АГРОБИО ТЕХНИКА - растениевъдство, животновъдство, биоенергетикагодина III, брой 1, 2015

Прецизно торене с променлива норма

Разпръсквачките за изкуствен тор, пригодени за променлива норма на торене, придобиват все по-голямо значение за подобряване управлението на хранителните вещества в селскостопанските култури. С тях се усъвършенства поставянето и се увеличава ефективността на поглъщане на хранителните микроелементи от растенията. Съчетавайки прилаганият тор с изискванията за наторяване, селскостопанския производител получава значителна икономия на вложените количества, като в същото време се намаляват потенциалните замърсители.


Технологията VRF се базира върху променливостта на насажденията и почвеното разнообразие. По тази причина тя има най-голямо предимство при овощни градини, зеленчукови насаждения и други, и по-малко предимство при култури със слята повърхност. Тази статия съвременната технология за прецизно земеделие, даваща възможност за прилагане на променлива норма на торене от селскостопанските производители.

Променливата норма на наторяване (VRF) е прецизна земеделска технология, станала възможна благодарение на вградените високоскоростни компютри, точните приемници за позициониране (GPS), географските информационни системи (ГИС), дистанционното наблюдение, карти на добивите или почвата, задвижващите механизми и електронните сензори, които могат да измерват и дори да прогнозират свойствата на културите в реално време.

Прецизното земеделие (PA), както подсказва името, е полезна технология за по-точно или по-ефективно отглеждане и торене на градински култури, като по този начин се задържат водата и хранителните вещества в зоната на корените. Трите техники, с които PA могат да помогнат за постигането на тази цел, са събиране на пространствени данни от предварително съществуващите условия в областта (например, дистанционно наблюдение, размер на листната повърхност или измерване на добива), прилагане на точни количества торове на културите когато и където е необходимо, и записване в подробни дневници на всички прилагания на торове за пространствено и времево картографиране. По този начин, PA може да ни помогне да определим, къде точно да се поставят хранителните вещества и по колко да се прилагат, а след това да се проследят приложените суровини с натрупване на данни в дневници и ГИС карти.

Специфичното управление според местоположението (SSM) е стратегия за управление на културите на прецизното земеделие, която отчита променливостта на полето чрез оптимизиране на входните суровини, като например пестициди и торове на базата на точка до точка или малка площ. По този начин, хранителните вещества се прилагат само при нужда в рамките на полето, вместо равномерно по цялото поле със средните изисквания.

Успешното изпълнение на SSM разчита на точната количествена оценка на пространственото отклонение на важни за почвата и посевите фактори и тяхното интерпретиране в необходимите променливи норми на агрохимикалите, които са насочени само под листната повърхност на растенията и следователно върху коренните зони. Използват се различни сензори за количествено определяне на тази пространствена вариация, които включват измерване на електрическата проводимост на почвата, добивите, размера на короната и цвета на листата. Данните от сензорите са в реално време ("в движение") от почвата или от измервания на растенията, взети директно от оборудването за прилагане, или те могат да бъдат предварително измерени данни, като например от дистанционни проучвания и картографиране на добива, но и двата източника се използват за създаване на карти-рецепти за бъдещи специфични за местоположението прилагания на агрохимикали. SSM в реално време обикновено не се нуждае от GPS данни, тъй като решенията за агрохимическите норми и целевата култура се определят на място в момента на измерването. SSM с карта-рецепта се нуждае от GPS технология за определяне на правилното място в полето, което съвпада с предписаната норма на картата, трябва да може да се намира точно. И двата вида SSM се използват широко за торене на селскостопански и градински култури.

Инструментите за прецизно селско стопанство като контролери за променлива норма или за напояване автоматично водят подробни компютърни записи или дневници за това колко тор или вода се прилага, кога и къде. Доброто поддържане на записите е от съществено значение за текущата отчетност, чертане на исторически тенденции, и в крайна сметка, по-добро управление на хранителните вещества и водата.

SSM реализиран като VRF е един от най-добрите инструменти на прецизното земеделие за запазване на хранителните вещества в зоната на корените, тъй като едновременно се оптимизират нормите на хранителните вещества и поставянето им на конкретно растение. Въпреки това, голямо повишаване на добива в резултат от използването на VRF е доста трудно да се демонстрира последователно при повечето култури. Въпреки това, спестяването на разходите за входни суровини поради намалено използване на торове, разхода на гориво и ползи за околната среда, дължащи се на произтичащото намаление на натоварването на хранителни вещества на хектар са незабавни и добре документирани.

