Monitorowanie plonu i odżywienia roślin, określane z ziemi, powietrza i kosmosu, urządzenia skanujące i mapujące do określania stanu i zasobność gleby, a do tego dołączone maszyny autonomiczne, maszyny do siewu, uprawy i nawożenia, zagregowane z urządzeniami do pomiarów w czasie rzeczywistym i systemami pozycjonującymi, drony z kamerami multispektralnymi i optyką laserową, elektroherbicydy, programy wspomagające decyzję, ewidencjonujące produkcję, organizujące pracę i nowe techniki w badaniach polowych - to tylko hasła z trzydniowej Międzynarodowej Konferencji, odbywającej się corocznie w Kamieniu Śląskim.
W tym roku program wydarzenia, które odbyło się w dniach 28-30 stycznia, był niezwykle bogaty. Wiele w tym zakresie dzieje się zarówno wśród innowacyjnych firm jak i w nauce. Wzrasta również zainteresowanie rolników nowymi trendami w rolnictwie. Jest to uzasadnione, ponieważ nowe technologie mają za zadanie racjonalnie nawozić i stosować środki ochrony roślin, rozsądnie zarządzać gospodarstwem, co powinno skutkować mniejszym oddziaływaniem negatywnym rolnictwa na środowisko, lepszymi wynikami ekonomicznymi gospodarstw. Efekt precyzyjnej uprawy, aplikacji nawozów i środków ochrony to mniejsze nakłady, mniejsze negatywne oddziaływanie na środowisko. Być może również w przyszłości będzie to zapobiegać niedoborowi siły roboczej w rolnictwie, ponieważ część zadań będzie wykonywanych przez roboty lub podlegać będzie większej automatyzacji. Rozwijać będą się wysoko innowacyjne gałęzie przemysłu, związane z rolnictwem, częściej będą powstawać wyspecjalizowane firmy doradztwa wykorzystujące technologie cyfrowe, bazy danych, a nawet sztuczną inteligencję.
Przedstawiam kilka przykładów nowych technik, które są już wykorzystywane w rolnictwie i takich, które wkrótce mogą być implementowane do rolnictwa w szerszej skali.
- Nowe technologie rolnictwa precyzyjnego w służbie zmniejszenie zanieczyszczenia azotanami i w ochronie roślin
Tematyka precyzyjnego nawożenia jest szczególnie istotna - ostatnio ze względu na wdrażane Prawo wodne, gdzie wymogiem jest rozsądne stosowanie azotu, tak by unikać stosowania nadmiernych ilości azotu. Precyzyjne dawkowanie, zgodne z potrzebami roślin, będzie oddziaływać na poprawę stanu środowiska.
Taka rolę spełnia między innymi mobilny naziemny sensor (Claas Crop Sensor), który mierzy biomasę oraz określa stan zaopatrzenia roślin w azot - indeks N. Indeks N jest wskaźnikiem wegetacji, zorientowanym na zielone zabarwienie liści. Na jego podstawie można ocenić stan zaopatrzenia roślin w składniki odżywcze, niezależnie od gatunku, pory dnia czy intensywności oświetlenia. Dzięki progowej wartości indeksu biomasy system może bardzo dobrze reagować na sytuacje ekstremalne, jak szkody spowodowane przez suszę lub mróz, dokonywana jest analiza zapotrzebowania na składniki odżywcze przede wszystkim w późniejszych stadiach wzrostu roślin. Natomiast dzięki indeksowi biomasy można już we wczesnych stadiach rozwoju plantacji zmieniać dawki aplikacji regulatorów wzrostu, a także, częściowo, fungicydów odpowiednio dla określonych części pola. Później indeks biomasy w kombinacji z indeksem N służy jako „indeks nadzoru“, pozwalający reagować na warunki szczególne, na przykład suszę. Zagregowanie sensorów z rozsiewaczem pozwala precyzyjnie dawkować nawóz, tak by osiągnąć zaplanowany plon.
Na zdjęciach pokazano precyzyjne stosowanie nawozów mineralnych w uprawie zbóż (fot. 1, 2, 3) i stosowanie płynnych nawozów naturalnych za pomocą aplikatorów na użytkach zielonych (fot. 4).
