее для сельского хозяйства.