A változó dózisú precíziós technológia

A szántóföldi növénytermesztésben a technológiaváltás már elkezdődött. Ilyen termelési költségek mellett csak azok fognak “talpon maradni” akik hatékonyabban tudnak termelni. Minimalizálni/optimalizálni kell az inputanyagok felhasználását és mellette – fenntartható módon – ki kell “maxolni” a rendelkezésre álló erőforrásokat. Ki kell használni a digitális technika kínálta lehetőségeket is, de a racionálisan tervezett és szervezett termelői munka az alapja mindennek.

A precíziós technológia bevezetése már elkezdődött és ez még csak a kezdet. A helyspecifikus, differenciált kijuttatás és vetés elterjedésével hatékonyabbá válik a termesztés. A modern precíziós növénytermesztésben egy gramm sem mehet pocsékba, minden tenyérnyi talajfoltot tudatosan kell használni a profit érdekében. Az technológiai átállás sok tanulást és türelmet igényel. Magyarországon már sok gazdaság rendelkezik precíziós termesztésre alkalmas munkagépekkel, precíziós szaktanácsadók is dolgoznak.

A technológia terjedéséhez azonban idő is kell, mert egy adott táblára vonatkozó precíziós kijuttatást meg kell előzze egy átfogó helyspecifikus adatgyűjtés. Ezek alapján, figyelembe véve külföldi tapasztalatokat is, lehet a technológiát fokozatosan beépíteni a gyakorlatba. Az alábbiakban Kateryna Sergieieva az EOS Data Analytics (USA) kutató munkatársának írását szeretném bemutatni:

A változó dózisú precíziós technológia:

Képzelje el, hogy bármilyen mezőgazdasági inputanyagot hajszál-pontossággal juttat ki – csak ott, akkor és annyit, ahol, amikor és amennyire szükség van. Ez a precíziós technológia ígérete a mezőgazdaságban!

Ez az intelligens stratégia valós idejű adatgyűjtést, fejlett térképezési technikákat és automatizált alkalmazási rendszereket alkalmaz a növénytermesztés minden szempontjának optimalizálására. A változó dózisú technológia lehetővé teszi az optimális mennyiségű vetőmag elvetését táblánként, a csírázási potenciálnak megfelelően, a gyomfertőzés súlyossága alapján történő gyomirtószer-kijuttatást, a növények igényeihez és a szántóföld topográfiájához igazított öntözést, valamint a zónákra elosztott műtrágyázást a növény egyedi igényei és a potenciális terméshozam szerint. Az eredmény pedig – magasabb termelékenység a szántóföldeken alacsonyabb költségek mellett – nem fog váratni magára.

Mi az a változó dózisú technológia és mi a szerepe a precíziós mezőgazdaságban?

A változó vagy differenciált dózisú technológia (VRT) egy olyan technológiai módszer, a precíziós mezőgazdaság egyik alappillére, amelyben a gazdálkodók a terméshozam maximalizálása és az erőforrás-pazarlás minimalizálása érdekében változtatják a ráfordítások alkalmazási arányát. A célzott és pontos kijuttatás a VRT segítségével csökkenti a negatív környezeti hatásokat is, szemben a teljes szántóföldön történő egyenletes kijuttatással. A távérzékeléssel vezérelt, differenciált dózisú technológia a legpraktikusabb és legkönnyebben használható lehetőség bármilyen méretű gazdaság számára. A VRT olyan tényezők elemzésével, mint a talajminőség és a korábbi hozamok, azonosítja azokat a szántóföldi zónákat, amelyek több vagy kevesebb ráfordítást igényelnek, például műtrágyát, növényvédőszereket és vizet, és recept-térképeket készít. A gazdálkodók programozhatják a munkaeszközeiket, hogy automatikusan beállítsák a kijuttatási mennyiségeket az egyes zónákban a GIS-térképek alapján. Mivel a technikai fejlesztések révén a VRT-rendszerek hozzáférhetővé váltak, egyre népszerűbbek lesznek, mivel egyszerű és megbízható megoldást jelentenek a magas mezőgazdasági termelékenység hosszú távú fenntartására.

Hogyan működik a differenciált kijuttatás?