Fot. 1. Precyzyjne stosowanie nawozów mineralnych z wykorzystaniem sensorów (fot. Claas)
Fot. 2. Precyzyjne stosowanie nawozów mineralnych z wykorzystaniem sensorów i precyzyjnego rozsiewacza (fot. Claas)
Fot. 3. Precyzyjne stosowanie nawozów mineralnych z wykorzystaniem sensorów i rozsiewacza. Na zdjęciu nakładki mapy, która graficznie przedstawia różne strefy nawożenia (fot. Claas)
Fot. 4. Stosowanie płynnych nawozów naturalnych z wykorzystaniem sensorów i aplikatora doglebowego (fot. Claas)
Bardzo ciekawym pomysłem są elektroherbicydy, jako alternatywa dla chemicznej ochrony. Metoda ta została zapoczątkowana jeszcze w latach 80. i 90. i zakłada wykorzystanie elektryczności do zwalczania chwastów. Jest alternatywnym sposobem ochrony w koncepcji integrowanej ochrony i zrównoważonego rozwoju. Zasada działania elektroherbicydu jest prosta, polega na spowodowaniu przepływu prądu elektrycznego przez roślinę (chwast). Przepływający przez glebę prąd, między aplikatorami (elektrodami) w dwóch rzędach, niszczy roślinność. Następuje to przez „ugotowanie rośliny”, zarówno jej części nadziemnej, jak i podziemnej. Dochodzi do uszkodzenia komórek oraz chlorofilu. W ten sposób roślina nie jest w stanie się zregenerować, inaczej niż jak ma to miejsce w przypadku np. wypalaczy płomieniowych, które mają podobną zasadę działania. W przyszłości rola elektroherbicydu może być znacząca, szczególnie w sadownictwie, do utrzymania tzw. ugoru herbicydowego, jako konkurencja dla glifosatu, który zostanie wycofany ze stosowania. Oprócz niewątpliwych zalet tej metody, jak np. brak pozostałości czy brak konieczności przestrzegania okresów karencji i prewencji, istnieją wątpliwości co do działania na środowisko glebowe.
Precyzyjny oprysk. Z zakresu precyzyjnej ochrony roślin omówione zostały także nowe osiągnięcia badawcze i kierunki rozwoju. W przyszłości gospodarstwa będa wykorzystywać techniki satelitarne (pozycjonowanie), mapy GIS zmiennej aplikacji, zmienną aplikację ilości cieczy (VRT) czy zmianę wielkości kropel. Prowadzi się szereg badań nad układami zdalnej regulacji wydajności i kierunku strumienia powietrza (VAA). Sterowanie rozpylaczami opryskiwaczy i powietrzem będzie zapobiegać nakładaniu się powierzchni pryskanej, zapewni odpowiednie pokrycie roślin preparatem, pozwoli zaoszczędzić paliwo i uniknąć pozostałości stosując żądaną ilość środka. Rozwój tych technik jest szczególnie ważny w obliczu danych, które według szacunków podają, że aż 80% ilości środka ochrony zastosowanego na rośliny sadownicze podlega stracie, czyli nie jest umieszczona na roślinie.
- Drony
System szacowania szkód w uprawach rolniczych spowodowanych przez zwierzynę leśną, czynniki pogodowe (przymrozki, zalania, gradobicia czy intensywne opady). Metoda ta polega na wykorzystaniu kamer multispektralnych, fotografii pasma widzialnego (RGB), bliskiej podczerwieni (NIR) i obliczeniu różnych indeksów wegetacyjnych np. NDVI. Do przenoszenia urządzeń pomiarowych wykorzystuje się tu drony, które łatwo mogą dotrzeć również w miejsca z utrudnionym dostępem. Na podstawie analizy obrazu da się wyliczyć i oznaczyć powierzchnie uszkodzone przez zwierzęta, zalane wodą lub niektóre cechy morfologiczne roślinności, np. wysokość roślin.
Dron może również posłużyć do walki z omacnicą prosowianką, która uszkadza plantacje kukurydzy. Straty powodowane przez tego szkodnika są często bardzo wysokie (powyżej 30%). Szeroko omówiono polskie i niemieckie doświadczenia w tym zakresie. Metoda walki polega na rozrzucaniu larw kruszynka (naturalnego wroga omacnicy) za pomocą drona, wykorzystując przy tym różne warianty tej czynności, m.in. z zastosowaniem wyrzutu dwustronnego, czy rozpylanie cieczy z larwami z dozowników. W ubiegłym roku pokaz zastosowania drona do walki z omacnicą przeprowadziliśmy na polu doświadczalno-wdrożeniowym LODR w Końskowoli.
