Rolnictwo precyzyjne – dziś, jutro i za kilka lat

Ewolucja rolnictwa precyzyjnego

Ogólnie pojęte rolnictwo precyzyjne (Precision Farming) jest systemem gospodarowania opartym w dużej mierze na gromadzeniu i przetwarzaniu różnego rodzaju danych o charakterze przestrzennym. Na początku technologie satelitarne wykorzystano do wspomagania operatora w prowadzeniu agregatu maszynowego po linii prostej. Kolejne generacje urządzeń umożliwiły jazdę ciągników i maszyn samobieżnych po liniach prostych i krzywych, odzwierciedlających kształt pola z dokładnością nawet do 2‑3 cm bez ingerencji operatora. Współcześnie najbardziej zaawansowane z nich pozwalają na wykonanie nawrotu maszyny na uwrociu pola w trybie automatycznym i powrót na wyznaczoną trajektorię.

Rolnictwo precyzyjne w praktyce

Najmocniejszą stroną systemów pozycjonowania maszyn na polach i drogach za pomocą sygnału satelitarnego jest możliwość różnorodnego zastosowania w codziennych pracach w gospodarstwie. Na szczególną uwagę zasługują systemy monitorujące park maszynowy w gospodarstwie. Dzięki urządzeniom ustalającym pozycję GPS ciągnika lub maszyny (tzw. system telemetryczny lub telematyczny) zarządzający parkiem maszynowym dysponuje informacją o aktualnej pozycji poszczególnych agregatów maszynowych oraz historii ich przemieszczania się. Rozwiązania takie sprawdzają się w dużych gospodarstwach i przedsiębiorstwach rolnych oraz firmach świadczących usługi mechanizacyjne.

Bogactwo czujników – bogactwo informacji

Znaczny postęp w rozwoju rolnictwa precyzyjnego nastąpił w wyniku pojawienia się różnego rodzaju czujników i sensorów montowanych w ciągnikach i maszynach. Czujniki plonu ziarna stosowane w kombajnach zbożowych oraz urządzenia mierzące ilość zebranej kiszonki instalowane w sieczkarniach polowych dokonują pomiarów ilości zebranego ziarna lub zielonej masy z danej powierzchni jednostkowej, na podstawie której wyznacza się średni plon. Równolegle z pomiarem plonu są rejestrowane współrzędne geograficzne każdego miejsca pomiarów przy pomocy urządzenia GPS.

Punkty pomiarowe z przypisanymi wartościami plonu i wilgotności masy zostają naniesione na mapy obrysów pól wgranych do pamięci terminala (komputera pokładowego) znajdującego się w kabinie operatora. Następnie przenosi się te dane do komputera z oprogramowaniem do tworzenia map plonu, najczęściej dostępnym w chmurze na platformach internetowych wspomagających zarządzanie gospodarstwem (transfer bezprzewodowy). Mapowanie plonów umożliwia kontrolę wydajności poszczególnych odmian oraz ocenę efektów nawożenia i ochrony. Wieloletnie mapy plonów dostarczają cennych informacji o zmienności plonowania na danym polu. Dzięki temu można zidentyfikować słabsze i mocne obszary pola. Mapy plonów wykorzystuje się także do tworzenia map aplikacji nawozów, nasion i pestycydów.

Precyzyjność w służbie jakości

Jedną z najbardziej zaawansowanych technologii rolnictwa precyzyjnego jest możliwość aplikowania zmiennych dawek nawozów mineralnych dopasowanych do warunków glebowych danej strefy pola oraz wymagań pokarmowych roślin. Technologia zmiennego dawkowania (VRA-Variable Rate Aplication lub VRC – Variable Rate Control) przynosi znaczne korzyści w postaci ograniczenia zużycia nawozów mineralnych. Integralnym elementem systemu VRA są mapy aplikacyjne z przydzielonymi dawkami tworzone z wykorzystaniem specjalistycznego oprogramowania, które umożliwia przeprowadzenie kalkulacji całego zapotrzebowania na nawozy oraz przewidywanych kosztów nawożenia w skali całego gospodarstwa. Specjalistyczne oprogramowanie wykorzystuje informacje o przestrzennej zmienności zarówno plonów, zasobności gleby w składniki pokarmowe, jak i innych właściwości gleby szacowanych na podstawie przewodności elektromagnetycznej.