Akár GPS-alapú kijuttatási térképek vagy valós idejű érzékelők mérési adatai alapján a differenciált kijuttatási technológia a termőtáblákat optimalizált zónák foltjainak halmazává alakítja. A zónák mindegyike pontosan azt kell kapja, amire szüksége van. A két alapvető módszer:

1. A térképalapú változó dózisú technológia előre generált kijuttatási-térképeket vagy szkripteket használ. Ezeket a szkripteket feltöltik a gazdaságirányítási rendszerekbe vagy közvetlenül a VRT-t támogató mezőgazdasági gépekbe, hogy azok meghatározott GPS-koordináták alapján változó dózisban juttassák ki az „input” anyagokat. A térképalapú technológia lehetővé teszi a termésnövelő anyagok célzott alkalmazását, mivel több forrásból származó adatokat is figyelembe vesz.

2. Az érzékelőalapú változó dózisú technológia ezzel szemben valós idejű adatgyűjtésre támaszkodik a kijuttatási mennyiségek meghatározásához. Ez a technológia az öntözésben, különösen a „center pivot” öntözőrendszereknél működik, lehetővé téve a gazdálkodók számára, hogy azonnal reagáljanak az aktuális talajnedvességre, a levegő hőmérsékletére és más szántóföldi körülményekre.

Mindkét módszer megfelelő alkalmazása esetén segíti a mezőgazdasági termelőket a termelési hatékonyság és a terméshozam maximalizálásában azáltal, hogy pontosan oda és akkor juttatja ki a ráfordításokat, ahol és amikor szükség van rájuk.

A technológia alkalmazásának előnyei

Azáltal, hogy az input-anyagok elosztását az adott szántóföldi zónákhoz igazítja, a változó dózisú technológia növeli a terméshozamokat és megőrzi a talaj egészségét. Ez a technológia emellett javítja a növénytermesztés nyomon követhetőségét és minimalizálja a környezetterhelést, elősegítve a fenntarthatóbb gazdálkodási gyakorlatokat.

Magasabb termésminőség és -mennyiség

A változó dózisú technológia alkalmazása a termesztési folyamat bármely szakaszában javíthatja a termelékenységet is és a termés minőségét is. Konkrétan a differenciált vetés javítja a növények kelési arányát és egyenletességét. A precíziós öntözés biztosítja a szükséges nedvességet a gombabetegségek és a túlnedvesedés okozta gyökérrothadás veszélye nélkül. A VRT műtrágyázás pedig pontosan oda juttatja a szükséges tápanyagokat, ahol szükség van rá, megelőzve a műtrágya perzselését. Mindezek a technológiai hatások elősegíthetik a növények jobb termékenyülését és a maximális genetikai potenciál elérését.

A növénytermesztés fokozott nyomon-követhetősége

A szántóföldi adatok digitalizálásával a VRT lehetővé teszi a mezőgazdaság szereplői számára, hogy nyomon kövessék a növényeikhez alkalmazott minden egyes inputot, a vetőmagoktól kezdve a műtrágyákon át a növényvédő szerekig. Ez a nyomon követhetőség kulcsfontosságú a táblák előéletével kapcsolatos kérdések meg-válaszolásához, a munkaműveletek tervezéséhez és a növényvédelmi szabályoknak való megfelelés biztosításához. A növénytermesztési szoftverekbe integrált VRT-rendszerek segítségével a termelők belátást nyerhetnek a különböző inputanyagok teljesítményébe, különböző szántóföldi körülmények között. A termelők hatékonyan nyomon követhetik és dokumentálhatják a növénytermesztés minden egyes szakaszát a változó dózisú technológiával, hogy szükség esetén bármikor áttekinthessék gazdálkodási stratégiájukat.

A talaj egészségének megőrzése

Egyes elavult mezőgazdasági technológiák és helytelen gyakorlatok katasztrofális hatással vannak a talaj egészségére, kezdve a talaj pH-egyensúlyának felborításától, a túlzott műtrágya adagoláson át, a talaj tömörítéséig, amelyet a nehéz gépek többszörös menetszáma okozhat kijuttatás során.

Szerencsére a precíziós mezőgazdaság és különösen a változó dózisú technológia minimálisra csökkentheti a talajszerkezet romlását. E technológia segítségével a növénytermesztők fenntarthatják a talaj optimális pH-értékét, megőrizhetik a talaj szerkezetét, elősegíthetik a hasznos mikrobiális tevékenységet, végső soron megőrizhetik a talaj általános minőségét, termőképességét.