Модерните PA технологии предоставят инструменти за по-ефективно управление на хранителните вещества на градинските култури, които включват дистанционно наблюдение, GPS, ГИС, мобилни и вградени компютри и картографиране на почвата или културите.

Дистанционно наблюдение
Дистанционното наблюдение обикновено включва придобиване и обработка на сателитни или въздушни снимки, заснети във видимите или близо до инфрачервения части на електромагнитния спектър. Полезна информация, извлечена чрез дистанционно наблюдение може да включва променливост на културите, размер и здравословно състояние на короната, тип на почвата и въздействието на водата.

Често използваните изчисления, прилагани за въздушни снимки, съдържат ивици близо до инфрачервения (NIR) и червения електромагнитен спектър, формиращи вегетативния индекс с нормализирана разлика (NDVI). Във въздушните снимки индексът NDVI подчертава зелената растителност и може също така да спомогне за разграничаване на здравите продуктивни култури (относително зелени) от подчертано непродуктивните култури (сравнително жълти или червени). Направените във въздуха цифрови, многоспектърни изображения могат да послужат и за очертаване на по-малки зони за управление. Използва се стойността на NDVI за да се очертаят ниската, средната и високата по сила зони на растеж.

След като са установени връзките между дистанционното наблюдение, NDVI и свойствата на почвата и културите на избраните точки в земята, могат да бъдат използвани допълнителни въздушни или сателитни изображения за оценка на степента на променливост на почвата и посевите в съседните полета.

Географски информационни системи и системи за глобално позициониране.
ГИС е компютъризирана "графична база данни", която позволява съхраняване, издирване, визуализация и обработка на цифрови изображения или чертежи с известни позиции на земната повърхност. Обикновено NDVI картите се подготвят с помощта на ГИС софтуери. Местоположението или геореференцията на данните, картите и изображенията на обектите с GPS е съществена предпоставка за истинска обработка и показване на ГИС. GPS е част от Глобална навигационна спътникова система (GNSS), разработена от Министерство на отбраната на САЩ. Със съзвездие от най-малко 24 средни сателита на околоземна орбита, които предават микровълнови сигнали, системата позволява на GPS приемника да определи местоположението си до 10m, както и скоростта, посоката и времето навсякъде по земната повърхност. За по-висока точност на измерване на по-малко от един метър, необходима при наторяване на градинските култури с променлива скорост, изчисляването на GPS координатите по-нататък може да се подобри с диференциална корекция, така както се прилагат в приемника за диференциала система за глобално позициониране (DGPS).

Мобилни изчисления и съхранение на данни
Мобилните телефони или джобните компютри са подходящи за запис на полеви наблюдения по време на проучване, вземане на проби от листа или инспектиране на почвата. Когато се използват в съчетание с GPS и GIS софтуер, джобният компютър може да се използва за навигация в полето, което позволява локализиране и маркиране на растенията, парцелите, типовете почви или друга информация, съдържаща се в ГИС. Някои джобни компютри имат вграден GPS приемник, което прави устройството идеално за проучване на полето и навигация.

Вградените микроконтролери са специализирани компютри, използвани за контрол и автоматизация на специфични процеси в PA. Примери за това са компютърните контролери за наторяване с променлива норма или автоматично напояване. Тези компютри обикновено са предназначени за работа на полето и имат ограничени потребителски интерфейси, но големи възможности за автоматична регистрация и запис на данни на всички прилагания на торове или вода.

Картографиране на почвата, добивите от културите и короните на дърветата
Наземният сензор инспектира и картографира характеристиките на почвите, добивите от земеделските култури и короните и е алтернатива на дистанционно наблюдение. Тези методи за следене събират географски кодирани данни за почвата и културите за да бъде характеризирана пространствената променливост и да се разработят SSM програми. Картографирането на почвата чрез геофизическо проучване или сензор с електромагнитна индукция (EMI), позволяват бързо събиране на геореферентни видими данни за почвата в областта. Те могат да се съпоставят с физичните и химичните свойства на почвените профили, като соленост или нива на подземните води. Обикновено данните за почвата се събират от EMI сензор теглен зад управлявано превозно средство по предварително определен път през полетата. Наличната вода в почвата е добър индикатор за потенциална производителност и може да се използва като инструмент за разораване на управляваните зони.

