Актуальні проблеми, зумовлені кліматичними змінами, обмеженими ресурсами та посиленням екологічних вимог, спонукають до переосмислення традиційних методів агрохімічного обслуговування сільськогосподарських територій.
Серед агротехнологій, що адаптуються до мінливого клімату, особливе значення має технологія точного землеробства (ТЗ). Вона використовує елементи глобального позиціонування, геоінформаційні системи та супутникові дані для раціоналізації агрохімічного обслуговування. Запровадження ТЗ почалося на початку 90-х років минулого століття з поширенням інформаційних технологій. Розвиток ТЗ був зумовлений збігом трьох ключових технологічних проривів: створення надійної та продуктивної сільськогосподарської техніки, стрімкий розвиток електроніки та інформаційних технологій, а також загальна доступність глобальних систем позиціонування. На відміну від традиційних підходів, які передбачають однорідне внесення агрохімікатів на всю площу поля без урахування неоднорідності його родючості, технологія ТЗ враховує варіативність ґрунтових умов у межах одного поля та дозволяє оптимізувати використання ресурсів, добрив чи засобів захисту рослин.
До ключових складових системи ТЗ належить сукупність взаємопов’язаних технологій та інструментів:
- глобальні системи позиціонування (ГСП), що підвищують точність виконання агротехнічних операцій;
- ГІС, які слугують платформою для накопичення, зберігання, аналізу та візуалізації просторових даних про поля, дозволяючи інтегрувати різноманітні типи інформації: карти ґрунтів, топографічні дані, історію врожайності, результати агрохімічного аналізу;
- технології змінних норм внесення (ЗНВ) агроматеріалів, що уможливлюють диференційоване застосування добрив та засобів захисту рослин відповідно до потреб конкретних ділянок поля на основі попередньо створених карт-завдань (offline) та в режимі реального часу (online) з використанням даних сенсорів;
- карти врожайності для аналізу ефективності застосованих агротехнологій та планування диференційованого внесення добрив у наступному сезоні;
- системи дистанційного спостереження, що охоплюють аерофотозйомку з дронів, супутникові знімки та спеціалізовані датчики для оцінки стану посівів. Це дозволяє аналізувати стан рослинності за спектральними індексами з періодичністю від щоденної до щотижневої, залежно від критичності фаз розвитку культур;
- пристрої для експрес-діагностики: контактні та безконтактні датчики електропровідності ґрунту, сенсори вологості, температури, щільності ґрунту, pH-метри, нітрат-тестери, хлорофіл-метри для моніторингу ключових агрохімічних та агрофізичних показників безпосередньо в полі, що забезпечує оперативність прийняття рішень.
Наразі у світі для ґрунтових обстежень активно застосовуються електрофізичні методи, зокрема карти електропровідності ґрунту (КЕҐ). Ці методи базуються на вимірюванні здатності ґрунту проводити електричний струм, яка залежить від комплексу його властивостей: вологості, гранулометричного складу, щільності, температури, вмісту солей та органічних речовин. За принципом дії прилади для визначення електропровідності ґрунту класифікують на контактні (використовують електроди, що безпосередньо контактують із ґрунтом) та безконтактні (працюють за принципом електромагнітної індукції).
У технологіях точного землеробства широко використовують пристрої для експрес-діагностики.
Найбільш поширеними комерційними системами є Veris (Veris® 3100, Veris Technologies, Salina, Kansas, USA), що використовує контактний метод із дисковими електродами, EM38 (Geonics Limited, Mississauga, Ontario, Canada) та Soil Doctor® System (Crop Technology, Inc., Bandera, Texas, USA), що ґрунтуються на електромагнітній індукції. Обидві системи дозволяють вимірювати електропровідність на різних глибинах (зазвичай, 0–30 см та 0–90 см), що дає змогу будувати не лише горизонтальні карти варіабельності властивостей ґрунту, але й отримувати інформацію про їхню вертикальну структуру. Численні дослідження підтверджують наявність тісного зв’язку між електропровідністю ґрунту та такими важливими агрономічними показниками, як гранулометричний склад (вміст глини r = 0,7–0,9), ємність катіонного обміну (r = 0,6–0,8), водоутримувальна здатність (r = 0,5–0,7), вміст органічної речовини (r = 0,5–0,7) та навіть урожайність сільськогосподарських культур (r = 0,3–0,6).