Környezetbarát növénytermesztés

A precíziós technológiának köszönhetően a növénytermesztők pontosan a megfelelő mennyiségű vizet és vegyszert alkalmazzák, így a gazdálkodás kevésbé van káros hatással a környezetre. Kevesebb műtrágyából származó nitrogén-dioxid kerül a légkörbe, kevesebb az öntözött talajok sótartalma, kevesebb növényvédőszer és gyomirtószer halmozódik fel és szivárog el. Ez még csak néhány a technológia használatának legszembetűnőbb eredményei közül.

A vegyszercsökkentésen túl a VRT optimalizálja a szántóföldi munkaműveleteket, csökkentve a mezőgazdasági gépek menetszámát. Ez a traktorok kevesebb szén-dioxid-kibocsátását eredményezi. Így a precíziós technológiát alkalmazó gazdálkodók nem csak a vállalkozásuknak kedveznek, hanem aktívan hozzájárulnak a zöldebb, fenntarthatóbb mezőgazdasághoz is.

A precíziós szaktanácsadás jelentősége

A termelőüzemek vezetői küzdenek azzal, hogy megtudják, mire és pontosan milyen mennyiségben van szüksége a kultúrnövényeknek. A precíziós szaktanácsadók segítenek megoldani ezt a problémát a különböző kijuttatások során. Műholdfelvételeket, a mezőgazdasági gépek által gyűjtött adatfájlokat és az erre a célra kifejlesztett algoritmusokat használják, hogy megmutassák a gazdáknak, hol kell több magot vetni, mely területek állnak a vízhiány szélén, hol okoznak gondot a gyomok, és a szántóföld mely részein van szükség extra tápanyagokra.

Változó tőszámú vetési technológia

A differenciált vetési technológiában a vetőgépek előre elkészített „kijuttatási térkép” segítségével pontosan tudják, hogy a szántóföld melyik zónáján mennyi vetőmagot kell elhelyezni. Például nagyobb tőszámot vet a jobb termőképességű zónákban, ahol sok erőforrás van több növény számára, és kevésbé sűrűn a szegényebb talajokon, hogy a növények ne versenyezzenek az erőforrásokért.

Egy adott mezőgazdasági táblára vonatkozó kijuttatási térkép elkészítéséhez több évre visszamenőleg kell elemezni adott fényspektrummal készült NDVI műholdképeket. Ezek a képek pontosan megmutatják az egyes táblák zónáit, amik segítségével már meg lehet határozni a szegmentáción keresztül az egyes zónákra ajánlható optimális tőszámot.

Az NDVI-alapú, változó tőszámú vetés az elmúlt néhány év történeti szántóföldi adatait használja.

A VRT-terv megvalósításához exportálni kell az egyes vetési szkripteket ISO-XML vagy SHP formátumban, amelyik kompatibilis a használt munkagép rendszerével.

A fájl exportálása a változó tőszámú vetéshez munkagépekhez.

Precíziós műtrágya kijuttatás

A szántóföldek tápanyag-ellátottsága nem egységes, ezért a műtrágyázásnál sem egy dózis javasolható minden zónában. A műtrágyakijuttatás változó dózisú technológiája felismeri ezt. A talajvizsgálat és/vagy a műholdas felvételek és a topográfiai adatok felhasználásával a kereskedelmi forgalomban kapható precíziós technológiai rendszerek lehetővé teszik a gazdálkodók számára, hogy a különböző szántóterületek műtrágyakijuttatását a különböző zónákhoz igazítsák. Az eredmény? Hatékonyabb inputfelhasználás, magasabb ROI (megtérülés), valamint a túltrágyázás és a vele járó problémák (talajsavasodás/alkalizálódás, kimosódás, levegő- és vízszennyezés stb.) kockázatának csökkentése.

Az optimális nitrogén kijuttatáshoz VRA-térképeket lehet használni. A meghatározott vegetációs indexeket a legfrissebb műholdképekre alkalmazva az algoritmus gyorsan és pontosan azonosítja a sűrű és ritkás növényzetű területeket, amelyek a változó nitrogénszükséglet tipikus mutatói. Másodpercek alatt világos képet kaphat a szántóföld tápanyageloszlásáról, hogy a műtrágya mennyiségét ennek megfelelően tudja beállítani.