Геореферентна мрежа за вземане на проби от почвата се оказа ефективен инструмент за определяне на променливостта на почвата в полето. След като се идентифицират критичните почви или хранителни свойства, могат да бъдат разработени карти и могат да бъдат взети препоръчителни мерки в полето за справяне с проблемите, както е необходимо за всяко местоположение. Прецизни карти могат да бъдат произведени въз основа на почвата или свойства на културата и полето може да бъде разделено на зони за управление, където могат да се прилагат торове с променлива норма в зависимост от предписанието. Зоната за управление може да се определи като от подрегиона на полето, в което се изразява хомогенната комбинация от ограничаващи добива фактори, за които е подходяща засяване с единна ставка на конкретната култура. Тъй като типа на почвата или органичните вещества е основен фактор, причиняващ променливостта на реколтата, дадено поле може да бъде разделено на различни характерни зони за променлива норма на изкуствен тор или вода.

Пространствената промяна на свойства на почвата и културите засяга добива на реколтата и по този начин оказва влияние на променливостта на печалбите, когато всички полета се управляват с едни и същи селскостопански практики.

Автоматизираното събиране на данни за карта за добивите от културите най-често става по време на прибирането на реколтата с вградени мобилни компютри и датчици, монтирани на машините за събиране на реколтата. Обикновено се използват оптични или тегловни сензори за откриване и количествено определяне на добива от културата, която се събира от механичен комбайн, докато DGPS записва позициите на измерените данни за добива за картографиране на ГИС.

За бърза оценка на височината и обема на короната на дърветата в цялата овощна градина могат да се използват компютъризирани сензори за измерване, ГИС картографиране и разработка на зони с рецепти с променлива норма. Съдържанието на хранителните вещества в листата, особено концентрациите на азот (N) в короната на дърветата, могат да бъдат оценени чрез следене и количественото определяне на зеленината или количеството на хлорофила в листата. Оптичните инструменти като Greenseeker или Minolta SPAD използват NDVI изчисления. С наземен сензор се определя достатъчността на азот в короната на дървото за ГИС картографиране и препоръчителната променлива норма за прилагане на хранителни вещества.

Технологии за прилагане на променлива норма
Прилагането на гранулирани торове с променлива норма позволява подобрено поставяне в зоните на корена и количество торове, съвпадащо с нуждите на културите. Двете основни функции на VRF са да се намерят най-добрата норма тор, който да съответства на културата и изискванията на почвата и да се постави торта възможно най-точно в зоната на корените под короната. Това предполага, че никога няма да се прилага тор към открита почва, когато няма активни корени на културата за да усвояват хранителните вещества.

VRF методи и видове апликатори за тор
Апликаторите, използвани за внасяне на гранулирани торове с променлива норма включват дискови и пневматични разпръсквачи. Дисковите апликатори обикновено променят само една норма на продукта по време на работа чрез смяна на отварянето на клапата или промяна на скоростта на транспортната лента. Въпреки това, дисковите апликатори за градински овощни култури, обикновено имат независими ляв и десен диск и две транспортни ленти, така че може едновременно два реда с дървета да получават своята собствена предписана норма от тор.

Пневматичните апликатори имат централно разположени кошчета и въздуховоди, започващи от дозиращото устройство до точката на изхвърляне, през която торовете попадат във въздушния поток и могат да се прилагат един или няколко продукта.

Прилагането на течна тор може да бъде направено чрез повечето разпръсквачи за пестициди или хербициди за пръскане на малки зеленчукови култури при условие, че разтвора от тор не може да навреди на листата и стъблата на културата. Вместо широко разпространените конусни дюзи в разпръсквачите се използват дюзи с тесен ъгъл и спуснати рамена за да концентрат течния тор безопасно в зоната на корените на всеки ред вместо пръскане на цялото поле. По-нататъшни подобрения биха могли да бъдат направени чрез задействането на всяка дюза поотделно за пръскане на тор само когато е била открита растителна култура под съответната дюза и да се регулира дозата според изискването на културата.