Одним із перспективних напрямків технології ТЗ є апроксимація біологічних властивостей ґрунту за індексами вегетації рослин. Зондування ґрунту та рослинного покриву може здійснюватися як дистанційно, так і проксимально. Дистанційне зондування проводиться з використанням супутників, літаків, безпілотних літальних апаратів (БПЛА) без безпосереднього контакту з досліджуваним об’єктом. Ця технологія дозволяє отримувати дані про стан рослинного покриву та, опосередковано, про стан ґрунту на значних територіях.
Основні спектральні індекси, що застосовуються для оцінки стану рослинності, включають:
- NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) – нормалізований різницевий індекс вегетації, що розраховується на основі співвідношення відбиття у червоному та ближньому інфрачервоному діапазонах і корелює з біомасою рослин;
- EVI (Enhanced Vegetation Index) – покращений вегетаційний індекс, менш чутливий до насичення при високій біомасі;
- SAVI (Soil Adjusted Vegetation Index) – індекс вегетації, скоригований з урахуванням ґрунту, що нівелює вплив відкритого ґрунту;
- NDRE (Normalized Difference Red Edge) – індекс, чутливий до вмісту хлорофілу, особливо корисний для оцінки азотного живлення рослин.
Одним з перспективних напрямків технології ТЗ є апроксимація біологічних характеристик ґрунту за індексами вегетації рослин.
Проксимальне зондування передбачає використання датчиків, розташованих у безпосередній близькості до досліджуваного об’єкта (ґрунту або рослин). Цей метод забезпечує вищу точність вимірювань та можливість визначення більшої кількості параметрів порівняно з дистанційним зондуванням. Прогрес у розвитку електроніки дозволяє створювати вимірювальні системи широкого спектра дії на основі нових принципів та підходів і розгортати їх у польових умовах. Сучасні датчики для проксимального зондування ґрунтів можуть працювати на різних фізичних принципах: електромагнітному, оптичному, радіометричному, механічному, електрохімічному та акустичному. Робота датчиків проксимального зондування відбувається під час руху сільськогосподарської техніки (трактора, всюдихода, пікапа-плантатора, обприскувача або комбайна) і включає комплексний процес: вимірювання показників з високою частотою; аналіз отриманих даних за допомогою бортового комп’ютера зі спеціалізованим програмним забезпеченням; формування великого обсягу інформації щодо властивостей ґрунту з географічною прив’язкою; передача даних у хмарні сервіси для подальшої обробки та інтеграції з іншими інформаційними шарами; створення тематичних карт варіабельності ґрунтових властивостей. Для забезпечення високої точності позиціонування використовуються високоточні приймачі глобальної супутникової навігаційної системи (GNSS). Важливою перевагою проксимального зондування є можливість одночасного вимірювання кількох параметрів ґрунту, а також оцінки їхньої варіабельності як у горизонтальному, так і у вертикальному напрямках, що є надзвичайно цінним для розробки точних рекомендацій щодо диференційованого внесення агрохімікатів та меліорантів.
Таким чином, ключова перевага використання смарт-технологій у сільськогосподарському виробництві полягає в тому, що вони дозволяють точно підібрати кількість та якість сільськогосподарських матеріалів (добрив, засобів захисту рослин, меліорантів) відповідно до потреб кожної окремої ділянки поля. Це забезпечує більш ефективне використання ресурсів завдяки зменшенню витрат часу та праці на створення електронних карт для оптимального внесення добрив і хімікатів, а також підвищує їхню ефективність.
Н. Адамчук-Чала, д-р біол. наук, с. н. с., О. Тараріко, д-р. с.-г. наук, професор, головний науковий співробітник, Т. Ільєнко, канд. с.-г. наук, професор,
завідувач лабораторії
Інститут агроекології і природокористування НААН