Duży wkład w rozwój technologii VRA wnieśli producenci rozsiewaczy do nawozów, którzy zastosowali szereg rozwiązań umożliwiających zmianę ilości podawanego na tarcze wysiewające nawozu na podstawie sygnału elektrycznego. Pogłówne nawożenie w technologii VRA stało się możliwe dzięki rozwojowi metod teledetekcji, umożliwiających zdalne wykonywanie badań z pewnej odległości przy wykorzystaniu specjalistycznych sensorów (czujników). Obecne metody teledetekcji wykorzystują pomiar światła odbitego od roślin. Na tej podstawie określa się wielkość biomasy, kondycję upraw oraz prognozuje się plony. Korzysta się wówczas z satelity, dronów oraz N-sensorów montowanych na ciągniku. Te ostatnie umożliwiają aplikację zmiennych dawek azotu ustalaną na bieżąco podczas jazdy rozsiewaczem lub opryskiwaczem wykonującym zabieg nawożenia dolistnego. W przypadku zdjęć światła odbitego wykonanych przez satelity lub drony za pomocą specjalistycznego oprogramowania sporządza się mapy aplikacyjne wgrywane do pamięci urządzeń sterujących pracą rozsiewaczy lub opryskiwaczy.

Kolejnym z trendów rozwoju rolnictwa precyzyjnego jest zmienna aplikacja środków ochrony roślin. Producenci opryskiwaczy wdrażają do konstrukcji tych maszyn rozwiązania zapewniające szybką zmianę wydatku cieczy roboczej z rozpylacza, co przekłada się na szybką zmianę dawki pestycydu. W powiązaniu z pozycjonowaniem za pomocą sygnału satelitarnego możliwa stała się aplikacja zmiennej dawki pestycydów na podstawie map aplikacyjnych.

Nowe standardy pracy

Rozszerzeniem koncepcji rolnictwa precyzyjnego są technologie informatyczne umożliwiające zbieranie różnego rodzaju danych, bezpieczne ich przechowywanie, przetwarzanie i analizę na potrzeby zarządzania gospodarstwem rolnym. Szerokie możliwości w tym zakresie oferuje Internet Rzeczy (IoT - Internet of Things), czyli całokształt technologii wykorzystujących internet do wymiany danych w celu ich analizy, a następnie podejmowania decyzji lub sterowania maszynami i urządzeniami.

Jednym z rodzajów technologii IoT w rolnictwie są inteligentne czujniki mierzące warunki na polu (m.in. temperaturę oraz wilgotność powietrza i gleby, ilość opadów, poziom nasłonecznienia itp.), co pozwala na ciągły monitoring upraw. Dane z czujników gromadzi się w chmurze. Za pomocą specjalistycznego oprogramowania analizuje się je, by generować różnego rodzaju alerty, ostrzegając rolnika o potencjalnych zagrożeniach (np. przymrozki, niedobór wody, choroby grzybowe lub szkodniki) i wskazywać potencjalne działania (np. termin wykonania zabiegu ochrony chemicznej z doborem odpowiedniego pestycydu). Wszystkie te informacje rolnik otrzymuje na komputer, smartfon lub tablet. Inteligentne czujniki i specjalistyczne oprogramowanie wykorzystywane są także w produkcji zwierzęcej. Rolnik monitoruje (nawet będąc poza gospodarstwem) w ten sposób stan zdrowotny, kondycję fizyczną, wyniki produkcyjne (np. ilość uzyskanego mleka) poszczególnych zwierząt w stadzie. Może także kontrolować jakość wyprodukowanej żywności (wymóg prawny).

Kierunki rozwoju

Koncepcja rolnictwa precyzyjnego nie zakończyła fazy rozwoju. Należy się spodziewać w najbliższej przyszłości:
• doskonalenia technologii monitorujących kondycję upraw i właściwości gleby;
• bardziej zaawansowanych technicznie terminali pokładowych montowanych w kabinach ciągników i maszyn samobieżnych. Współcześnie sterowanie parametrami agregatu maszynowego oraz monitorowanie jego stanu wykonuje operator siedzący w kabinie lub zarządca parku maszynowego przebywającego w gospodarstwie lub poza nim. Urządzenia te pośredniczą też w transferze danych do systemów telematycznych i specjalistycznych modułów znajdujących się w programach do zarządzania gospodarstwem. Jednocześnie poprzez terminal ma miejsce zwrotny transfer informacji do maszyny ze specjalistycznego oprogramowania w postaci na bieżąco aktualizowanych map aplikacyjnych i różnego rodzaju wytycznych, dotyczących np. strategii zbioru kombajnem (np. wyższa prędkość w celu uzyskania większej wydajności zbioru lub niższa, by ograniczyć straty ziarna), dopasowana do warunków pogodowych czy ekonomicznych.

Perspektywicznym kierunkiem rozwoju techniki rolniczej, która będzie korzystała z technologii satelitarnych i systemów IoT, będą autonomiczne ciągniki i maszyny pracujące bez operatora. Takie rozwiązania obecnie znajdują się w fazie prototypów, testowanych na polach przez czołowych producentów ciągników i maszyn. W przyszłości właściciel gospodarstwa nie będzie musiał pracować na polu, a jego rola ograniczy się do zarządzania parkiem maszynowym z centrum dowodzenia, takim jak pomieszczenie biurowe.