Nitrogéntrágyázási térkép az NDVI alapján

Egy precíziós gazdálkodást szolgáló megoldás a foszforra és a káliumra, két másik alapvető tápanyagra is kiterjed. A P&K VRA-térképek a korábbi termelékenységi adatok alapján a hosszú távú termelékenységi trendek alapján azonosítják a foszfor és kálium utánpótlást igénylő zónákat. Azáltal, hogy a termelő a termőképes zónákat optimalizált foszfor- és káliumadagolással célozza meg, támogathatja a tábla legjobb teljesítményű növényeit, és potenciálisan növelheti a mező teljes termelékenységét.

Foszfor- és káliumtrágyázási térkép hosszú távú szántóföldi termelékenységi adatok alapján.

Precíziós gyomirtási technológia

A hagyományos gyomirtószer-kijuttatás gyakran fitotoxikus tüneteket mutató növényeket, felesleges költségeket és környezeti károkat eredményez. A precíziós technológia okosabb megoldást kínál a gazdálkodók számára, hogy pontosan megcélozzák a gyomos területeket: megvédjék a kultúrnövényeket, pénzt takarítsanak meg és az ökoszisztéma javát szolgálják. A preemergens gyomirtó szerek kijuttatása térképalapú VRT-rendszerekre támaszkodik, amelyek a múltból származó, zónaspecifikus gyomfertőzöttségi adatokat használnak. A posztemergens VRT gyomirtás az aktuális légi vagy műholdas képeket használja ki a gyomokkal fertőzött területek azonosítására a vegetációs időszak során.

A posztemergens, változó dózisú gyomirtás különösen fontos lehet a vegetációs időszak elején, például ha egy frissen vetett napraforgóföldet kell megvédeni a gyomoktól. Algoritmusokat lehet üzemeltetni a munkagépek által, amik szoftveresen vezérlik a helyspecifikus gyomirtást:

– Az algoritmus az olyan paraméterek, mint az MSAVI, az NDVI és 3 másik vegetációs index értékelése alapján azonosítja a gyomnövényzet intenzívebb és kevésbé intenzív növekedésével rendelkező területeket.

– A termelő miután beállíthatja a kijuttatási dózis (VRT) arányait a különböző zónákra: többet az erősen fertőzött területeken és kevesebbet ott, ahol a napraforgó már önmagában is elnyomja a gyomokat.

– Exportálja a VRT-térképet, és betölti permetezőgépbe, hogy a lehető legtöbbet hozhassa ki a kezelésből.

Több mérési adatot is lehet használni, különféle vegetációs indexeket, a mezőgazdasági gépek által generált fájlokat, hogy a legmegfelelőbb paraméter alapján szegmentálja a szántóföldet.

Az eddigi tapasztalatok azt mutatják, hogy az MSAVI pontosabb kijuttatási zónákat biztosít, és a növénytermesztés korai szakaszaiban a növényvédő szerek teljes kijuttatási mennyiségét és költségeit jobban csökkenti, mint az általánosan használt NDVI. A legpontosabb MSAVI-alapú térképekhez a gyomoknak legalább két leveles (BBCH 12) növekedési szakaszban kell lenniük.

Ugyanaz a mező május 24-én, ahogyan az NDVI és MSAVI térképeken látható.

Az NDVI és az MSAVI alapján készült, változó mennyiségű növényvédőszer-kijuttatási térképek. Az MSAVI kisebb fertőzött területet észlelt, ami csökkentette a herbicidek kijuttatásának költségeit.‹›

Differenciált öntözési technológia

A 2000-es évek eleje óta kereskedelmi forgalomban kapható, és először kizárólag a nagyüzemi gazdaságok által alkalmazott, differenciált öntözési technológián alapuló öntözés ma már egyre megfizethetőbb, praktikusabb és széles körben alkalmazott technológia, amelyet minden méretű gazdaságban alkalmaznak. Bár a differenciált technológiát jellemzően a center pivot öntözőgépekkel alkalmazzák, az öntöző-rendszerekben és a csepegtető öntözőrendszerekben is alkalmazzák. A változtatható öntözőrendszerek a távérzékelés, a talajérzékelők és az időjárási állomások friss adatait használják fel a különböző szántóterületeken történő vízkijuttatás automatikus beállításához. Azáltal, hogy az öntözést pontosan a növények igényeihez és a domborzati viszonyokhoz igazítja, a differenciált technológia segít csökkenteni a vízfelhasználást, energiát takarít meg és csökkenti a talajeróziót.