Fot. 5. Zastosowanie drona w biologicznej ochronie roślin (fot. A Jakimiak).
Suwnice i drony - coś dla hodowli i metodyki badań rolniczych. „Metodę fenotypowania roślin uprawnych z dronów i zautomatyzowanych suwnic” przedstawił profesor instytutu badawczego z Wielkiej Brytanii - Malcolm J. Hawkesford (Rothamsted Research). Prelekcja dotyczyła m.in. wykorzystywania kamer multispektralnych, systemów laserowych i innych przyrządów pomiarowych umieszczonych na dronach i na suwnicach automatycznych. Urządzenia te przemieszczają się nad obiektami doświadczalnymi (odmianowymi, nawozowymi) i dokonują różnych obserwacji optycznych roślin. Pozwola to na bieżąco określać stan roślin i ich reakcje na różne czynniki, np. nawożenie, ochronę, oceniać cechy morfologiczne roślin lub cechy plonu przy zbiorach. Być może w przyszłości podobnie będzie wyglądała większość badań polowych, a być może i produkcja w szklarniach czy innych obiektach, gdzie produkuje się żywność.
Fenotypowanie to gromadzenie informacji o charakterystyce fizycznej roślin i interakcji z otaczającym je środowiskiem, np. średnicy źdźbła, wysokości rośliny, powierzchni liści czy wilgotności gleby. Pozwala ono na zaobserwowanie wpływu wybranego wariantu genetycznego (genotypu) roślin na ich cechy (fenotyp) podczas interakcji z różnorodnymi czynnikami środowiska. Dane te są punktem wyjścia do prognozowania wzrostu rośliny oraz szacowania plonów.
- Uprawa gleby, programy komputerowe i maszyny autonomiczne
Topsoil mapper to skaner elektromagnetyczny, którego działanie polega na indukowaniu pola elektromagnetycznego. Sygnał jest modyfikowany przez właściwości gleby, w wyniku czego powstaje wtórne pole elektromagnetyczne, proporcjonalne do przewodnictwa gleby i reagujące na zmiany w jej strukturze i w zasobach wody.
Fot. 6. Skaner elektromagnetyczny (fot. www.geoprospectors.com).
Ideą tej techniki jest monitoring stanu gleby i przesyłanie danych do zautomatyzowanego systemu sterowania maszyn. Czujnik odczytuje parametry gleby i przesyła je do komputera maszyny uprawowej, dzięki czemu można kontrolować głębokość prowadzenia narzędzi czy dostosowywać głębokość siewu. Pomiar odbywa się w sposób ciągły na trzech różnych głębokościach. Wyniki analiz są zapisywane w pamięci rejestratora i jednocześnie notowana jest pozycja ciągnika w trakcie badań przez urządzenia GPS. Pozwala to wygenerować mapę. Czujnik Topsoil Mapper jest montowany w przedniej części ciągnika. Pomiary, które zostaną zebrane przez czujnik, są przekształcane i wysyłane do komputera roboczego maszyny za pośrednictwem specjalnego systemu ISOBUS. Efektem stosowania takich czujników jest między innymi zmniejszenie zużycia paliwa.
Zaprezentowano możliwości komputerowego programu wspomagającego - 365FarmNet. Za pomocą jednej kompleksowej aplikacji (również z poziomu smartfona) zarządza się inwentarzem, można umieścić graficzną mapę gospodarstwa, prowadzić dokumentację danego pola, automatyczne obliczać ilość paszy, przeprowadzać analizy zbiorów, zarządzać kluczowymi danymi w zakresie finansów, chronologii, własności.
Na konferencji prezentowano również postęp prac nad nowym europejskim systemem nawigacji satelitarnej GSA, systemami automatycznej jazdy - Claas GPS Pilot, nowymi nawozami i sztuczną inteligencją. Ciekawe są również wstępne wyniki i możliwości monitorowania stanu upraw i różnorodności florystycznej użytków zielonych z użyciem wiatrakowców. W tym zakresie prowadzone są badania m.in. na Uniwersytecie Przyrodniczym w Lublinie.
Fot. 7. Konferencja 2019 w Kamieniu Śląskim
Dariusz Krzywiec