Сензори за VRF в реално време
Разработката на сензори в реално време за наблюдение на критичните параметри могат да допълнят картографските данни. Сензорите за измерване на плодородието на почвата, съдържание на вода в почвата, въздействието на растенията или популациите от вредители могат да позволят да се прилагат автоматично решения с подходящи технологии за контрол и управление. Измерването на вода и азот в реално време и регулиране на напояването и торовете въз основа на данни в реално време може да бъде много полезно за да се поддържат водата и хранителните елементи в зоната на корените на културите.

Наторяване на овощни дървета с променлива норма
За дървесните култури най-важната функция на разпръсквачките с VRF е да открият и да избегнат торене на пространства в овощната градина, които не са заети от дървета. Трябва да се има пред вид и това, че поради болести в овощните градини може да има и зони без дървета, където не е необходимо да се наторява.

Разпръсквачите на гранулиран изкуствен тор с променлива норма за овощни дървета използват сензори, вградени компютри и GPS технологии за непрекъснато следене на дърветата по протежение на редовете и могат да се използват за извършване на настройките на нормата на тор, доставена до всяко дърво. Гранулираният тор се поставя точно чрез независими леви и десни ленти под дървета. Количеството на торта се регулира според карта-рецепта и GPS или от няколко на брой сензори, които откриват короната на дървото в левите или десните редове. Най-важното е, че места с липсващи дървета никога не се наторяват, което значително намалява прилагането на ненужни хранителни вещества, разходите за тор, замърсяването на подземните води, докато се спира растежа на плевелите. Корените на дърветата, основната цел за прилагане на тор, са разположени около и под короната на дървото. По този начин първото предположение на VRF е просто, че ако няма корона и следователно и корените не са налице, тогава тор не се прилага. Второто предположение на VRF е, че малките незрели фиданки следва да получават по-малко тор от развитите дървета. Тъй като обема на короната е свързан с височината на дървото и добива на плодове, нормата за изкуствен тор може да се регулира въз основа на височината на дървото, която се измерва "в движение" от сензорите за корона. Всеки сензор отговаря за различен диапазон от височината на короната, а натрупаните резултати от сензорите се използват от компютърния контролер за да регулира количеството тор от всяка страна на разпръсквача. Следователно, напълно пораслото, развито дърво ще активира всички сензори от своята страна и ще получи пълната норма тор.

VRF в овощните градини работи със зони с предписания за едно дърво, тъй като всяко дърво в градината следва да се измерва и има своя собствена персонализирана норма за тор, доставена директно до зоната на неговите корени. Идеални еднакви овощни градини без пролуки между короните няма да се възползват от VRF. По този начин, овощна градина съдържаща млади дървета с незастъпващи се корони или смесица от големи дървета, млади дървета и/или възстановяващи се ще се възползват най-много от VRF.

Поглед напред е вид технология, прилагана в разпръсквачи с VRF, която използва постоянен поток от информация за размера на дървото, която се събира от сензорите за корона. Тази важна информация позволява на компютъра да изчисли времето за реакция на хидравличния клапан и транспортната лента, времето за падане на частиците изкуствен тор и други механични времезакъснения, които да бъдат извадени преди точката за поставяне на тор. Ако не е реализирана тази технология, поставянето на торта може да бъде неточно поради лошата синхронизация на нормата с дървета, особено при различни скорости на движение.

Прецизното земеделие и особено технологията за променлива норма може да максимизира ефективността на приемане на хранителни вещества и вода при градинските култури чрез поддържане на водата и хранителни елементи в зоната на корените. Някои допълнителни възможности за запазване на хранителните елементи в зоната на корените са подобряване на познанията за това къде точно са разположени растенията. Конвенционално засадените растения не могат да се намират по-късно с карти и GPS оборудване. Първоначалното точно картографиране на местата, където са засадени семената, решава този проблем, защото след това разпръсквачите на изкуствен тор могат да бъдат водени точно до зоната на корените по време на цикъла на растеж. Напояването с променлива норма може значително да подобри запазването на хранителните вещества в зоната на корените чрез персонализиране на точните изисквания за влага на почвена за различните растения в полето. Получаването на качествени данни за короната на растението от нови сензори, в допълнение към нейния размер, би било ценно да има разграничаване между здрави, болни или мъртви растения. Съществуващите сензори измерват само размера и затова не може да се прави разлика между здрави или мъртви растения.