Az NDMI (Normalized Difference Moisture Index) térképek megmutatják, hogy a növények már mennyi vízzel rendelkeznek. Ha a termelő ezt az indexet választja alapul az öntözési térkép készítésénél, akkor a szántóföldjére szabott VRI-skripteket hozhat létre. A legtöbb esetben a nedvesebb területeknek (magasabb NDMI-értékekkel) kevesebb vizet kell kapniuk, míg a szárazabb területeknek (alacsonyabb NDMI-vel) többet. Így nem csak vizet takaríthat meg az egyenletes öntözéshez képest, hanem elkerülheti a növényállomány alul- és túlöntözésből eredő stresszét is.

Az NDMI-térkép a meghatározott kijuttatási arányokkal lehetővé teszi az öntözőrendszer beállítását.

A magassági vizualizáció az öntözéstervezésben egy újabb precizitási réteget ad. A táblák domborzatának vizualizálásával a magasság alapján is beállíthatók az öntözési arányok, biztosítva, hogy a magasabban fekvő területek megfelelő mennyiségű vizet kapjanak, miközben megakadályozza a vízzel való telítődést az alacsonyan fekvő területeken. Az eredmény egyenletesebb termésnövekedés és jobb általános állapotú szántóföldek.

Megérik a változó dózisú technológiák a költségeket?

A differenciált technológiák értéke túlmutat a termelékenység egyszerű növelésén. Hosszú távú előnyeit, például a talaj minőségi javulását és a környezetre gyakorolt hatását azonban nehéz értékelni a gazdálkodók számára leginkább fontos szempontok szempontjából: „Befektetni vagy nem befektetni?”. Az igazság az, hogy a precíziós termesztés hozama nagymértékben függ a talajminőség változékonyságától és a növénytermesztés sajátosságaitól is. Homogén talajminőség esetében a hatás minimális lehet, de azok a gazdaságok, ahol jelentős a heterogenitás, ahogyan ez a valóságban gyakran előfordul, nagy hasznát veszik a differenciált technológiának.

Annak megállapításához, hogy a differenciált termesztés megéri-e egy gazdaság számára, meg kell nézni mekkora a változékonyság a gazdaság tábláinak talajminőségeiben, termőképességében és hol lehet csökkenteni a költségeket. Fel kell tenni például a következő kérdést: „Ha a földjeim egyharmadán 10% műtrágyát tudnék megtakarítani anélkül, hogy a hozam csökkenne, megérné-e a változó dózisú technológia a költségeket?”. A modern gazdaságirányítási eszközök, megfizethetőbbé, könnyebben használhatóvá és pontosabbá teszik a termesztés-technológiát. Ha ma befektetünk a precíziós technológiába, az holnap a pénztárcánknak és a környezetnek is segíthet, ezért mindenképpen érdemes megfontolni.

Megjelent: 2024. szeptember 12.

Hivatkozások

1. Castignano, A. et al. (szerk.). (2020). Döntéstámogató rendszer az intelligens precíziós gazdálkodáshoz. Academic Press. https://doi.org/10.1016/C2018-0-00051-1.

2. O’Shaughnessy, S. A. et al. (2019). A differenciált öntözés előnyeinek és hátrá-nyainak azonosítása: An Updated Review. Applied Engineering in Agriculture, 35(6), 837-852. https://doi.org/10.13031/aea.13128.

A szerzőről:

Kateryna Sergieieva az EOS Data Analytics vezető tudósa

Kateryna Sergieieva informatikai doktori címmel és 15 éves távérzékelési tapasztalattal rendelkezik. Az EOSDA vezető tudósa, aki a műholdas megfigyeléshez és a felszíni jellemzők változásainak észleléséhez szükséges technológiák fejlesztéséért felelős. Kateryna több mint 60 tudományos publikáció szerzője.

Fordítottá: Marosi Roland.